潘吉凱

摘要 紅砂巖在我國分布廣泛，由于其巖性特質，紅砂巖分布區(qū)域內常出現(xiàn)因紅砂巖崩解造成的工程破壞問題。為解決該類質量問題，文章以實體工程為依托，論述了紅砂巖的結構特征，分析了紅砂巖的崩解機理、工程力學性能差異，總結了紅砂巖填料路用改良技術，提出了紅砂巖路基的質控標準，旨在為同類巖性工況公路路基施工提供借鑒。

關鍵詞 紅砂巖特性;路用性能;改良技術;施工工藝;質量控制與檢測

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0181-03

0 引言

紅砂巖在我國南部省區(qū)分布廣泛，巖質主要表現(xiàn)為粒狀碎屑結構、泥狀膠結結構。此類巖石強度會受到體內膠結物質含量、風化程度影響，表現(xiàn)出較大的強度差異。受其巖性影響，多數(shù)紅砂巖暴露在空氣中后，會受大氣作用、濕度循環(huán)變化作用，出現(xiàn)崩解、泥化，導致巖土物理性質、力學特性發(fā)生變化，導致以該類巖土作為填料的結構發(fā)生破壞。對于該類巖土分布區(qū)域，若采用換填法施工，工藝成本過高，且不易控制土方平衡。通過對該類巖土巖性進行研究，探索針對該類巖土的路用改良技術，是解決該類巖土區(qū)域工程破壞的有效途徑[1-3]。基于此，該文以某公路為依托，通過試驗的手段，對紅砂巖的崩塌機理、巖性特性、力學性能等展開研究，并提出路用改良技術，可有效保證此類巖土工況下的公路工程質量，提升工程效益。

1 紅砂巖的結構特征及礦物成分

1.1 紅砂巖的結構特性

對工程所在地的紅砂巖進行取樣分析鑒定，揭露的紅砂巖天然結構主要有兩類，一類為粒狀碎屑結構，包括泥沙質巖、泥質粉砂巖、泥質細砂巖等;一類為泥狀膠結結構，主要包括泥巖、頁巖等[4-5]。紅砂巖中含有豐富的鐵類氧化物，以二價鐵離子為主，使紅砂巖整體呈紅色、深紅色、褐色，含鐵氧化物主要以浸染物形式存在，僅少數(shù)以鐵質碳酸鹽膠結物形式存在，對巖石的工程性質無明顯影響。碎屑顆粒間主要膠結形式有孔隙式膠結、基底式膠結、泥質接觸式膠結等。

1.2 紅砂巖的主要礦物化學成分

紅砂巖主要礦物成分占比見表1。

（1）粒狀碎屑類紅砂巖，粘土礦物含量較小，蒙脫石、伊利石等總體含量較小，雖然該類礦物親水性較強，其含量變化可對粒狀碎屑類紅砂巖工程性能造成影響，但總體影響相對較小，該類巖石總體工程性質與普通風化砂巖類似，工程性質主要受風化程度影響。

（2）泥狀膠結類紅砂巖，粘土礦物含量較大，該類巖石水穩(wěn)性差，受蒙脫石、伊利石含量影響，工程性質變化較大，當親水性巖土含量較高時，該類巖土極易崩解，導致以該類巖土為填料的路基破壞。

2 紅砂巖的崩解的機理

紅砂巖中粘土礦物含量較高，粘土礦物比表面積較大，表現(xiàn)出較強的親水性，在有水環(huán)境下，礦物吸水膨脹，導致結構崩碎、軟化;特別是蒙脫石親水性較強，礦物分子鍵力很弱，在水分子氧鍵作用下，分子鍵極易斷裂，表現(xiàn)出較強的膨脹性[6]。

實驗中發(fā)現(xiàn)：在中低溫試驗條件下，當水分進入紅砂巖親水礦物構造時，礦物成分發(fā)生體積膨脹;親水礦物空隙間形成的粒間水，也會導致巖體體積膨脹;在反復干濕環(huán)境作用下，巖體內外部吸水、失水速率差，導致內外部膨脹速率差異，造成結構崩解;崩解時間隨干濕循環(huán)頻率、巖體中礦物成分、礦物結構差異變化。

3 紅砂巖的分類

鑒于不同類紅砂巖結構特征、礦物成分含量差異較大，導致不同類紅砂巖工程性能、力學性能差異顯著。該文從工程適用性的角度，按不同類紅砂巖浸水崩解特性差異、單軸極限抗壓強度差異，將紅砂巖分為三類，對其工程分類，及各類巖體力學性能、濕化耐久性、浸水膨脹性等工程性能展開試驗研究，試驗結果見表2～5。

分析表2～5的實驗數(shù)據(jù)可知：

（1）一類紅砂巖：巖體內親水礦物含量較高，巖塊天然單軸抗壓極限強度小于15 MPa，浸水分解特性較強，試塊在105 ℃試驗環(huán)境下烘干，浸水24 h后，巖體完全崩解，呈泥狀或渣狀。

（2）二類紅砂巖：巖體內親水礦物含量稍低，天然單軸抗壓強度略小于或稍大于15 MPa，在同等試驗條件、試驗流程下，崩解總量小于1%，巖塊強度較高，具有較為優(yōu)良的工程性能。

4 紅砂巖工程性能改良技術及工藝原理

基于上述對紅砂巖成分及工程性能的試驗研究，提出采用下述5種紅砂巖路用性能改良策略，保證路基強度和水穩(wěn)性能：

（1）鑒于紅砂巖具有較強浸水崩解特性，為避免紅砂巖填料填筑后，在環(huán)境水作用下崩解，造成路基破壞，對紅砂巖采取工前預崩解措施，消除紅砂巖水活性。

（2）為避免紅砂巖工后崩解，造成路基破壞，采用機械反復耙壓紅砂巖，使紅砂巖得到充分破碎，保證路基壓實性[7]。

（3）向紅砂巖中添加摻料，中和或稀釋巖體中對巖土工程有害的礦物成分，改善巖體浸水崩解膨脹性能;根據(jù)Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖中有害礦物成分，合理確定摻料摻配比例，對其性能進行改良。

（4）采用強振重壓壓實對紅砂巖填料路基，使環(huán)境水無法滲入路堤，減少環(huán)境水對紅砂巖填料的不良作用[8]。

（5）對Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖填料進行路用性能改良，保證其工程性能可有效滿足高速公路路堤填筑需求，改良工藝見圖1。

5 紅砂巖試驗路段填筑實踐

5.1 試驗路堤填筑技術方案

為驗證該文所提出的紅砂巖填料改良技術的適用性、可靠性，以某高速一段路基展開試驗路施工，該段路基長460 m、寬42 m、路堤平均填高6 m，其中Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類紅砂巖填料路段長分別為260 m、180 m、120 m。

為保證填筑路堤水穩(wěn)性能、結構強度，除采用Ⅲ類紅砂巖作為填料填筑的20 m路段外，其余路段在路基頂面以下30 cm厚度范圍內，填筑塑指>8的中性粘性土，形成有效的路堤隔水封閉層，防止地表水浸滲紅砂巖路堤[9-10]。

5.2 紅砂巖路基的質量檢測及控制

路基施工完畢后，經(jīng)現(xiàn)場采用灌砂法、水袋法等方法進行多點檢測測試，試驗段全線壓實度達標，局部路段超出相關規(guī)范要求。為進一步測試該文提出的紅砂巖路基改良技術施工下的路基強度性能，在試驗段進行大量的現(xiàn)場回彈模量檢測、野外CBR值試驗，結果見表6。

由表6可知，該經(jīng)改良后的紅砂巖路基強度符合高速公路工程要求。經(jīng)工后連續(xù)一年的沉降觀測，Ⅰ類、Ⅱ類紅砂巖路基沉降量分別在2.2 cm、2.6 cm以下，網(wǎng)絡層粘土沉降量為2.1 cm，表明該工程采用的紅砂巖路用改良技術可靠性較高，可保證紅砂巖路基穩(wěn)定性。

6 結論

綜上，該文提出的紅砂巖路用改良技術具有較強的可靠性，可有效保證高速公路紅砂巖路基穩(wěn)定性。紅砂巖改良及紅砂巖路基施工工藝總結如下：

（1）對剛爆破開挖出的紅砂巖，應采取預崩解措施，消除紅砂巖水活性。

（2）經(jīng)預崩解后，采用機械反復耙壓紅砂巖填料，使紅砂巖得到充分破碎，并根據(jù)所采用的紅砂巖填料有害礦物成分，向其中摻入摻料，有效中和或稀釋有害成分;采用強振重壓的壓實工藝，對紅砂巖路基進行碾壓施工，保證路基壓實性。

（3）路基頂面以下30 cm厚度范圍內，填筑塑指>8的中性粘性土，碾壓密實，隔絕紅砂巖路堤水通路，防止地表水、雨水等浸滲路堤。

參考文獻

[1]陳龍旭， 王帥， 羅大天， 等. 干濕循環(huán)下紅砂巖路基填料回彈模量控制研究[J]. 中外公路， 2020（4）： 250-255.

[2]王帥， 鄒靜蓉. 干濕循環(huán)條件下水泥改良紅砂巖土的力學特性試驗研究[J]. 科學技術與工程， 2020（13）： 5355-5362.

[3]裴宗文. 紅砂巖路基工程施工技術探討[J]. 綠色環(huán)保建材， 2021（2）： 123-124.

[4]莫正. 紅砂巖壓、拉力學性質對比[J]. 科學技術創(chuàng)新， 2021（18）： 154-156.

[5]甘德清， 田曉曦， 劉志義， 等. 循環(huán)沖擊狀態(tài)下砂巖力學及損傷特性研究[J]. 中國礦業(yè)， 2021（3）： 203-211.

[6]胡欒喬， 譚強， 朱曙光. 大噸位、高激振力壓路機應用于紅砂巖、泥巖路基填筑施工技術[J]. 工程建設與設計， 2021（2）： 202-203.

[7]劉城志. 紅砂巖碎石土路基強夯加固工藝研究[J]. 公路與汽運， 2021（1）： 63-66.

[8]王帥， 鄒靜蓉， 雷潤杰， 等. 懷芷高速公路紅砂巖路基填料改良試驗研究[J]. 路基工程， 2018（6）： 145-149.

[9]李紅中， 張修杰. 紅砂巖的特征和工程分類對廣東地區(qū)公路建設的啟示[C]//. 第十七屆中國科協(xié)年會——分8交通基礎設施安全及耐久性論壇論文集， 2015： 82-86.

[10]琚澤進.? 高速公路紅砂巖路基病害分析及防治技術[C]//. 2015年8月建筑科技與管理學術交流會論文集， 2015： 55-56.