红砂岩填筑高速公路下路床可行性探析
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摘要：文章以湖南省常祁高速公路为例，通过试验路段的施工和总结，采用加工处理后的三类红砂岩替代掺灰改良土直接填筑下路床及低填浅挖、横向填挖交界处、纵向填挖交界处路基，经试验检测各项指标都满足《公路路基施工技术规范》（JTG/T360-2019）和《公路工程质量检验评定标准（第一册土建工程）》（JTGF80/1-2017）的要求。此工艺和填筑方案既加快了施工进度、节约了工程成本、保证了工程质量，又保护了环境、保护了生态、节约了用地、践行了绿色工地理念，值得推广。
1工程概况
湖南省常祁高速公路是规划建设的华容至常宁高速公路的南段，也是茶陵至常宁高速公路的西段。该高速西接益娄衡高速，东接京港澳复线，全线位于衡阳盆地内，起于祁东县归阳镇，终于常宁市蓬塘乡，设计速度为100km/h，主线全长32.123km，分布为紫红色、红褐色至灰白色，泥质、钙质、铁质或硅钙质胶结的红砂岩。常祁高速公路沿线分布的红砂岩与其他常用的路基填料相比，强度差别大，大部分强度低、易风化，具有明显的崩解特性，填筑后路基自稳能力较差，若处理不当，路基易出现沉陷等病害。
2公路路基施工技术规范对路床
填筑的要求和常祁高速公路路床填料短缺的矛盾红砂岩作为路基填料的适应性研究，前人已经做了许多工作。崩解后的红砂岩抗剪强度高，抗渗能力强，压缩性低，CRB值高，满足路基填料的指标要求，但新的《公路路基施工技术规范》（JTG/T3610－2019）第4.2.2条第（3）点要求路床、零填、填挖结合部位和挖方路段路床存在易崩解或易风化岩石时应进行挖除换填（80cm～120cm）。为此本项目路床（-20cm~-120cm）、低填浅挖路基、横向填挖交界处、纵向填挖交界处原设计均采用7%掺灰土进行填筑。但掺配土源外购路程较远（最近的也有13.68km）、运量大，既增加工程成本、影响工程进度和工期，又要废弃红砂岩，弃土场和借土将占用大量土地，环保、水土保持和国土资源等问题突出，工程质量、进度难以保障。因此，针对常祁高速公路特殊的施工环境和现场实际，需要进一步对红砂岩的功能进行评测，寻求最优方案进行填筑，解决原设计路床填料短缺的矛盾[1]。
3常祁高速公路沿线红砂岩的分类特性
根据在常祁高速公路沿线挖方段和采石场系统取样100个，进行105℃烘干后浸水24h崩解试验和单轴抗压强度试验后，对试验结果进行分类统计，各类红砂岩的分类特征见表1。根据表1特征，结合前人的研究成果[2]，常祁高速公路红砂岩的工程地质特性和施工特点，可分为“岩土”和“岩石”二大类。①“岩土”类红砂岩：表1所述的一、二类红砂岩，其强度低，在重型压路机的振动下能够解小，可通过压实度来进行检测，一般参照填土或土石混填路堤进行施工；一、二类红砂岩遇水容易崩解，未经处理和改良，不得用于路床填筑[3]。②“岩石”类红砂岩：表1所述的三类红砂岩，其强度较高，浸水不崩解或仅在棱角处有少量崩解，主要通过压实遍数、沉降量来进行检测，一般参照填石路堤进行施工。
4常祁高速公路下路床试验路段
的填料优化和试验段结果为解决常祁高速公路路床填料短缺问题，根据三类红砂岩强度较高，不崩解或仅在棱角处少量崩解的特点，对三类红砂岩进行预处理后破碎，利用破碎后未筛分的三类红砂岩直接填筑下路床及低填浅挖路段，试验路段验证情况如下。为了和原设计的7%掺灰土填料进行对比，本项目同时施工了以破碎三类红砂岩未筛分碎石为填料的下路床试验路段和以7%掺灰土为填料的下路床试验路段。其中红砂岩填料的下路床试验路段选在K2+600～K2+800，长度200m，掺灰土填料的下路床试验路段选在K2+800~K2+900，长度100m，该段路床填方在地质条件、断面形式等均具有代表性，适宜作为路床填方的试验路段。
4.1三类红砂岩为填料的下路床试验段
①根据红砂岩的特性采用一体式钩机、挖机开挖、自卸汽车运输。试验路段施工前，先安排经培训的工人在采石场精选出较好的三类红砂岩，进行机械（炮机）破碎到规定规格（粒径0~10cm），进行崩解处理（预处理）后，按照试验规范标准进行含水量试验、表观密度试验、颗粒大小分析试验等符合要求后，运往工地填筑。②填筑以机械作业为主，人工配合。利用全站仪放出路基中线，每20m一桩，测出中桩标高，并根据填土高度放出施工边线和边沟线，用石灰将试验段中线、边线标出。然后按每40m（纵向）1个横断面测7-11点，确定初始高程（H0）。在松铺层初平后与下承层测点对应，测高程（H），用羊足碾碾压一遍或振动压路机碾压一遍测对应点的高程（H1），再用羊足碾碾压一遍和振动压路机碾压一遍测对应点的高程（H2），反复碾压直到填筑层压到终压时止，测对应点高程（Hi）。H-Ho=H松（松铺厚度）；Hi-Ho=H压（压实厚度）；H松一H压=△H-沉降量；沉降率Si,=△H/H松；Hi-H=△Hi-沉降差；本试验路段采用灌水法测压实干密度：挖大坑法，采用孔隙指标进行检验，确定相应的施工工艺参数与压实沉降差作为下路床施工时的压实质量检测控制指标。主要施工程序如下图。主要施工程序③沉降差的评定方法现场资料：有效测点n和不合格数m。计算不合格率m/n和计算公式0.05+0.3596/√n评定：a.沉降差管理标准值为△H=△Ho+2σ，碾压两遍后检测的沉降差小于△H值即为合格。b.如果m/n>0.5+0.3596/√n，则认为该段压实不符合要求，需要处理；如果m/n<0.5+0.3596/√n，则认为该段符合压实要求。c.如果单个测点的沉降差大于最大容许值△H1，需要对该处进行局部补充碾压。④质量控制要点a.严格控制松铺厚度，采用220马力后挂三齿的推土机推平、匀松、来回“耙压”遍数不小于3遍，经“耙压”后的红砂岩填料最大粒径不得超过10cm，个别超粒径的填料，应人工挑选出来，严格控制填料最大粒径。测量松铺石方的平均高程，计算平均松铺厚度。b.严格含水量控制，在碾压前要检测含水量，红砂岩填料在碾压前含水量应控制在最佳含水量±2%范围内，确保填料的含水量处于最佳状态，当含水量超出最佳含水量的±2%时，应采用翻晒或洒水进行调整。c.碾压遍数的控制，红砂岩碎石土路床整平后效果应该达到表面平顺，碾压区工作面无多余石料堆放，才能进行下一步碾压施工工序；红砂岩碎石土填筑压实使用18t拖式振动羊足碾（激振力50t）与18t自行式振动压路机组合。d.检测，对完成路段应进行回弹弯沉值检测和压实度检测，压实度采用灌水法进行，含水量用酒精燃烧法或烘干法测试。施工过程中还要对比压实度（压实遍数）和沉降差的相关性。⑤试验段检测结果a.平均松铺厚度：39.5cm，松铺系数：1.16；压实遍数：先初平1遍，羊足碾碾压2遍，行驶速度控制在2.5km/h，18t自行式振动压路机强振3遍，最后静压1遍，振动碾压速度应控制在3.1km/h。b.现场碾压完成后，实测压实度代表值为96.7%，对应的沉降差评定值为2.02mm，实测弯沉代表值108.66（0.01mm），未超过设计容许弯沉值179.01（0.01mm）要求[4]。
4.27%掺灰土为填料的下路床试验段
（原设计图纸推荐的填料方案）①外购土源运距16.7km，石灰需要从郴州市桂阳县或耒阳市购买，运到施工现场需要580元/t（生石灰）。试验段采用路拌法施工，生石灰充分消解需要2天时间，路拌翻拌需要3－4次，才能使石灰与土拌和均匀。②碾压时，采用振动压路机先静压一遍，然后再振压至压实度达到规范要求止。碾压时先慢后快、先轻后重、由两侧至中间、由低到高，轮迹重叠1/2，最大速度不超过4km/h，碾压时应确保均匀，无漏压、无死角、无明显轮迹；碾压开始后，试验工程师在碾压第二遍过后，每碾压一遍检测一次压实度，并将检测结果及时通知路基负责人并做好记录。③机械组合：1台挖掘机、8台自卸车、1台三铧犁、1台旋耕机、1台推土机、1台装载机、1台平地机、1台18t振动压路机、1台25t振动压路机、1台洒水车。④试验结果a.最大干密度：1.79g/cm3。最佳含水量：15.5%。含水量控制在最佳含水量±2%左右时，下路床第六遍压实后的压实度能够达到验评标准的要求，第六遍压实后压实度平均为97.4%，最低96.1%；松铺系数1.311。b.压实遍数和压实度检测情况对比见表2。c.下路床实测弯沉代表值139.04（0.01mm），尽管仍未超过设计容许弯沉值179.01（0.01mm）要求，却比三类红砂岩填料填筑的下路床弯沉代表值要大许多。
5结论
①经过试验路段的施工验证和对比，三类红砂岩由于强度较高、不崩解或极少量的崩解，破碎后，可直接用作下路床填料。②在路床填料严重短缺的地区，如果三类红砂岩较多，分选较容易，可以推广在下路床和浅挖低填路段直接使用。③三类红砂岩直接用做路床填料的质量控制关键：三类红砂岩的野外标志明显，工人分选熟练；部分棱角处有少量浸水能崩解的三类红砂岩需进行预处理，崩解掉较软弱部分；三类红砂岩的破碎质量，特别是破碎后的粒径应控制在10cm以内；施工机械组合的选择也非常关键，推荐使用常祁高速公路试验路段的机械组合：18t拖式振动羊足碾（激振力50t）与18t自行式振动压路机组合。④践行绿色工地理念，充分利用挖余红砂岩中三类红砂岩替代7%掺灰土作为高速公路下路床填料是可行的，具有较好的经济性。
参考文献
[1]JTG/T3610—2019,公路路基施工技术规范[S].
[2]朱貌贤,陈晓斌.红砂岩粗粒土路基填料试验分析[J].广州建筑,2007(03):13-16.
[3]陈宇亮,周志刚,李雪连,等.赣中红砂岩填料路基动态模量现场影响因素研究[J].公路交通科技,2014,31(03):13-17.
[4]JTGF80/1—2017,公路工程质量检验评定标准（第一册土建工程）[S].
作者:李海英 罗桂林 钟雯 单位:安徽省高等级公路工程监理有限公司 长沙华南土木工程监理有限公司 南华大学
