婁方德

摘要 某高速公路施工區(qū)域土石方主要為紅砂巖，開(kāi)挖規(guī)模較大，施工時(shí)為有效降低對(duì)周邊自然環(huán)境的影響，決定利用路塹挖方進(jìn)行路基回填施工，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。文章根據(jù)紅砂巖的基本特征并結(jié)合某高速公路實(shí)際施工案例，對(duì)高速公路工程中紅砂巖路基開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行了全方位研究，并對(duì)其質(zhì)量、安全、進(jìn)度以及造價(jià)等方面的綜合比選，確定了最佳施工方案，確保工程建設(shè)的順利完成，為后續(xù)同類(lèi)工程施工提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 紅砂巖開(kāi)挖;新設(shè)備;新工藝

中圖分類(lèi)號(hào) U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0098-03

0 引言

項(xiàng)目地處湘中南，地表覆蓋層為高、低液限粘土、粉土及砂礫，底下全部為紅砂巖。由于紅砂巖遇水崩解的特性，加之在湘中南降水比較豐富的地區(qū)施工，如何保證紅砂巖開(kāi)挖的施工進(jìn)度及開(kāi)挖后邊坡的穩(wěn)定性成為本項(xiàng)目一大難題。文章在參考以往高速公路紅砂巖施工案例，結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，闡述了采用大型一體臂勾機(jī)開(kāi)挖紅砂巖路基的施工工藝及影響。

1 紅砂巖的特性及其對(duì)施工的影響

紅砂巖也被稱(chēng)作紅巖，廣泛分布于我國(guó)南部地區(qū)，主要存在于泥巖、含泥質(zhì)砂巖以及頁(yè)巖等沉積巖體內(nèi)。紅砂巖由于內(nèi)部存在較多的鐵氧化物，因此呈現(xiàn)顏色為紅、深紅或褐色。其主要構(gòu)造形態(tài)為粒狀破碎結(jié)構(gòu)及泥狀膠凝結(jié)構(gòu)，由于膠結(jié)物質(zhì)及風(fēng)化程度的不同，其實(shí)際強(qiáng)度存在較大差異。大部分紅砂巖長(zhǎng)期暴露在空氣中會(huì)出現(xiàn)膨脹裂解現(xiàn)象，最終形成泥質(zhì)狀態(tài)，其顆粒尺寸和顆粒級(jí)配會(huì)因暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷改變，物理性能也隨之發(fā)生變化。

1.1 紅砂巖分類(lèi)

紅砂巖根據(jù)強(qiáng)度及裂解形式可分成下列三種形式：

（1）一類(lèi)紅砂巖巖體天然單軸抗壓強(qiáng)度不超過(guò)15 MPa，經(jīng)105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解碎化成渣狀和泥狀。

（2）二類(lèi)紅砂巖巖體天然單軸抗壓強(qiáng)度不超過(guò)15 MPa，部分稍高于15 MPa，經(jīng)105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解碎化成塊狀。

（3）三類(lèi)紅砂巖巖體天然單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到15 MPa，部分高于15 MPa，經(jīng)105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解成較大塊狀。

1.2 紅砂巖的結(jié)構(gòu)特征和礦物成分

結(jié)合該高速公路施工地段巖石試樣的檢測(cè)結(jié)論，紅砂巖構(gòu)造形態(tài)具體分為粒狀碎屑結(jié)構(gòu)和泥狀結(jié)構(gòu)兩類(lèi)，而根據(jù)巖相學(xué)類(lèi)別，又可將其進(jìn)一步劃分為碎屑巖類(lèi)和粘土巖類(lèi)，前者主要由泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖、砂巖等組成;而后者則主要分為泥巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖及砂質(zhì)頁(yè)巖等。在紅砂巖內(nèi)部的氧化物大部分呈侵染狀態(tài)，其碎屑顆粒之間產(chǎn)生多種形式的膠結(jié)。但由于鐵質(zhì)在諸多巖體中是以游離形態(tài)存在，所以其主要決定巖體的外觀顏色，對(duì)巖性并不會(huì)產(chǎn)生影響。結(jié)合最新道路土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得紅砂巖化學(xué)成分及物理力學(xué)特性，見(jiàn)表1～3。

1.3 紅砂巖的崩解特性及顆粒集配

泥狀結(jié)構(gòu)的粘土巖類(lèi)紅砂巖通常容易產(chǎn)生膨脹軟化現(xiàn)象，在干燥和潮濕環(huán)境的長(zhǎng)期反復(fù)作用下，砂巖逐漸呈現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，最終形成泥狀結(jié)構(gòu)，在一定程度上導(dǎo)致顆粒級(jí)配發(fā)生改變。試驗(yàn)證明，在干濕循環(huán)作用的持續(xù)影響下，隨裸露時(shí)間的逐漸增加，巖塊逐步產(chǎn)生膨脹碎化，經(jīng)過(guò)50～60天不斷變化逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，不再出現(xiàn)膨脹碎化。粒狀結(jié)構(gòu)的紅砂巖通常碎裂成粒徑較小塊狀，碎裂后的小塊巖體總體處于穩(wěn)定形式或碎化極為緩慢，粒徑低于0.5 mm的塊體極少。

1.4 紅砂巖的物理性質(zhì)和狀態(tài)指標(biāo)

（1）紅砂巖的物理性質(zhì)和狀態(tài)指標(biāo)見(jiàn)表4～6。

（2）參照具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)，根據(jù)最新《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》判定標(biāo)準(zhǔn)，一類(lèi)巖為弱膨脹巖。紅砂巖各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)如表7所示。

1.5 各種紅砂巖擊實(shí)試件抗剪強(qiáng)度及滲透性指標(biāo)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)充分證明，紅砂巖在充分壓實(shí)后滲透性能極差，當(dāng)壓實(shí)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)90%狀態(tài)下的紅砂巖，其抗?jié)B性能較強(qiáng)，表面積水通常極難向下滲透，只對(duì)表層土體含水量產(chǎn)生影響，二類(lèi)紅砂巖在壓實(shí)狀態(tài)下抗?jié)B能力明顯高于粘土。針對(duì)水穩(wěn)性能較低的一類(lèi)紅砂巖，在進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)提前在開(kāi)挖區(qū)域端部位置做好防排水處理，以避免地表較淺部位的紅砂巖遇水軟化，導(dǎo)致硬度變小，甚至出現(xiàn)膨脹開(kāi)裂。

2 紅砂巖路基開(kāi)挖

2.1 施工工藝流程

紅砂巖路基施工工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 傳統(tǒng)爆破開(kāi)挖模式

貴州省在多條高速公路建設(shè)中都有紅砂巖施工的成功經(jīng)驗(yàn)。以往紅砂巖的開(kāi)挖多采用爆破的方式，隨著國(guó)家對(duì)民爆器材的管控越來(lái)越嚴(yán)，關(guān)于民爆器材的申領(lǐng)、保管、清點(diǎn)及退回，手續(xù)繁雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大，大大增加了項(xiàng)目的管理成本;鉆孔施工時(shí)，帶來(lái)的揚(yáng)塵嚴(yán)重影響了項(xiàng)目的文明施工形象及對(duì)周邊環(huán)境的破壞;爆破中必須精確控制炸藥藥量，偏少則需第二次鉆孔和爆破，影響工期。偏多則加大了對(duì)邊坡的擾動(dòng)，也增加了紅砂巖裂隙的發(fā)展，雨后地表水的下滲容易引起邊坡的垮塌，增加了安全隱患，也增大了棄方量，不符合節(jié)約臨時(shí)用地的原則。

2.3 大型一體臂勾機(jī)開(kāi)挖

為積極響應(yīng)“管理創(chuàng)新、降本增效”攻堅(jiān)戰(zhàn)的決策，優(yōu)化調(diào)整資源要素配置方式，降低項(xiàng)目成本，充分發(fā)揮施工隊(duì)伍在常規(guī)工程和常規(guī)設(shè)備方面的產(chǎn)能，與集團(tuán)自有資源實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。項(xiàng)目對(duì)全線石方紅砂巖爆破采用規(guī)模租賃施工模式，將紅砂巖石方開(kāi)挖施工任務(wù)的爆破工程改用大型機(jī)械（新型PC460、PC650一體臂鉤機(jī)）直接勾松，并輔助以小松300型鑿巖機(jī)解小后裝車(chē)運(yùn)至填筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行填方施工。新型PC460一體臂鉤機(jī)整機(jī)工作質(zhì)量（kg）：46 000;額定功率（kW/rpm）：257/1 900;發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：小松SAA6D125E-5。

結(jié)合紅砂巖性質(zhì)，開(kāi)挖時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況配置機(jī)械設(shè)備，并選取合理的開(kāi)挖方式，確保邊坡施工的順利實(shí)施。為確保刷坡質(zhì)量，在實(shí)際施工中可提前制作專(zhuān)用靠尺（見(jiàn)圖2），對(duì)刷坡質(zhì)量進(jìn)行檢查。實(shí)踐證明，采取簡(jiǎn)易坡度尺對(duì)坡度質(zhì)量進(jìn)行全程把控，效果顯著。

2.4 方案對(duì)比

2.4.1 質(zhì)量、安全、進(jìn)度比較

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)情況和認(rèn)真調(diào)查，項(xiàng)目全線為Ⅰ至Ⅲ類(lèi)紅砂巖。采用大型機(jī)械勾松，質(zhì)量上較爆破挖方邊坡擾動(dòng)少、平整美觀，減少虧坡現(xiàn)象，且可解小至最大直徑1 m內(nèi)，利于填方堆碼法壓實(shí)質(zhì)量及效率控制;安全上，減少了雷管炸藥管理及使用帶來(lái)的重大風(fēng)險(xiǎn);進(jìn)度上，原傳統(tǒng)爆破方式，遇到重大節(jié)假日，都會(huì)停止炸藥供應(yīng)，且有協(xié)調(diào)困擾，影響施工進(jìn)度，PC460效率100～150方/h（中風(fēng)化）、PC650效率80～100方/h（弱風(fēng)化），機(jī)械勾松可增配數(shù)量，且機(jī)械施工可以24 h作業(yè)，進(jìn)度可控。

2.4.2 經(jīng)濟(jì)比較

（1）價(jià)格的對(duì)比，節(jié)約成本（直接成本）：石方松動(dòng)價(jià)格為6.02元/m3，裝運(yùn)價(jià)格為8.115元/m3，合價(jià)14.135元/m3（不含稅），相較類(lèi)似石方爆破挖運(yùn)15元/m3（不含稅），節(jié)約直接成本200萬(wàn)元。

（2）間接成本：采用傳統(tǒng)的爆破模式，項(xiàng)目部還應(yīng)承擔(dān)炸藥庫(kù)建設(shè)費(fèi)用及專(zhuān)人管理工作，費(fèi)用預(yù)估不低于80萬(wàn)元，爆破資質(zhì)使用費(fèi)用不低于60萬(wàn)元，炮損帶來(lái)的賠償費(fèi)用，不低于100萬(wàn)元，節(jié)約間接成本約200萬(wàn)元。

（3）稅費(fèi)節(jié)約：可開(kāi)具13%的設(shè)備租賃費(fèi)專(zhuān)用發(fā)票，進(jìn)項(xiàng)稅抵扣約100萬(wàn)元。

3 結(jié)論

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)紅砂巖分層的地質(zhì)情況，鉤機(jī)能通過(guò)裂縫將自重破挖優(yōu)勢(shì)發(fā)揮，但面對(duì)整塊微風(fēng)化紅砂巖破挖效果不明顯，項(xiàng)目約有10余萬(wàn)m3該類(lèi)石方通過(guò)松動(dòng)爆破挖除。采用大型一體臂勾機(jī)開(kāi)挖紅砂巖路基，質(zhì)量容易受控，施工過(guò)程安全性增強(qiáng)，能滿(mǎn)足工期要求，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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