浅谈高速公路红砂岩路基施工技术与质量控制

1  概述
        在宁杭高速公路路基三标范围内存在强风化泥质砂岩或砂质泥岩，根据地勘报告，泥质砂岩或砂质泥岩呈砖红色，主要成分为石英、粘土矿物，粉粒结构，层理不清，钙质、粘土质胶结；岩芯块状、短柱状（5-10cm）,后可折断，敲击声闷，取芯率90%，天然强度1.0-2.5Mpa，地基容许承载力[σ0]=300~500kPa,水稳性较差，该类岩土被称为红砂岩，不能直接用作路基填筑，需通过自然崩解后，掺石灰和水泥综合处治后用灰土包边用于路基中部填筑。
        2  红砂岩简述
* |- j' z; M. |7 F1 {4 @% k1 [/ ^        (1)红砂岩属于岩石类它包括泥岩、泥质砂岩、砂岩、泥质或砂质页岩等沉积类岩石，其中多数因富含铁的氧化物而呈红色、深红色或色，开挖后，随着时间的推移，在大气、阳光、特别是雨水的作用下易分解；
        (2)红砂岩常见病害可分为沉陷和坍落二类。常见病害分析如下：一是路基填料不良（红砂岩崩解不完全），填筑施工方法不当，压实不足，在荷载与自然因素的作用下，均可能发生沉陷，直接导致路面损坏；二是易风化的红砂岩边坡设计不当或防护不良，均可能造成路基边坡的坍落。由于红砂岩为极易风化的崩解的沉积岩，因此用红砂岩修筑的路基边坡在温度与水的共同作用下极易发生风化剥落的病害，如果不及时处理，风化向边坡深部发展，引起边坡坍落等病害，给高速公路留下质量隐患。
' g7 s8 k! y2 G! H# y        3  红砂岩的主要特性
        3.1  遇水崩解和膨胀
; I; ^9 U$ _/ G& x        红砂岩在干湿循环作用下，经过阳光、大气特别是雨水的重复作用下，易崩解成小碎块，体积略有增加，膨胀率约为1-4%。崩解后的红砂岩遇水软化，强度下降较块有的甚至达到40%左右，在机械和人力作用下易成为渣泥状，满载的汽车在压实好的试验路行走时最大可见20mm深的车辙。
0 ~3 b# [& e, s7 t1 |6 m! k        3.2  高吸水性，透水性与难以蒸发性
7 `+ Z! ^; Q1 j# M1 W1 `        一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，其吸水性较强，很快达到饱和状态；压实度虽能要求，但仍有较大的孔隙率；吸水和饱和后的红砂岩在强光、风作用下水分蒸发慢一般要1天左右才能蒸发完成，但蒸发却较为彻底，且行车作用下易扬尘。
        3.3  低粘解性
+ h5 t. L* Y- V2 q4 X        破碎后重新组合的红砂岩，粘结性能好，易松散，作压实度检测时，很难取得块状样品，这说明红红砂岩路基的整体性或板块性较差，强度具有不可逆转性。
  b& L% \. g+ g: H        3.4  易风化性
5 {' n# S; A% u6 W. N        一旦外力作用下破坏，那么在大气、阳光雨水的影响下，红砂岩极易风化。若遇水，则不仅仅是软化，更是加速了这种风化过程，经过几次干湿循环作用，红砂岩易风化破碎，利于压实。
综上可知，红砂岩的特性介于未风化岩石与粘土之间。用于红砂岩路堤和筑路材料就是具有上述的 红砂岩填料。同其他筑路、材料一样都需要在现场摊铺压实成型，使材料具有满足要求的密实程度，才具有足够的强度和稳定性，因此红砂岩路基必须进行良好的人工压实。
        4  红砂岩施工用原材料基本要求
+ B  T2 A1 t6 r* s' v        (1)石灰质量符合GB1594-79中规定的Ⅲ级以上石灰技术指标，石灰消解应在用于工程7天之前完成，必须经过监理抽检合格后方可用于工程施工；
        (2)水泥准备：天宝山牌32.5R水泥，水泥不得受潮、结块、不得使用过期水泥，强度、等检测指标必须符合各项规定；
        (3)红砂岩的崩解处理：填料采用崩解后的红砂岩，取前应清除挖方段表层草、树根石块及腐殖土等。然后对红砂岩进行开挖，将开挖后的红砂岩充分裸露在大气、阳光、和雨水中，必要时每天用水车浇水，使其迅速分化崩解消除红砂岩的活性，这个过程在7-14天左右。崩解处理后红砂岩表面出现大量裂缝，大部分碎石块岩石崩解，以脚掌推动时大块岩石裂成碎块岩石，即认为红砂岩的崩解处理已完成。然后将崩解后的红砂岩运到施工现场进行路基填筑。  
        5  施工前对下承层的检查验收
4 K2 c0 _8 {+ U) P; b& }% A9 m        (1)检查下承层的平整度，压实度，横坡，路基宽度等符合设计要求，无任何松散，软弱地点，对松散软弱地基应换填或用路拌机翻拌晾晒后重新压实。
        (2)对放置2天以上的下承层上土前用压路机碾压1遍，然后再上土，如果下承层被雨水侵蚀或放置时间更长，表面有松散现象时，用光轮压路机进行复压复检。
        6  红砂岩路基的现场施工技术
        红砂岩填筑施工工艺流程如下：
        施工准备→下承层验收与检查→测量放样→打网格上料→翻拌晾晒→检测含水量→初步整平并碾压→打网格布石灰和水泥→拌和→含水量与灰剂量检测→平地机初步整平→打网格布水泥→混合料拌和→平地机整平→压路机碾压成型。  
7 i2 Z- L' a  K1 X9 Y        6.1  外掺石灰、水泥的用量
        本标段红砂岩路基施工采用石灰剂量3%,水泥剂量2.5%,根据标准试验，混合料的最大干密度为1.74g/cm3、最佳含水量为15%。
        6.2  红砂岩、石灰、水泥的拌和
1 U1 O$ d% V. J0 N        6.2.1  红砂岩的装运
        放出路基中线及2条边线（边线超宽50cm），红砂岩填筑路基用于路基中部，在路基超宽边线以内1.5m范围用粘土包边。在下承层用石灰打网格，用挖机配合运输车将崩解后的红砂岩运至现场按照格子上料，装运红砂岩用同一型号的车辆，以便控制每车土的数量基本相等。上好料后用推土机均匀摊铺在路基上，要求表面大致平整，厚度均匀。然后用旋耕机配合东方红推土机翻拌晾晒，当含水量较最佳含水量大3～5%时用压路机稳压1遍并用平地机初步整平一次，然后布设石灰网格开始布灰。
' L: M, [: W- E/ K       6.2.2  石灰布设
+ P! c( J- O$ H) m3 s       恢复中线、两条边线，布设石灰网格，按照网络和石灰用量上灰，用平地机将石灰摊平，局部地方由人工配合，确保石灰摊铺均匀。
7 [2 D4 u5 l4 x* ~- w        6.2.3  石灰和红砂岩拌和
0 \) p0 }: F: c$ f  G9 [9 l        石灰摊铺后，用旋耕机配合强制式路拌机进行粉碎与拌和。拌和时从两侧向中心拌和，每次重叠10～20cm。发现漏拌，夹层的现象，及时重新拌和。当检测含水量比最佳含水量高2～3%，灰剂量检测合格后可进行整平碾压。
        6.2.4  水泥的布设
        用压路机稳压、平地机整平后恢复中线和两条边线，布设石灰网格，按照网格和水泥用量布设水泥，由人工将水泥摊铺均匀。
9 Q3 ~2 p6 Q1 g6 [        6.2.5  混合料的拌和
( w1 j7 l6 z: A8 l# D8 x        (1)水泥布设结束后用路拌机进行粉碎与拌和。
        (2)路拌机拌和时应调整好刀片深度，要求拌和时嵌入下承层1～2cm，有专人随机跟踪每5米检查拌和深度，防止出现夹层，同时避免拌和太深或太浅而影响石灰、水泥的剂量。
        (3)拌和后的石灰、水泥含量要均匀，拌和完成的标志是混合料色泽一致，没有灰条、灰团和花面，且水分适合均匀。
        (4)路拌机拌和后检查混合料的含水量，试验人员按照200m取4个断面每断面6个点取样，用EDTA法检测灰剂量并检测含水量，当含水量比最佳含水量略高、灰剂量满足要求时报监理抽检合格后进行整平。
        6.3  整平
        整平时先用压路机稳压1遍后采用平地机粗平，平地机粗平要由路基两侧向中心进行刮平，要有初步的路拱坡度，局部人工配合找平，粗平后检查松铺厚度，再用压路机稳压1遍后进行精平，精平要求平顺且有2%横坡。每次整形都要按照规定的坡度和路拱进行，在整形过程中，禁止任何车辆通行。对于局部低洼处，由人工将表层5cm以上翻松，并用新拌的灰土找补平整后再稳压一遍，重新用平地机进行精平。
        6.4  碾压
# d; ^5 y9 i" k9 ^# u  J( ^        (1)当整平后的含水量处于最佳含水量的±2%时进行碾压。
        (2)先用YZ14JD压路机进行稳压，碾压顺序为由两侧路肩向路中心碾压。然后用LSS220振动压路机强振碾压2～3遍，最后用18～21t的铁三轮开始静压3～5遍。碾压时前轮轮迹应重叠前轮的三分之一宽度，碾压速度控制在2.0-3.5Km/h范围内，碾压时应重叠前轮1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，前轮压完路基全宽时即为一遍，碾压要由轻到重，先慢后快。路基坡脚线处应多压2～3遍。
        (3) 碾压过程中如有反弹，松散起皮时应及时处理（如有"弹簧"、"松散"、"起皮"等现象，应及时翻开重新拌和、换填、清除或少量洒水）使其达到质量要求。
        (4) 检测压实度和其它项目如路基宽度、平整度、纵向偏位等指标的检测，检测合格然后报监理工程师检测。
. R1 U" T. P& z: N% M        (5) 养生：碾压结束后要立即进行养生，先采用适当洒水养生，检测合格后立即进行上土覆盖。养生期间除洒水车外，禁止任何车辆通行
        7  施工控制中应注意的事项
' @! r" w6 C6 Y& W        (1)必须要严格控制灰土成型前的含水量与灰剂量的均匀性，因为含水量控制不均匀，将会导致局部弹簧、松散、起皮以及压实度不足等质量问题发生；灰剂量掺灰不均匀或灰剂量不足或局部过量，将会影响成型质量，起不到降低土的含水量与砂化作用，易发生灰团、花白，压实度不足等质量问题。
        (2)要严格控制分层填筑厚度。按照确定的松铺系数打网格进行层厚控制，过厚将会产生压实不足，路拌机无法拌和与存在素土夹层等现象。
        (3) 要加强边部压实质量控制，要及时进行边破刷坡处理，做好现场规范、文明施工，确保路基范围内不积水。
! S  c0 Q8 n  R        (4) 要严格控制水泥从摊铺到碾压结束的成型时间,确保在水泥初凝前碾压结束,时间范围控制在4小时以内较为适宜。
, B9 n/ Y1 s6 q5 ~: J; ?7 t        (5) 红砂岩施工时对边部要采用灰土进行包边处理，确保边部压实质量，以防发生滑坡，包边处理的宽度应控制在不大于2米。
& K/ W8 a/ M3 Z9 c        8  结语
/ ^) d3 Y# w, j. G" W, l" G. S        通过宁杭高速公路的施工经验说明红砂岩可用作高等级公路路基填料，但只能通过自然崩解后，掺石灰和水泥综合处治后用灰土包边用于路基中部填筑，施工中一定要按照确定的施工工艺组织施工，以确保路基的施工质量。