紅砂巖路基處治技術(shù)研究的可行性報(bào)告

1、紅砂巖路基處治技術(shù)研究的可行性報(bào)告一、立項(xiàng)的背景和意義。 1.1立項(xiàng)的背景 紅砂巖及其風(fēng)化層大范圍地分布在我國嶺南地區(qū)，它主要為白堊系、第三系的內(nèi)陸河湖相碎屑巖建造，后經(jīng)喜馬拉雅地殼構(gòu)造運(yùn)動，地面抬升，形成山脈。在構(gòu)造運(yùn)動中，水平巖層在彎曲和傾斜過程中發(fā)生層間錯運(yùn)。層間軟弱夾層在剪切力作用下，形成層間剪切，夾層原來的結(jié)構(gòu)遭到破壞，巖性發(fā)生變化。紅砂巖的工程地質(zhì)特征主要表現(xiàn)為：(1)巖體在分布上具有明顯的不均勻性；(2)巖層具有軟硬相間，交互成層的多元層狀結(jié)構(gòu)；(3)巖層傾角較緩，褶皺舒緩，密度小而貫通長度大，邊坡巖體破碎，透水性強(qiáng)。受亞熱帶氣候影響，紅砂巖特別容易風(fēng)化崩解，層間剪切帶逐漸被泥化

2、，使其長期強(qiáng)度降低。紅砂巖崩解特性紅砂巖具有漸進(jìn)崩解特性，即在野外大氣環(huán)境中，紅砂巖發(fā)生顯著的漸進(jìn)崩解過程，這個過程是在氣溫的自然變化和周期性的干濕循環(huán)下產(chǎn)生的。加大溫度變化的幅度、增加干濕循環(huán)的次數(shù)可以加快紅砂巖得漸進(jìn)崩解過程，使其在工程需要的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的顆粒級配狀態(tài)，成為良好的路基填料。以往的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，紅砂巖的崩解物“紅砂土”抗剪強(qiáng)度高、抗?jié)B能力強(qiáng)、壓縮性低、CBR高，具有較好的路用性質(zhì)。1） 耐崩解試驗(yàn)?zāi)捅澜鈱?shí)驗(yàn)按照公路巖石實(shí)驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行：干燥后的巖石放入崩解儀循環(huán)10分鐘(500轉(zhuǎn))，然后測試大于2mm顆粒與總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為巖石耐崩解指標(biāo)。2） 浸水試驗(yàn)取有代表性的紅砂巖塊至少

3、6塊，在105溫度下烘干，恒溫時間不得少于8小時，冷卻至室溫并浸入水中24小時內(nèi)，依據(jù)其崩解程度不同分為I類紅砂巖、II類紅砂巖和III類紅砂巖。表1 紅砂巖建議分類標(biāo)準(zhǔn)紅砂巖分類浸水24小時崩解試驗(yàn)自然崩解時間I類紅砂巖泥狀< 6天II類紅砂巖渣、塊狀820天III類紅砂巖基本不崩解> 60天2. 各類紅砂巖所做試驗(yàn)研究項(xiàng)目與結(jié)論(1) 物理性質(zhì)指標(biāo):經(jīng)試驗(yàn)得出天然狀態(tài)下的紅砂巖因性質(zhì)上的差異，其三相比例指標(biāo)有一定的變化。(2) 塑限和液限試驗(yàn)，其測試平均值表明:濕水悶料時間和顆粒的最大控制粒徑對測定值的影響不明顯;一類和二類紅砂巖的塑限指標(biāo)較接近。(3) 脹縮性和吸水性指標(biāo)試驗(yàn)

4、的平均值得出:一類紅砂巖具有膨脹性和親水特性。按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 013-95)和鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)評判指標(biāo)，一類巖接近或?qū)儆谌跖蛎泿r。(4) 壓實(shí)性指標(biāo):從重型擊實(shí)試驗(yàn)和表面振動儀試驗(yàn)得出:顆粒級配對測試值有一定的影響。(5) 擊實(shí)試件的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和滲透性指標(biāo)表明:紅砂巖擊實(shí)試件的滲透性較差。(6) 由室內(nèi)外回彈模量試驗(yàn)得出:一類和二類巖室內(nèi)外回彈模量的測定值較接近，一類巖路基的回彈模量設(shè)計(jì)值不宜小于30.0 MPa，二類巖設(shè)計(jì)值不宜小于40.0 MPa。在一類巖中摻加一定劑量石灰有助于提高其回彈模量值。(7) 紅砂巖試件室內(nèi)CBR試驗(yàn):一類巖水穩(wěn)定性很差，在浸水后的幾天內(nèi)膨脹量

5、將達(dá)到最大值;二類巖水穩(wěn)定性較好，但浸水時間超過28 d后，膨脹量將明顯增大。在一類巖中摻配一定比例的粘土、砂(如采用一類巖:土二7:3，一類巖:砂:土=6:2:2)，后可明顯降低其浸水膨脹量。(8) 各類紅砂巖及網(wǎng)紋層粘土的壓縮性指標(biāo)試驗(yàn)得出:紅砂巖壓實(shí)試件的壓縮性較之網(wǎng)紋層粘土要高。(9) 通過室內(nèi)擊實(shí)試件浸水一定時間后含水量沿深度變化的試驗(yàn)，模擬路堤中含水量變化的實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)體工程試驗(yàn)路的二次滲水測試，進(jìn)一步表明紅砂巖壓實(shí)后的透水性很差，對于壓實(shí)度達(dá)到重型擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)90%以上的紅砂巖表面積水一般難以下滲，僅對表層土體的含水量產(chǎn)生影響，紅砂巖壓實(shí)體的防滲透性能不低于一般粘土。一類紅砂巖雖

6、然水穩(wěn)定性差，其強(qiáng)度受干濕循環(huán)的作用變化較大，但一類巖經(jīng)壓實(shí)后滲水性很小，因而穩(wěn)定性大為提高;二類巖水穩(wěn)定性好，其強(qiáng)度隨時間變化小，路用性能較好;三類巖在材料檢驗(yàn)合格后可作為正常砂巖材料使用。因此，只要嚴(yán)格施工和質(zhì)量控制，一、二類紅砂巖均可作為高等級公路的路基填料。研究結(jié)果表明，對紅砂巖填筑路基，應(yīng)采用YZ20型以上的壓路機(jī)，松鋪層厚控制在35cm，攤鋪前最大粒徑控制在23cm以內(nèi)；對填筑后的紅砂巖路基質(zhì)量控制可采用壓實(shí)度檢測，實(shí)驗(yàn)路段的驗(yàn)收宜采用壓實(shí)度、沉降、彎沉三種控制；施工中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控；做好防護(hù)和排水工作；雨過天睛施工最佳；對成型后的紅砂巖路基進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)；紅砂巖的爆破作業(yè)具有相當(dāng)大的困

7、難。以下為一例對紅砂巖技術(shù)施工的方法：為了解決紅砂巖填筑問題，京珠高速公路湘潭至耒陽段進(jìn)行了研究。在該項(xiàng)技術(shù)的施工工藝中，提出了預(yù)崩解的塊度、濕度參數(shù)，滿足這些參數(shù)要求的分層攤鋪厚度、耙壓過程。以這些核心技術(shù)為基礎(chǔ)形成了如下的施工流程：開挖預(yù)崩解裝運(yùn)卸料攤鋪耙壓初壓趕平檢測碾壓檢測終壓。預(yù)崩解：將用作路基填料的紅砂巖在填筑之前預(yù)先進(jìn)行崩解處理，消除其水活性。耙壓：用推土機(jī)將運(yùn)至工點(diǎn)的紅砂巖填料推平，并借助推土機(jī)的履帶將粗顆粒壓碎，再以推土機(jī)后掛的松土齒耙松，并耙出較大顆粒，再推、壓大顆粒，如此反復(fù)多遍，直至大顆?；緣核闉橹?。這種推平壓碎耙松選粗再推平壓碎，反復(fù)循環(huán)的施工過程稱為耙壓。湖南省大

8、規(guī)范進(jìn)行紅砂巖路堤填筑的高速公路有：湘耒、衡棗、潭邵、常吉、懷新等高速公路。各高速公路在處治紅砂巖路堤時，在基于湘耒路得研究成果基礎(chǔ)上，又結(jié)合本公路紅砂巖特征進(jìn)行了施工工藝改革。其中衡棗和潭邵高速公路與湘耒路接近，紅砂巖特征相似，基本采用了湘耒路的耙壓工藝。常吉、懷新等高速公路地處湘西，紅砂巖特性差異較大，耙壓工藝基礎(chǔ)上增加了強(qiáng)夯處治。對于瀏醴高速公路紅砂巖，作為路基填料時，不能單純按填石路堤處理，表現(xiàn)如下：（1）一般填石路堤要求邊坡碼砌施工，考慮到瀏醴路III類紅砂巖可崩解，不能作為碼砌石料。（2）一般填石路堤的塊石不會崩解，可以維持較大空隙率形成骨架支撐。瀏醴路III類紅砂巖可崩解，崩解后

9、骨架坍塌，可導(dǎo)致路基沉陷。因此，瀏醴高速公路在以紅砂巖作為路基填料時，需提出新的處治方案。1.2立項(xiàng)的意義(1) 在設(shè)計(jì)和施工中必須針對本線路紅砂巖的水穩(wěn)定性、強(qiáng)度穩(wěn)定性、變形穩(wěn)定性采取相對應(yīng)的工程措施，嚴(yán)格按照制定的紅砂巖地帶路基施工技術(shù)規(guī)程及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工和質(zhì)量管理及控制。衡棗路的各種檢測結(jié)果和通車運(yùn)行使用情況表明，一、二類紅砂巖均可用作高等級公路路基填料。(2) 紅砂巖路基施工中所采用的施工方案及處治措施均必須通過試驗(yàn)研究，分析論證和實(shí)體工程試驗(yàn)路段的驗(yàn)證，確認(rèn)可行后，才能在本線路中實(shí)行，其中壓實(shí)密實(shí)度的控制和水穩(wěn)定性措施的保證最為關(guān)鍵。(3) 紅砂巖用作高等級公路路基填料，還處于初級

10、階段。其設(shè)計(jì)、施工的許多技術(shù)要求、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)仍是參照現(xiàn)行的普通土石路基的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行的，因此應(yīng)進(jìn)一步開展對紅砂巖地帶路基的設(shè)計(jì)、修筑技術(shù)、質(zhì)量控制的試驗(yàn)研究和總結(jié)，使其走向更加成熟和完善。二、項(xiàng)目主要研究開發(fā)（產(chǎn)品開發(fā)）內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵以及科研創(chuàng)新的主要方式。2.1主要研究內(nèi)容（一）項(xiàng)目主要研究目的以往的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，紅砂巖的崩解物“紅砂土”抗剪強(qiáng)度高、抗?jié)B能力強(qiáng)、壓縮性低、CBR高，具有較好的路用性質(zhì)。瀏醴高速公路路基填料以紅砂巖為主，但各地紅砂巖存在一定特性差異，故其處治技術(shù)需根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果提出經(jīng)濟(jì)可行的適用于該地區(qū)紅砂巖路基填筑控制的新指標(biāo)；以及指導(dǎo)開展紅砂巖現(xiàn)場試驗(yàn)路段

11、施工，提出經(jīng)濟(jì)可行紅砂巖路基填筑壓實(shí)工藝。（二）項(xiàng)目相關(guān)的主要試驗(yàn)在對全線紅砂巖崩解性有所掌握后，項(xiàng)目組將對典型地段進(jìn)行取樣，進(jìn)行主要礦物成分、崩解特點(diǎn)、強(qiáng)度、膨脹性等巖性試驗(yàn)，擬對23個工點(diǎn)取樣試驗(yàn)；對不同崩解程度的紅砂巖填料進(jìn)行土工試驗(yàn)，檢驗(yàn)紅砂巖填料作為路基填料的物理力學(xué)特性，如擊實(shí)特性、CBR值、滲透性、繼續(xù)崩解沉降或膨脹特性。2.2技術(shù)關(guān)鍵及科研創(chuàng)新的主要方式1、開展室內(nèi)試驗(yàn)，提出紅砂巖路基處治技術(shù)，完善紅砂巖地區(qū)公路路基施工方法。2、以室內(nèi)試驗(yàn)為依據(jù)，開展現(xiàn)場試驗(yàn)，提出紅砂處治標(biāo)準(zhǔn)。三、項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)（主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、應(yīng)用前景、獲取自主知識產(chǎn)權(quán)等情況）。1. 通過改進(jìn)方案，提高紅砂巖路用性能，節(jié)省施工成本。2. 改善現(xiàn)原有紅砂巖施工地域的局限性，使其適用于瀏醴高速公路工程項(xiàng)目。3. 在省級以上刊物公開發(fā)表1篇學(xué)術(shù)論文，申請省級專利一項(xiàng)。4. 將改進(jìn)后的技術(shù)廣泛推廣于紅砂巖地區(qū)路基填筑，進(jìn)一步使方案得到證實(shí)。四、項(xiàng)目實(shí)施方案及計(jì)劃進(jìn)度安排。工作進(jìn)度主要工作內(nèi)容2010-10-202010-12-31查閱紅砂巖相關(guān)資料，了解其性質(zhì)與工程