不同风化程度泥岩填料崩解特性试验分析

2013-06-10陈发根段海澎

交通运输研究 2013年9期

陈发根，刘凯，段海澎，谢添

（1.安徽省交通投资集团有限责任公司，安徽合肥 230088；2.合肥工业大学交通运输工程学院，安徽合肥 230009；3.安徽省交通规划设计研究院工程测试中心，安徽合肥 230088）

0 引言

泥岩开挖时具有较强硬度，经过风、阳光和水作用后，极易产生风化、崩解和软化等现象。为保持填挖平衡，降低远距调运和工程造价，缩短工期，高速公路不得不采用性能尚可的泥岩，或将泥岩改良后作为路基填料。北沿江高速公路马鞍山至巢湖段位于安徽省长江北岸江淮丘陵地形区，沿线分布的软岩、软淤泥较多，马巢高速K12～K27段泥岩与砂岩、砾岩等岩层交互发育，K27～K35段普遍发育泥岩，且泥岩占路基挖方的比重较大，如将泥岩大量弃掉，远距离调运土方、填挖平衡，工程造价和弃土面积等因素将严重影响公路建设。国内外针对泥岩填料物理性能［1-2］、泥岩强度参数［3］、水稳定性（遇水软化）［4-5］、施工工艺［6-7］等方面开展了相关研究，而针对不同风化程度的泥岩填料崩解特性研究还有欠缺。本文结合马巢高速工程实际，从崩解角度研究泥岩特性，旨在为马巢高速项目以及安徽省今后的高速公路修筑提供借鉴。

1 马巢高速公路泥岩崩解特性

泥岩具有遇水易崩解的工程特性，这种特性能反映不同岩石的风化程度。岩石受到风、阳光、水等因素影响，崩解越彻底，岩石颗粒越小，说明风化程度越严重。马巢高速公路现场，雨后一段时间泥岩崩解十分明显，但亦有少量泥岩处于弱崩解状态（如图1所示）。

图1 K34+900～K35+100路段风化崩解的泥岩块

通过研究发现泥岩具有如下崩解规律［8］：a）具有较强的遇水、遇风、遇阳光普遍崩解的特性；b）浅层泥岩崩解性极强，而深层泥岩（10m以下）崩解性相对较弱，崩解性呈现随深度递增而递减的规律；c）崩解性极强的泥岩仅需几分钟就可碎如小石头，而个别崩解性较弱的泥岩则需要几小时乃至数周才能出现边缘微裂隙；d）伴随气泡发生的粉末状崩解是其主要表现形式。

2 泥岩洒水崩解颗粒分析试验

泥岩洒水崩解颗粒分析试验内容如下（见表1～表3）：

a）在3个典型泥岩段由人工随机选取近似立方体且粒径为50mm左右的泥岩样本，根据现场勘察并按照不同风化程度取岩块试样各20块，运回试验场地后置于试验棚的地平上，在自然光照射的条件下进行试验；

b）对不同风化程度的泥岩进行目测归类，强、弱、微风化泥岩各4组，每5块岩样为一组，每组岩样按每天充足洒水1次、2次、3次和4次来进行对比试验；

c）按条件对试样进行洒水，定期进行筛分试验或直接量取试样粒径，得出各粒径颗粒所占总质量的百分比，记录占有质量优势的颗粒的粒径变化情况，取多组试验的平均值；

d）每天记录试样的崩解情况，并观察和记录试样在不同时间的崩解碎裂情况。

表1 强风化泥岩崩解试验过程

表2 弱风化泥岩崩解试验过程

表3 微风化泥岩崩解试验过程

本文选取适宜粒径15～28mm作为判断标准，仅凭自然条件和光照，加上人工洒水，泥岩崩解达到标准粒径范围内所需要的条件和时间都有所不同。

由表2、表3知：

a）随着天数和洒水频率的增加，颗粒崩解到适宜粒径范围所需要的时间越短，呈现良好的阶梯递减趋势；

b）对于弱风化泥岩，洒水频率从每天1次到每天4次，泥岩崩解到适宜粒径范围内所需时间分别为6d、6d、5d、4d，也呈现时间阶梯递减规律；

c）对于微风化泥岩，自然条件、光照、洒水对泥岩颗粒崩解影响基本不明显，每天洒水4次，到第10d泥岩崩解颗粒粒径分布为24～32mm。

综上所述，强风化、弱风化泥岩可通过自然条件或预崩解处理来达到路基施工要求，微风化泥岩不宜作为路基填料，若工程量较大时，一定要用机械破碎后使用。

马巢高速泥岩路堤整体施工过程中，最大松铺厚度为0.45m，泥岩最大颗粒大小不应超过松铺厚度的1/2，泥岩风化程度越高，机械破碎和碾压频率越小，所需机械吨位小，破碎和碾压次数越少。实际工程中，岩体经爆破后，不同风化程度的泥岩往往混杂在一起，当工程量较小时，应将混杂泥岩按照风化程度大致分类，节约机械和人力；当工程量较大时，由马巢高速实践证明，应将混杂泥岩开展大块破小、洒水等预崩解措施，使得不同风化程度的泥岩颗粒大小崩解到满足施工要求，以节约工程造价、提高工程质量和验收通过率。