瑞赣高速公路红砂岩路基填筑的质量控制

李传斌 杜宇飞

瑞赣高速公路是厦门—成都高速公路在江西境内的一段，是江西省“三纵四横”公路主骨架网中第四横的一部分，也是江西省利用世界银行贷款修建的第3号项目，总长117.12 km，起于瑞金市石云山，与厦蓉线隘岭(赣闽界)—瑞金终点相接，经会昌、于都、赣县，终于赣州市章贡区，与厦蓉线赣州城西段起点(黄金互通立交)连接，路线所经区域均隶属于赣州市。

瑞赣高速公路路线呈东西走向，以低山丘陵地貌为主，地形侵蚀切割严重，植被较为发育。线路所经区域地形主要以低山丘陵和山区小盆地地形为主，整个区段内分布大大小小红层盆地近50个，属典型的区域性红盆地形。红盆区域内的红砂岩是在侏罗系、白垩系与第三系砂岩、泥岩、页岩及其互层结构等软硬相间的层状岩体，其属内陆河流、湖泊相沉积地层，沉积历史较短，成岩程度差，有较强的环境效应和时间效应，岩体强度低，抗风化能力差，水敏感性强，遇水岩体强度大幅度下降，失水后易产生崩解，工程性质较差。

1 红砂岩的工程性质

根据颗粒类型，红砂岩可分为粒状碎屑结构和泥状结构两类。这两种典型结构红砂岩的主要黏土矿物成分都是高岭土、蒙脱石和伊利石。

从分子结构来看，亲水性强的蒙脱石和伊利石是导致红砂岩水稳定性差、易崩解、软化的主要原因。由于蒙脱石和伊利石的亲水性较强，故其质量分数的高低是决定红砂岩易崩解软化、水稳定性差的主要原因。一般蒙脱石与伊利石质量分数之和大于10%的红砂岩崩解性强，5%～10%之间的红砂岩也具有明显崩解性，5%以下为不崩解的红砂岩。崩解后的红砂岩易软化，随着干湿循环时间的增加，颗粒不断碎化，最后呈渣状或泥状，完全丧失强度。为了方便研究，研究者一般根据红砂岩在烘干后浸水24 h后的崩解状况分为3类:崩解成泥状、渣状或粒状者，称为一类岩;崩解成块状者，称为二类岩;根本不崩解者，称为三类岩。红砂岩崩解或碾压成细粒状后，其吸水性更强，很快便达到饱和状态，具有较大的孔隙率，因此其透水性相对较强，所以刚爆破开挖的一、二类红砂岩不能直接用于高速公路路基填筑。三类红砂岩由于遇水不崩解，可以通过解小以填石或者土石混填进行填筑。

2 瑞赣高速公路对红砂岩路段的处理

2.1 过程施工控制

1)施工机械:在满足普通路基填筑对机械的要求之外，要求承包人增加大吨位的推土机、羊足碾和振动压路机。其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。在红砂岩路基的施工中，应配备60 t拖式振动压路机(羊足碾)、40 t轮式振动压路机和推土机各一台。推土机的主要作用是将填料推平，以履带碾压之，再以松土齿耙松，称为“耙压”。一般耙压遍数不得少于两遍，目的在于碾碎红砂岩大颗粒，经耙压后，检查红砂岩最大粒径是否满足要求，若不满足应继续耙压或解小。这些设备激振力大，有利于对大块红砂岩解小并且操作简单，成本相对较低。2)红砂岩开采:在红砂岩深挖路堑路段的爆破开采中，既要考虑设计要求又要充分利用地形采用合理爆破方法，一方面保证路堑边坡的安全性，另一方面使爆破产生的红砂岩粒径尽可能较小。在操作的过程中一般采用自上而下小炮群爆破法开挖，短进尺，多打眼，少装药，弱爆破，同时要充分利用自然因素，将爆破产生的红砂岩暴露于大气中，利用强光和雨水加快岩体的崩解速度。在崩解过程中应对岩体进行每天两次的现场浇水工作。3)松铺厚度控制:根据《公路工程路基施工规范》规定的填石路段最大松铺厚度50 cm，最大粒径30 cm，项目业主组织AS15标在赣江桥头红砂岩填方路段做试验路，利用羊足碾进行反复振动碾压。通过检测中心对该路段的返挖并结合压实度试验确定红砂岩路段的最大松铺厚度为40 cm，最大粒径为25 cm。4)由于红砂岩的高吸水性和透水性，96区顶业主要求承包人进行借土填筑，同时对填方路基边坡进行必要的黏性土覆盖，防止雨水渗入引起不均匀沉降。

2.2 工后控制

瑞赣高速公路相关红砂岩填方路段碎石含量达70%～90%，填筑过程中虽然进行了大规模的改石工作并在填筑的过程中进行冲击碾压，但局部路基填筑后孔隙仍然较大，压实质量难以保证，而且路基完工后即将经历赣南雨季，长时间暴露极易产生较大的工后沉降和不均匀沉降。强夯法是20世纪60年代末由法国梅纳技术公司首先创用的，此法在开始时仅用于加固砂土和碎石土路基，在港口、码头工程中应用广泛。经过几十年来的应用与发展，已拓展到用于加固从砾石到黏性土的各类路基土。强夯的有效深度是目前工程研究人员的主要探讨内容之一，强夯的创始人Megard提出了有效影响深度的计算公式为:

其中，h为加固影响深度;w为夯锤重;H为下落高度。

采用以上公式计算得到的影响深度和工程重实测的有效影响深度相差较大，且均偏大，近年来，众多学者建议对上述公式进行修订，提出了修订后的Megard公式如下:

其中，α为修正系数，和多种因素有关。

这方面的资料很多，Leonards建议对砂土地基乘以0.5的修正系数;王成华收集整理了40项强夯工程或试验实测的α值，夯击能一般为1 000 kN◦m～2 500 kN◦m，α值的范围为 0.2～0.95，α=0.4的频率约为80%，均值为0.5。此外根据JGJ 79-91建筑低级处理技术规范规定，强夯的有效影响深度应该根据现场试验确定，在缺少试验资料和经验时可根据表1的数据确定。

表1 强夯的影响深度

根据项目实际并结合相关技术规范，业主制定了针对本项目的强夯技术规范，对特殊路段(如高填方(超过8 m)、填挖交接、半填半挖路段)96区第二层顶进行强夯补强，采用10 t重锤从10 m高空落下，即单锤强夯击能为1 000 kN◦m，夯击遍数根据填料性质确定，一般采用点夯2遍～3遍，最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。

从进行强夯补强的路段来看，强夯后路基的平均沉降量达到了21 cm～28 cm，压实度提高了5%，普遍达到 96%以上，夯锤以下50 cm以内压实度更是接近100%，此外通过返挖发现锤下4.2 m～4.5 m范围内的土体都受到了冲击压实。以上情况说明强夯产生的冲击荷载对路基表面至以下4.5 m的土层产生了极大的挤密效应，减小了土体的孔隙体积，使土体致密，强度得到了很大的提高。与此同时由于强夯作用，锤下土体形成了一层隔水层能够有效防止地表水渗入路基内，同时也阻断了路堤内红砂岩和外界水分的交换，保证了路基的稳定。

3 结语

1)红砂岩路基填筑是一种土石混填结构，该路段的最大松铺厚度宜控制在40 cm以内，最大粒径宜小于25 cm;2)1 000 kN◦m强夯击能的影响深度为4 m左右，强夯能使压实度提高5%，对红砂岩路段的填筑质量具有重要意义。

瑞赣高速公路项目对红砂岩路基填筑过程的施工控制以及对工后的重新处理，取得了较好的效果，该方法在很大程度上保障了路基的压实度要求，尽量避免了今后可能出现的不均匀沉降造成的路基病害，具有一定的推广价值，对其他类似项目的红砂岩路基填筑具有指导意义。

[1] 江西省交通厅世行贷款瑞金至赣州高速公路项目建设办公室.江西省瑞金至赣州高速公路项目技术规范[S].

[2] 吴 斌.强夯前后水对红砂岩路基影响机理的试验研究[J].公路交通科技，2004(2):20-21.

[3] 吴海平.赣南红层滑坡机理及防治对策研究[D].南昌:华东交通大学土木建筑学院，2007.

[4] 蓝 田.红砂岩地带路基修筑技术[J].工程科技，2007(2):145-146.

[5] 罗嗣海.强夯的地面变化规律初探[J].地质科技情报，2000(19):57-58.

[6] 邓觐宇.高速公路红砂岩的路用性能及施工工艺研究[J].岩土工程技术，2003(5):196-197.