探讨路基工程红砂岩填料特性及其路用改良技术

潘吉凯

摘要 红砂岩在我国分布广泛，由于其岩性特质，红砂岩分布区域内常出现因红砂岩崩解造成的工程破坏问题。为解决该类质量问题，文章以实体工程为依托，论述了红砂岩的结构特征，分析了红砂岩的崩解机理、工程力学性能差异，总结了红砂岩填料路用改良技术，提出了红砂岩路基的质控标准，旨在为同类岩性工况公路路基施工提供借鉴。

关键词 红砂岩特性;路用性能;改良技术;施工工艺;质量控制与检测

中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0181-03

0 引言

红砂岩在我国南部省区分布广泛，岩质主要表现为粒状碎屑结构、泥状胶结结构。此类岩石强度会受到体内胶结物质含量、风化程度影响，表现出较大的强度差异。受其岩性影响，多数红砂岩暴露在空气中后，会受大气作用、湿度循环变化作用，出现崩解、泥化，导致岩土物理性质、力学特性发生变化，导致以该类岩土作为填料的结构发生破坏。对于该类岩土分布区域，若采用换填法施工，工艺成本过高，且不易控制土方平衡。通过对该类岩土岩性进行研究，探索针对该类岩土的路用改良技术，是解决该类岩土区域工程破坏的有效途径[1-3]。基于此，该文以某公路为依托，通过试验的手段，对红砂岩的崩塌机理、岩性特性、力学性能等展开研究，并提出路用改良技术，可有效保证此类岩土工况下的公路工程质量，提升工程效益。

1 红砂岩的结构特征及矿物成分

1.1 红砂岩的结构特性

对工程所在地的红砂岩进行取样分析鉴定，揭露的红砂岩天然结构主要有两类，一类为粒状碎屑结构，包括泥沙质岩、泥质粉砂岩、泥质细砂岩等;一类为泥状胶结结构，主要包括泥岩、页岩等[4-5]。红砂岩中含有丰富的铁类氧化物，以二价铁离子为主，使红砂岩整体呈红色、深红色、褐色，含铁氧化物主要以浸染物形式存在，仅少数以铁质碳酸盐胶结物形式存在，对岩石的工程性质无明显影响。碎屑颗粒间主要胶结形式有孔隙式胶结、基底式胶结、泥质接触式胶结等。

1.2 红砂岩的主要矿物化学成分

红砂岩主要矿物成分占比见表1。

（1）粒状碎屑类红砂岩，粘土矿物含量较小，蒙脱石、伊利石等总体含量较小，虽然该类矿物亲水性较强，其含量变化可对粒状碎屑类红砂岩工程性能造成影响，但总体影响相对较小，该类岩石总体工程性质与普通风化砂岩类似，工程性质主要受风化程度影响。

（2）泥状胶结类红砂岩，粘土矿物含量较大，该类岩石水稳性差，受蒙脱石、伊利石含量影响，工程性质变化较大，当亲水性岩土含量较高时，该类岩土极易崩解，导致以该类岩土为填料的路基破坏。

2 红砂岩的崩解的机理

红砂岩中粘土矿物含量较高，粘土矿物比表面积较大，表现出较强的亲水性，在有水环境下，矿物吸水膨胀，导致结构崩碎、软化;特别是蒙脱石亲水性较强，矿物分子键力很弱，在水分子氧键作用下，分子键极易断裂，表现出较强的膨胀性[6]。

实验中发现：在中低温试验条件下，当水分进入红砂岩亲水矿物构造时，矿物成分发生体积膨胀;亲水矿物空隙间形成的粒间水，也会导致岩体体积膨胀;在反复干湿环境作用下，岩体内外部吸水、失水速率差，导致内外部膨胀速率差异，造成结构崩解;崩解时间随干湿循环频率、岩体中矿物成分、矿物结构差异变化。

3 红砂岩的分类

鉴于不同类红砂岩结构特征、矿物成分含量差异较大，导致不同类红砂岩工程性能、力学性能差异显著。该文从工程适用性的角度，按不同类红砂岩浸水崩解特性差异、单轴极限抗压强度差异，将红砂岩分为三类，对其工程分类，及各类岩体力学性能、湿化耐久性、浸水膨胀性等工程性能展开试验研究，试验结果见表2～5。

分析表2～5的实验数据可知：

（1）一类红砂岩：岩体内亲水矿物含量较高，岩块天然单轴抗压极限强度小于15 MPa，浸水分解特性较强，试块在105 ℃试验环境下烘干，浸水24 h后，岩体完全崩解，呈泥状或渣状。

（2）二类红砂岩：岩体内亲水矿物含量稍低，天然单轴抗压强度略小于或稍大于15 MPa，在同等试验条件、试验流程下，崩解总量小于1%，岩块强度较高，具有较为优良的工程性能。

4 红砂岩工程性能改良技术及工艺原理

基于上述对红砂岩成分及工程性能的试验研究，提出采用下述5种红砂岩路用性能改良策略，保证路基强度和水稳性能：

（1）鉴于红砂岩具有较强浸水崩解特性，为避免红砂岩填料填筑后，在环境水作用下崩解，造成路基破坏，对红砂岩采取工前预崩解措施，消除红砂岩水活性。

（2）为避免红砂岩工后崩解，造成路基破坏，采用机械反复耙压红砂岩，使红砂岩得到充分破碎，保证路基压实性[7]。

（3）向红砂岩中添加掺料，中和或稀释岩体中对岩土工程有害的矿物成分，改善岩体浸水崩解膨胀性能;根据Ⅰ、Ⅱ类红砂岩中有害矿物成分，合理确定掺料掺配比例，对其性能进行改良。

（4）采用強振重压压实对红砂岩填料路基，使环境水无法渗入路堤，减少环境水对红砂岩填料的不良作用[8]。

（5）对Ⅰ、Ⅱ类红砂岩填料进行路用性能改良，保证其工程性能可有效满足高速公路路堤填筑需求，改良工艺见图1。

5 红砂岩试验路段填筑实践

5.1 试验路堤填筑技术方案

为验证该文所提出的红砂岩填料改良技术的适用性、可靠性，以某高速一段路基展开试验路施工，该段路基长460 m、宽42 m、路堤平均填高6 m，其中Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类红砂岩填料路段长分别为260 m、180 m、120 m。

为保证填筑路堤水稳性能、结构强度，除采用Ⅲ类红砂岩作为填料填筑的20 m路段外，其余路段在路基顶面以下30 cm厚度范围内，填筑塑指>8的中性粘性土，形成有效的路堤隔水封闭层，防止地表水浸渗红砂岩路堤[9-10]。

5.2 红砂岩路基的质量检测及控制

路基施工完毕后，经现场采用灌砂法、水袋法等方法进行多点检测测试，试验段全线压实度达标，局部路段超出相关规范要求。为进一步测试该文提出的红砂岩路基改良技术施工下的路基强度性能，在试验段进行大量的现场回弹模量检测、野外CBR值试验，结果见表6。

由表6可知，该经改良后的红砂岩路基强度符合高速公路工程要求。经工后连续一年的沉降观测，Ⅰ类、Ⅱ类红砂岩路基沉降量分别在2.2 cm、2.6 cm以下，网络层粘土沉降量为2.1 cm，表明该工程采用的红砂岩路用改良技术可靠性较高，可保证红砂岩路基稳定性。

6 结论

综上，该文提出的红砂岩路用改良技术具有较强的可靠性，可有效保证高速公路红砂岩路基稳定性。红砂岩改良及红砂岩路基施工工艺总结如下：

（1）对刚爆破开挖出的红砂岩，应采取预崩解措施，消除红砂岩水活性。

（2）经预崩解后，采用机械反复耙压红砂岩填料，使红砂岩得到充分破碎，并根据所采用的红砂岩填料有害矿物成分，向其中掺入掺料，有效中和或稀释有害成分;采用强振重压的压实工艺，对红砂岩路基进行碾压施工，保证路基压实性。

（3）路基顶面以下30 cm厚度范围内，填筑塑指>8的中性粘性土，碾压密实，隔绝红砂岩路堤水通路，防止地表水、雨水等浸渗路堤。

参考文献

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