红色泥岩路基填筑施工技术.docx

硬质红色泥岩路基填筑施工技术内容提要：红色泥岩广泛存在于我国广大地区，由于材料的特殊性，以前红色泥岩多用于弃方或低等级道路的填筑，但在低等级道路填筑过程中也出现了很多质量问题，用在高速公路上特别少见。通过康临高速公路的实践积累经验和资料查询，现对红色泥岩的路基填筑技术进行介绍和总结，希望能对以后红色泥岩填筑路基提供有益的参考。 关键字：软质，泥岩，路基填筑，技术1红色泥岩的定义及基本分布状况1.1红色泥岩的定义在康临高速公路沿线，广布着泥岩、泥质砂岩、砂岩等沉积类岩石，其中多数因富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色，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崩解。该种软质岩石，我们称之为“红色泥岩”。1.2红色泥岩的分布概况在南龙山隧道主体级围岩大部分为第三系上新统临夏组泥岩、砂岩，厚度较大，岩性主要为厚层状褐红色砂岩、紫红色泥岩，层理构造，胶结程度、成岩性较差，遇水易软化、崩解，抗风化能力低。产状290-15，2-4。围岩以风化泥岩为主，泥岩的成岩性较差，极限饱和抗压强度一般低于1Mpa，砂岩的成岩性稍好，极限饱和抗压强度一般高于1Mpa，均属极软岩，岩质节理发育，围岩破碎，呈裂隙块状或中厚层结构，易发生坍塌。通过资料及本地调查，红色泥岩、砂岩多数干燥后，浸水崩解或略有崩解。2.红色泥岩的基本特性红色泥岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。多数红色泥岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用可崩解破碎，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化。泥状结构的粘土岩类红色泥岩一般易崩解软化，随干湿循环软化时间增加，颗粒不断碎化，最后呈渣状或泥状，其颗粒级配也在变化。试验表明，随着暴露时间和干湿循环次数增加，岩块不断崩解碎化，经过5060天（干湿循环为8次）变化即可达到稳定状态，红色泥岩经过一定时间后不再崩解变化。粒状碎屑结构的红色泥岩一般呈块状崩解，崩解后的块状颗粒基本稳定或碎化速度非常缓慢，粒径小于0.5mm的颗粒极少。2.1遇水崩解和膨胀红色泥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14%。崩解后的红色泥岩遇水软化，强度下降较快（有的甚至达40%左右），此时，在机械和人力作用下易成为渣泥状，满载的东风车在压实好的试验路行走时最大可见20cm深的车辙，且这一性质不可逆转。2.2高吸水性、透水性与难蒸发性一旦红色泥岩崩解或碾压成细粒状，其吸水性较强，很快达到饱和状态；压实度虽能达到要求，但仍具有较大的孔隙率，实测达0.10.3左右，因此其透水性相对较强，93区的检测表明：最大透水深度可达2030cm。吸水或饱水后的红色泥岩，强光、风作用下水分蒸发慢，表层10cm一般要一天左右才蒸发完，但蒸发却较为彻底，且行车作用下易扬尘。2.3低粘解性破碎后重新组合的红色泥岩，粘结性能小、易松散，作压实度检测时，很难取得块状样品，这说明红色泥岩路基的整体性或板快性较差，强度具有不可逆转性。2.4易风化性 一旦外力作用下破坏，那么在大气、阳光、雨水的影响下，红色泥岩极易风化。若遇水，则不仅仅是软化，更是加速了这种风化过程，倘经过几次干湿循环作用，红色泥岩易风化破碎，利于压实。2.5不均匀沉降由于粒径难以100%的控制且不均匀，加上红色泥岩易风化及遇水软化，红色泥岩路基易出现较大的不均匀沉降。路基填料不良（未崩解的红色泥岩填筑），填筑方法不当，人工压实不足，在荷载及自然因素作用下，均可能发生沉陷，便直接导致路面破坏。而易风化的红色泥岩边坡如果设计不当或防护不良，均可造成路基边坡的坍落。边坡坍落形态多样，按其规模和形态的不同，可以分为：剥落、碎落与坠落，以及滑坍、塌坍与崩坍等。由于红色泥岩为极易风化的崩解的沉积岩，因此用红色泥岩修筑的路基边坡在温度与水的共同交互作用下极易发生风化剥落的病害，如不及时处理，风化向边坡深部发展，引起边坡崩坍落石等病害。3.红色泥岩的崩解处理3.1崩解处理的目的经崩解处理后的红色泥岩不仅活性减少，而且岩石软化，强度降低，便于碾压。因此，用崩解处理后的红色泥岩修筑路堤不仅可以提高工效，保证工程质量，而且可以减少甚至消除病害的发生。3.2红色泥岩填料的崩解处理方法红色泥岩填料在料场先进行崩解处理（预处理），然后再运往工地填筑。崩解处理的具体方法如下：将爆破出来的红色泥岩填料不加遮盖地裸露于大气、阳光和雨水中，在这些自然因素的作用下，红色泥岩迅速风化崩解、强度急剧降低、活性迅速消除。在崩解处理期间，晴天视气温情况宜每天在料场浇水一次（气温高），或隔天浇水一次（气温低），如果晴朗无雨天气连续超过两三天时，即应在料场浇水以加速红色泥岩的崩解和消除活性的过程。用此方法作崩解处理时，八天至二十天后（气温高取小值，气温低取大值），经崩解处理的红色泥岩填料可运往路堤填筑。判断红色泥岩是否已崩解的方法：粒径为5070cm的大块新解红色泥岩块，经崩解处理若干天后，表面已出现大量裂缝并有大部分碎块岩石崩解，以脚掌推动时，大岩块裂成碎块岩堆，即认为红色泥岩的崩解处理已完成。4. 红色泥岩的四大指标红色泥岩施工的病害多出现填方路基中，对于红色泥岩的开挖后容易出现塌方、滑移，针对红色泥岩易崩解的活性，只要我们施工时尽快让它少暴露在空气与水中，加强预先防护措施和加紧后期防护，这种问题基本上可以得到解决。这里着重强调一下红色泥岩填筑的四大指标和施工工艺。路基填筑过程中严格控制的四大指标是：粒径15cm，层厚30cm，压路机40T，含水量8%12%之间。4.1粒径红色泥岩颗粒不宜过大，这是因为未破碎的红色泥岩大颗粒，在自重和车辆的长期作用下，不均质、沉降不均，导致路面过早破坏。另外，大颗粒红色泥岩填料在经压实了的路堤内部同样不利于路堤的水稳定性。因此，在各碾压层中，红色泥岩的最大粒径d应加以控制。4.2层厚碾压应该有适当的厚度。碾压层过厚，非但下部分压实度达不到要求，而且上面部分的压实度也受到影响。同时碾压层的厚度应该与所用压路机的重量或功能相适应，厚度要随压路机的类型相适应，对于红色泥岩路基，应该采用40T至60T振动压路机。在红色泥岩实际施工中，重要的是能符合要求密实度的有效深度，这个深度也就是每层填土的合适厚度。有效压实深度主要与压实机械类型、碾压遍数、土的性质和含水量有关。4.3压路机机械设备配备主要有平地机 PYl802 、振动压路机 YZl8B3 、羊角碾 YZTK184 、洒水车 8t5 、推土机 D856 、挖掘机 1m3路基路面施工中，采用专用的压实机械进行压实是施工的关键工序之一。压实效果的好坏，直接关系到工程质量的优劣。在红色泥岩路基的施工中，应配备60T拖式振动压路机和40T轮式振动压路机各一台。采用的60T拖式振动压路机工作质量在18吨或18吨以上，激振力400KN或400kN以上，40吨轮式振动压路机工作质量则为14T，激振力260KN。经过实验说明，当经过崩解处理的红色泥岩松铺厚度不大于30cm时，可以用40T轮式振动压路机代替60T拖式振动压路机，因此在保证工程量的基础上更具有经济性。用推土机将红色泥岩填料推平，以覆带辗压之，再以松土齿耙松，称为“耙压”。一般耙压遍数不得少于三遍，目的在于辗碎红色泥岩大颗粒，经耙压后，由监理工程师检查红色泥岩最大粒径是否满足要求。若不满足，应继续耙压。红色泥岩路基填筑施工中，采用专用的压实机械进行压实是施工的关键程序之一。压实效果的好坏，直接关系到工程质量的好坏。所以应配备60T拖式和40T轮式振动压路机各一台。4.4含水量通过实验，只有在最佳含水量时压实到最大干密度的土体，在遇水饱和后其密度和强度下降的幅度最小，其水稳定性最好。含水量是影响压实效果的决定因素，因此，我们实际施工时应把含水量控制在8%12%之间。5. 红色泥岩路基填筑施工工艺施工工艺：根据实际经验当把红色泥岩云至施工现场后，用220KW以上推土机耙压三遍，再用60吨以上振动羊角碾和40吨以上的光轮压路机碾压4遍以上，即可达到要求。当红色泥岩干湿循环作用一个星期以上时，碾压效果最好。5.1填前碾压路堤填筑前，要进行填前碾压，即改造地形、清除表土及地面附着物，并将原地面碾压至要求的密实度。5.2布料上料前必须在边线位置处采用花杆挂线，要求花杆长度为2米，红白相间格长40cm，纵向间距为20米。首先在路基两侧坡脚线内用粘土包边，以防雨水对己成形红色泥岩的侵蚀及冲刷。粘土宽度为2米，作成向内的横坡度，以保证边线处粘土得到充分压实。填筑时现场应安排好运输路线，料厂预崩解处理的红色泥岩填料运到填方段后，专人指挥卸料，每方格网内卸一车，用推土机粗平，严格按照花杆刻度控制松铺厚度。根据填筑厚度及作业面积，计算上料数量，用自卸车将填筑料按方格网均匀堆放在路基上，控制每车料的数量尽可能相等。施工中避免将不同类型的红色泥岩同层填筑，对于填料中少量的大块硬质岩，应剔除或破碎，以确保路基压实的均匀性。5.3耙压、整平经过预崩解处理的红色泥岩填料运到填方段后，卸料后采用220马力以上的三齿推土机、勾松，“耙压”遍数应不少于三遍，未经料场崩解处理的红色泥岩至填方路段后，相应的“耙压”遍数应增加一倍。5.4碾压推土机耙压后，90区采用50t以上羊角碾振压35遍，行驶速度控制在23kmh；93区采用50t以上羊碾振压35遍，行驶速度控制在23kmh，基本可以保证岩石粒径控制在15cm以内。施工中严格控制最大粒径和每层松铺厚度，经耙压后的填料最大粒径不得大于15厘米，每层松铺厚度不大于30厘米。平地机的整平方法是由两侧开始向路中推进，如此往返三次，一般就可达到规定的粒径要求。平地机精平后，用YZl8B以上振动压路机强振碾压3遍，行驶速度控制在34kmh；最后用YZl8B振动压路机碾压4遍，行驶速度控制在34kmh。压实时的操作要求，从两侧路基边沿向路中推进；压路机碾压轮重叠不小于4050cm。整平后的路堤适当洒水使石块之间有一层润滑，易于碾压时石块移动、嵌琐，振动碾压以拖式50吨或击振力50t以上自行式重型压路机为佳，尤其在大面积填方作业中，其优点更为突出。压路机的碾压速度对路堤的压实有显著的影响，当铺层厚度不变时，传递至填方的能量与下列因素成比例；碾压遍数/压路机速度，压路机的速度有一个最佳值，一般在36km/h之间，但在下列情况下建议采用偏低值34km/h。（1）需要高密度（2）难于压实的材料（3）铺层较厚。5.5含水量控制在碾压前要检测含水量，红色泥岩填料在碾压前含水量应控制在最佳含水量1范围。对完成路段采用灌砂法进行压实度检测，含水量用洒精燃烧法或烘干法测试。施工中路拱横坡按设计施作。遇雨或雨后，施工表面不干时，不得开放交通，雨后进行施工，下层填方须重新压实，符合要求，方可施工。在下一层填筑前，将己完工的路基用羊角碾重新振压一遍，形成凹凸面，以保证上下层面间的联结。5.6压实质量控制红色泥岩路基压实度试验检测比较困难，考虑到施工中的技术要求及实际情况，我们采用了压实度试验与外观检查对比的方法，同时采用压实沉降差作为参考值：5.6.1灌砂法检测压实度时如遇到大石块，则此试验点位弃置不用，重新选点试验。5.6.2外观检查：要求表面平整密实，无空隙、松石、坑洼及大的石块存在，50t以上压路机振压后无明显轮迹。5.6.3压实沉降差法：在路基上用随机取样的方法布设观测点，测其高程，然后再用拖式50t压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量。要求压实沉降差平均值不大于5mm，标准差不大于3mm。施工中采用压实沉降差进行压实检测，首先在压实后的填石路堤纵向布点，点位间距离8m左右，横向间距视现场情况而定，应避免在突出的大石上和压路机不能到的地方布点。在布好的点位上用油漆做醒目的标记，用水准仪测量测点高程，测量时为了减少误差，准备一块2020cm的钢质垫块，垫块中央有一个半球形突出点，在测量时，将垫块放置在测点上，水准尺放在垫块突出点上进行测量。然后用击振力50吨振动压路机作碾压检测（碾压参数：车速2.04.0km/h，频率30Hz）。然后用水准仪检测各测点高程，各测点在碾压前后的高差就是测点的压实沉降差。压实沉降差单点值应小于5mm，检测频率为每2000m2 检测12点。在压实面积不足200m2时，至少检测4点。5.7上路床不宜填筑红色泥岩路堑上路床0-30厘米范围内换填适宜填料时不能用红色泥岩，其路床底部30-80厘米必须为新鲜岩面，且0-30厘米范围内使用CBR值不小于8密实性好的路基填料封面，以避免大气雨水对红色泥岩的侵蚀，降低基底的承载力。6. 红色泥岩施工注意事项6.1红色泥岩在我国南方也广泛分布，随着我国高速公路的大量修建，已经出现很多红色泥岩边坡。由于红色泥岩工程性质差，以前又无系统研究资料，出现过大量问题，因此，路堑边坡应予足够的重视。6.2由于红色泥岩易风化崩解，边坡风化剥落破坏的主要环境因素是夏季高温的暴晒与突发性降雨的冷却。闪此，红色泥岩边坡外挖后应及时防护并做好排水工程，适宜采用全封闭式防护。坡脚是风化最强烈的部位，一般宜做坡脚矮墙。6.3由于红色泥岩岩性软弱，泥质含量高，遇水软化崩解，其顺层地段应充分估计顺层下滑的可能性，并据此进行重点加固，不适宜按一般软弱岩层边坡进行设计。红色泥岩顺层滑坡的控制因素是软弱夹层在层间剪切作用下形成的泥化带，切层滑坡的控制因素是构造结构面。6.4红色泥岩切方地段，由于开挖后新鲜的红色泥岩路堑暴露空气中，易风化剥落和节理发育产生崩塌，护坡可采用抹面、护面墙或挂网喷粉植草防护。红色泥岩同裂隙发育、雨水影响较大，边坡设计不能按常规方法处理，需放缓至不小于1：1。7.红色泥岩路基的稳定性及沉降分析岩路基的稳定性包括强度稳定性、变形稳定性及水稳定性三个方面。路基稳定性地基稳定性和路堤稳定性两个方面。7.2路基强度稳定性体现在地基是否可能因路堤填土荷载及车辆荷载过大而产生失稳滑移，路堤本身是否可能因边坡设计不合理或填土强度随时间降低而产生开裂滑塌。试验结果表明，红色泥岩试件的抗剪强度与一般粘土接近，但红色泥岩的水稳定性差，易受积水浸泡的影响强度显著降低，所以，对于填土高的红色泥岩路基应按饱水后的强度进行稳定性验算。7.3路基的变形稳定性体现在地基及路堤的变形随时间变化的特性。当路基的变形在铺筑路面前基本完成，则对公路的使用不会造成影响。只要红色泥岩路基的压实度达到技术要求，并保证路基不受外界积水作用，工后沉降会很小，试验表明，填筑高度为6米时，路基一年的累计沉降量为3cm。7.4水稳定性是红色泥岩路基保持稳定的关键，一类红色泥岩的未压实提水稳定性差，受积水长期浸泡后强度明显降低，易使路基局部产生沉陷病害，必须注意采取隔水防渗措施。7.5对于填土高度小于6米的试验路，横向变形不超过2cm。7.6路基成型约三个月后，采用蓝派压路机（冲击力300吨）冲压，路基沉降量仅为23cm。7.7红色泥岩路基尤其是高填方路堤要有一年左右的施工期及充分的沉降期。8.红色泥岩路基常见病害及防治对策8.1红色泥岩路基可能出现的稳定性病害主要表现：8.1.1当红色泥岩路堤修筑于松软不均匀地基上时，因地基产生明显的不均匀沉降而失稳破坏。8.1.2按路基施工规范和设计要求施工的红色泥岩路基一般不会发生整体滑动失稳现象，但当红色泥岩路基填筑高度大于20m时，可能出现整体滑动失稳病害，这时应对红色泥岩路基的整体稳定性进行验算。8.2红色泥岩路基施工的特点在于，红色泥岩材料的水稳定性差，容易受外界积水和大气环境干湿循环变化的影响，其颗粒有进一步崩解破碎和强度软化的可能。施工不合理的红色泥岩路基可以产生沉陷，主要原因有以下几个方面：8.2.1红色泥岩路堤未按设计要求进行施工碾压，填料压实度达不到技术要求，或压实不均匀，导致工后沉降。8.2.2红色泥岩路堤下地基松软，沉降明显。对于红色泥岩路基，有可能产生浸水崩解软化，在路堤荷载作用下下沉。8.2.3与构造物相邻地段路基采用红色泥岩填筑，由于对红色泥岩填料的压实质量差，而构造物的沉降微小，导致产生明显的不均匀沉降。8.2.4红色泥岩路基局部未压实或压实后存在的颗粒过大（大于25cm），受到外渗积水浸湿软化和进一步崩解，导致不均匀沉降。8.2.5红色泥岩路肩及边坡处碾压不密实，受到雨水浸蚀和大气环境干湿循环变化的影响，产生沉陷和路肩开裂。8.2.6填挖结合段及陡坡路段用红色泥岩填筑路基时，结合界面处理不适当，填料压实不均匀，导致局部沉陷。8.2.7红色泥岩路基与其它填料接头部位，由于压实不均匀和排水措施不完善，导致不均匀沉陷。8.3红色泥岩路基病害的防治对策8.3.1对于接近饱和的松软土地基，可采取预压排水、挤密加固或其他软基处理措施，并分析地基在设计路堤荷载作用下的沉降量，确保工后沉降不超过允许值；当松软土厚度不大时（一般以3米为界限），可采取挖土换填措施。8.3.2对于非饱和的松散土地基，当厚度不大时，可采用重型压路机压实处理措施，若厚度较大时，可采取强夯加固措施。8.3.3在高填方路段，要对地基的承载力和沉降量进行验算分析，必要时采取加固措施。8.3.4对于低洼易积水地段，在地基一定厚度范围内要采用水稳定性良好的填料填筑，清除积水，截断水源。8.3.5对于路基两侧的高边坡，需要进行稳定性分析验算，一般要采取边坡防护和排水防治措施。8.3.6对于远离构造物的局部路段，若路基沉陷是因雨水渗入路基表层土中导致的，要对沉陷部位开挖进行处理，若是因路基填土压实质量差所致，应考虑采用注浆或挤密处理措施。8.3.7在红色泥岩路基施工和营运期间，要加强排水和隔水措施，确保排水通道畅通，路基表面无积水。9.结论9.1一类红色泥岩呈泥状或渣状崩解，水稳定性和强度稳定性较差，接近或属于弱膨胀岩；二类红色泥岩呈块状崩解，水稳定性和强度稳定性较好，无明显膨胀；三类红色泥岩强度高，不崩解。9.2一类和二类红色泥岩可以作为高速公路的90、93区填料，但必须保证在路面底基层与红色泥岩之间铺筑不小于30cm优质粘土封层，路基两侧做1.5米宽的包边土，每侧路基施工加宽不小于50cm。9.3对于刚爆破出来的红色泥岩可直接运到填方路段填筑路基，也可先在料场进行预崩解破碎处理，然后运往施工现场。对运至现场施工的红色泥岩，要求必须配备D85以上推土机，50t以上的振动羊角碾和50t以上的振动压路机进行压碎处理，用平地机整形，路基横坡保持在3%4%，以利于排水。9.4红色泥岩路基填料的颗粒不均匀性，压实度可应用灌砂法作为参考，用压实沉降差和外观检查为主要检查内容。9.5对于采用红色泥岩填筑高填方路段的情况，根据红色泥岩击实试件的饱水抗剪强度验算路堤的稳定性。9.6红色泥岩压实体的透水性与粘土接近，雨水对红色泥岩的影响主要在表面一定厚度土层，并仅限于表层局部范围内。 参考文献：1 公路路基施工技术规范JTJ042-94 2006年8月31日2 佚名 红色泥岩的路基填筑技术