石英片岩路基填料适用性分析

吕治刚 （安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

石英片岩是一类常见的区域变质岩，其主要造岩矿物为石英和云母类。工程上，石英片岩中云母类矿物含量越高，其力学稳定性越差。因此，在云母类矿物含量较高的石英片岩区域开展高速公路建设时，路基填料的力学稳定性是需要重点研究的问题之一。

安徽省中东部中元古代地层广泛分布石英片岩类岩石，是拟建某高速公路必经路段。在该区域，石英片岩类岩石主要分布于元古代的西冷岩组（Pt2x）和北将军岩组（Pt2bj）。2组地层总厚度一般大于1400m，以变质岩石为主，岩石种类较多，除石英片岩外，还存在白云石英片岩、变石英角斑岩、千枚岩、薄层石英岩、大理岩、白云石大理岩等，不同岩石呈交错互层分布，局部为透镜体分布，每种岩石的矿物含量差异性亦较大，整套地层构造发育，片理产状呈波浪状，总体趋势较一致。对于区域内的石英片岩，呈薄层、片状构造，以石英、白云母、长石矿物为主，根据矿物成分的差异，主要分为长石石英片岩和石英白云母片岩，前者为黄褐、褐灰、灰色，薄层、块状、碎块状，敲击易碎，破碎后主要呈碎石混土状，以石英、长石、绢云母（白云母）为主；后者为灰白、灰绿色，片状、碎块状，轻敲易碎，破碎后主要呈粉末状，以绢云母（白云母）、石英、长石为主。

1 石英片岩的工程特性

石英片岩具有典型的片状构造，各向异性明显，具有明显的单向工程特性，垂直于片理方向的抗压强度和抗剪强度等强度指标明显高于与片理平行方向，在对该高速公路石英片岩进行岩石抗压强度试验时，近垂直片理方向的饱和抗压强度值一般10～20MPa，而近平行片理方向的饱和抗压强度值小于5MPa，破坏方式主要为沿片理结构面破坏。对于不同云母含量的石英片岩，软化系数差异较大，石英白云母片岩软化系数一般小于0.6，极端情况小于0.3，软化后的岩石具有软岩的基本属性，遇水易崩解，主要受片岩中的云母和黏土性物质控制，成块的岩石在经过一场雨水后很快就会变为岩屑。

2 工程实验分析

本次工作对高速公路途径区域的长石石英片岩（样1）和石英白云母片岩（样2）进行了详细的鉴定分析。长石石英片岩和石英白云母片岩进行手标本鉴定揭示，长石石英片岩以黄褐、褐灰色为主，石英白云母片岩以灰白、灰绿色为主；两者成份上也有明显区别，石英白云母片岩样中的白云母含量明显高于长石石英片岩。2组样本的岩石矿物成分分析结果详见表1。

岩石矿物鉴定成分分析表 表1

在矿物鉴定的基础上，我们对该高速公路分布的长石石英片岩和石英白云母片岩分别选取多组试样进行路基填料试验，现在选择其中具有代表性的2组试验数据，如表2。

石英片岩路基填料试验数据表 表2

3 试验结果

3.1 试验分析

本次工作对不同白云母含量的石英片岩开展了系统的路基填料试验，发现能够满足规范要求的试样全部为较深颜色的长石石英片岩，不能满足规范要求的试样全部为浅色的石英白云母片岩。实验结果揭示，虽然试验数据稍有差别，但是总体趋势是白云母含量较低的长石石英片岩工程特性优于白云母含量较高的石英白云母片岩，白云母含量多少是决定石英片岩能否作为路基填料的关键因素。

表2列举了对长石石英片岩、石英白云母片岩以及掺水泥石英白云母片岩的路基填料试验结果。试验结果显示：长石石英片岩与石英白云母片岩试样的最佳含水量和最大干密度相差不大，没有明显的区别，但承载比(CBR值)差异巨大。按照《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）对高速公路基填料的技术要求，上下路床CBR值分别≥8、≥5，上下路堤CBR值分别≥4、≥3[1]，可以看出，长石石英片岩的CBR值能够满足要求，石英白云母片岩CBR值不能满足规范要求。

白云母含量的增加直接导致了填料的CBR值偏低，这和云母矿物的特性是分不可的，它具有典型的层状构造，层状解理非常完全，构造面光滑，易于剥离成薄片状，而且白云母强度较低，具有弹性，破碎后相互间很难形成粘聚力。以上特点使白云母的工程特性变得较差，因此白云母含量较高的石英白云母片岩工程特性也较差，使其不能直接作为路基填料使用。

3.2 改良处理效果

对于不能作为路基填料的石英白云母片岩如果直接丢弃，需要增加弃土场征地成本，并且存在生态环境风险。根据以往工程经验，可以掺入一定比例的水泥进行改良处理。本次工作对不能直接作为路基填料的石英白云母片岩进行了掺水泥路基填料实验。表2所列实验结果显示，当掺入1%以上的水泥量后，试样的CBR值就能满足路堤填料的要求，当掺入3%以上的水泥量后，试样的CBR值就能满足路床填料的要求，说明掺入一定量水泥能够显著改良石英白云母片岩的工程特性。

4 结语

对于石英片岩，首先岩石细化定名上加以区分，白云母含量小于30%时定名为长石石英片岩，白云母含量大于30%定名为石英白云母片岩。在对这2种石英片岩进行路基填料试验、矿物成分分析试验后，发现长石石英片岩CBR值满足规范要求，在做好防水措施的情况下，能够直接作为路基填料进行利用，石英白云母片岩CBR值不能满足规范要求，不能直接作为路基填料，必须掺入一定比例的水泥进行改良处理才能利用。通过分析，石英片岩中白云母含量多少是其能否直接作为路基填料的关键因素，随着白云母含量的增加，其可利用性降低，当超过一定比例后则不能直接作为路基填料。

在公路工程建设中，有时会经过石英片岩分布区，而石英片岩能否作为路基填料利用就显得特别重要。如果能够直接利用，不但可以降低工程造价，又节能环保。在工程勘察设计阶段，需要对场地采用地质调绘、钻探、取样试验等勘察手段，才能初步确定石英片岩可利用方量，因为石英片岩中白云母含量差异较大，岩石又极不均匀，导致很难准确的判断可利用方量，即使在施工过程中，如果不能采取有效的判断措施，也很难确定具体地段石英片岩的可利用性。从颜色上看，长石石英片岩明显深于石英白云母片岩，所以在工程应用中，可先从颜色上进行初步判断，再进行矿物成分分析试验和路基填料试验，进行类比后，再确定工程区的石英片岩的特性，从而把石英片岩有效的分成长石石英片岩和石英白云母片岩，其中长石石英片岩直接利用，石英白云母片岩掺入一定比例的水泥后再进行利用。

参考资料

[1]JTGD30-2015，公路路基设计规范[S].

[2]安徽省区域地质志[Z].安徽省地质矿产局，1987.

[3]JTGC20-2011，公路工程地质勘察规范[S].