探讨红砂岩碎石土路基强夯技术

黄海

（湖南杰通建设工程有限公司，湖南 长沙 410000）

从物理性状角度看，红砂岩呈胶泥状分布，其性能离散性明显，同一区域内的砂岩强度差异极大，红砂岩渗水后易瓦解，故其压实工况较复杂，控制难度较高，且施工完的红砂岩路基在车辆荷载持续作用下，易出现持续的工后沉降。本文基于红砂岩的特殊物理特性，拟采用强夯法处治红砂岩路基，以确保其压实度指标满足施工规范要求。

1 试验段红砂岩性质

1.1 试验段地质工况

试验路段地处山区，地表高差明显，地质构造形式为单斜构造岩层；本着就地取材、经济高效的原则，路基填筑材料取自临近边坡开挖土石方，经初步检验，土石方中的红砂岩含量介于60%～80%之间，总体呈红褐色，矿料组成主要以石英石、长石、蒙脱土为主，矿料质地较硬，属于二类红砂岩。

1.2 红砂岩技术性质

结合现行土工试验相关规范，拟定量测定红砂岩中的化学组成及力学特性，具体试验结果详见表1～3。

表1 红砂岩的化学成分

据表2～3 发现：红砂岩孔隙率较高，渗水性较强，力学强度较低，在外力扰动下易出现脆性破坏，砂岩颗粒粒径分布不均匀，大部分粒径则介于0.25mm～2mm 之间。

表2 红砂岩的物理力学性质

1.3 红砂岩的崩解处理

既有研究结果表明，红砂岩吸水后，在外力扰动下易出现脆性瓦解，进而分散成红砂岩碎石，分散后的红砂岩脆性破坏特性解除，其水稳性大幅提升，初步满足路基填料的相关技术要求。综上，为了能够使用红砂岩作为路基填筑料，在填筑前需对其进行瓦解处治，从而解除其脆性破坏特性。

2 强夯试验方案

2.1 强夯设计方案

红砂岩强夯加固处治方案详见表4，在充分考虑施工现场情况和地质条件的基础上，拟将试验段分为A、B、C、D 总计4 个试验分区，不同分区的试验段总面积不低于15mm×20mm。夯实完成的标志以连续2 次夯沉量不大于6cm 为准。

表4 强夯设计方案

2.2 原位试验方案

针对强夯处治路段进行原位试验，原位试验包含：变形试验、平板加荷试验等，主要用来分析强夯加固处治成效，从而为编制具体的施工方案提供试验依据。

2.2.1 土体变形试验

（1）使用灌水法测定砂岩的压实度，试验坑尺寸参数为80cm×80cm×80cm。

（2）使用水准仪配合塔尺测定夯沉量及影响范围内土体的上拱量，从而判断夯实加固总体效果。

2.2.2 平板荷载试验

（1）借鉴基础设计规范中给定的平板加荷法测定红砂岩强夯前后的承载能力。

（2）承载能力试验采用的承压板，必须保证足够的强度和刚度，钢板直径为40cm；试验坑宽度不能小于板直径的3 倍；加载使用千斤顶，千斤顶最大行程为200KN。在试验进行过程中，应维持试验坑压实的含水率指标，用中砂对表面进行抹平；红砂岩压缩模量E0计算公式如下：

E0=0.785（1-μ）pd/s

上式中：μ——泊松比，取值为0.27；p——加荷值/kPa；d——加载板直径/cm；s——沉降量/mm。

3 试验结果与分析

3.1 土体变形试验

夯击能对红砂岩夯击后的压实度影响程度详见图1 所示，当填方路基高程为6m 时，夯击次数对单次夯沉量的影响程度详见图2。综合分析图1、2 发现：

图1 夯击能量对红砂岩碎石土路基压实度的影响

图2 夯击次数对红砂岩碎石土路基夯沉量的影响

3.1.1 在红砂岩填方路基高程相同的条件下，路基压实度与夯击能之间呈正相关关系，表明经夯击后的路基压实度明显提升。当填方路基高程为6m 时，对应夯击能为1400kN·m，D 分区内的压实度指标为94%，压实度指标满足现行规范要求。当填方路基高程为5m 时，对应夯击能为1200kN·m，方可达到相同的压实度指标要求；同理，当填方路基高程为4m 时，对应夯击能为1000kN·m，便可达到相同的压实度指标要求。

3.1.2 经试验段对比发现，不同试验段的总夯沉量变化趋势类似，单次夯击能与夯击次数呈负相关，首次夯击对应的沉降规模最大，最大沉降量超过120mm。在连续夯击过程中，当夯击能不大于1000kN·m 时，填方路基夯沉量小于等于605mm，且第五次夯击对应的夯沉量小于6cm；当夯击能不小于1200kN·m时，填方路基总夯沉量超过680mm，且第六次夯击对应的夯沉量不大于6cm。在满夯过程中，当夯击能不大于1000kN·m 时，填方路基初始单次夯沉量不小于6cm，下一次夯击后的夯沉量约6cm，表明红砂岩路基压实度的提高空间尚可；当夯击能不低于1200kN·m 时，填方路基初始单次夯沉量小于6cm，表明连续夯击阶段的路基压实处治效果较好。

3.1.3 当夯击能逐步增加时，夯击影响范围内的土体出现开裂和局部回弹现象，距夯击中心点3m 以外的区域，夯击影响几乎消失；当夯击次数超过5 次，影响范围内的土体上拱高度趋稳，试验段A、B、C、D 内的上拱最大高度约为连续夯击阶段总夯沉量的11%、12%、12%、14%。

表3 红砂岩风化碎屑物的颗粒组成

3.2 平板荷载试验

不同试验段内夯击前后加载值p 同填方路基夯沉量s 的相关曲线如图3，压缩模量指标详见表5，综合图3 及表5 发现：

表5 强夯前后红砂岩碎石土路基的压缩模量

图3 上覆荷载与红砂岩碎石土路基沉降量的关系

3.2.1 红砂岩路基强夯前，沉降与加载呈正相关，且增长幅度较强夯后更加明显，当加载值为300kPa 时，沉降均值达到96mm；红砂岩路基强夯后，沉降规模与加载值近似呈线性相关，且曲线斜率降低，表明增长幅度下降，荷载增加50kPa，而沉降量增长量小于7mm。

3.2.2 红砂岩路基经强夯处治后，随着荷载的提升，沉降量较大夯击能夯实的路基更低，当加载值为300kPa 时，形变均值为37mm，形变大小仅近似为强夯前的19%。夯击结果表明，路基强夯后的承载强度明显提升，路基的工后沉降得到大幅控制。

3.2.3 随着夯击能的增加，经强夯的红砂岩路基压缩模量增长明显，较强夯前的1.95kPa，各试验段压缩模量提升率分别为43%、88%、102%、111%。强夯结果表明，红砂岩经强夯处治后，压缩模量大幅提升，土体压缩特性得到显著改善。

综上所述，强夯法完全适用于红砂岩路基的压实处治，当填方路基高程为4m～5m 时，推荐选用B 段的强夯工艺，当填方路基高程为5m～6m 时，推荐选用C 段强夯工艺。

4 结论

4.1 在填方路基高度相同的条件下，路基夯实效果与夯击能大小呈正相关，当填方路基高程分别为4、5、6m 时，对（转下页）应的夯击能分别为1000、1200、1400kN·m 时，路基压实度指标均大于94%，压实度指标满足规范要求。

4.2 在夯击能相同的条件下，单次夯沉量与夯击次数呈负相关关系，且路基压实度逐渐提升；夯击能越高，对应的连续夯击阶段的总夯沉量越大，当夯击能不低于1200kN·m 时，总夯沉量大于680mm；随着夯击能的提高，夯击影响范围内的土体出现明显的开裂和回弹现象，且夯击次数超过5 次时，影响范围内的土体变形则逐步趋稳。

4.3 路基经强夯后的承载强度得到大幅提升，荷载变形则明显减小，加载值为300kPa 时，形变大小仅近似为强夯前的19%；各试验段压缩模量提升率最大值达到111%。

4.4 当填方路基高度介于4m～5m 时，推荐选用B 段的强夯工艺，当填方路基高程为5m～6m 时，推荐选用C 段强夯工艺。