浅谈红砂岩路基处置措施
2019-03-27
(西安工业大学 陕西 西安 710021)
虽红砂岩固有不利路用特性，若直接丢弃施工开挖过程中产出的红砂岩，而用其它材料换填，则将显著提高工程造价并对周边的环境造成较大污染，尤其在交通不便的山区地带，这也使得对红砂岩路基的处置措施成为了当前急需研究的问题。
一、红砂岩的概念
红砂岩在我国的分布约占全国陆地总面积的 8.61%，是我国高速公路工程建设经常遇到的一类特殊岩土体。红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化很大。红砂岩因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。
二、红砂岩分类
在现阶段的实际工程中，按强度和崩解将性可将红砂岩划分为以下三类：
I类红渺岩：该类红砂岩的单轴极限抗压强度一般低于15MPa，水稳定性与强度稳定性均较差，因其粘土矿物中亲水性矿物的含量较高，故其在遇水之后会产生较大的膨胀，平均膨胀率高达40%以上，待水分流失干燥后，该类红砂岩会呈现泥状或者渣状崩解，抗剪强度急剧下降；
II类红砂岩：该类红砂岩具有一些碎屑岩类的特征，单轴极限抗压强度略高，水稳定性与强度稳定性相对较好，经干湿循环之后，仍会崩解，崩解之后大多呈现块状，抗剪强度下降的程度相对较低，该类岩遇水之后的膨胀率平均值为17.8%，不具有膨胀性；
III类红砂岩：该类红砂岩是强度最高的红砂岩，其单轴极限抗压强度可高达70MPa，民间常用其作为建筑石材，其在干湿循环作用下基本不崩解，性质与尚未风化的砂岩较为接近，各类物理化学指标均能达到路基填筑的要求。
三、红砂岩的一般工程特性分析
(一)软化性
水分在红砂岩岩体中的扩散与吸水率、吸水作用力,体积变形及岩体内部应力场等都是耦合的。突出表现在岩体的弹性模量和屈服极限都发生降低变化,而泊松比则有所上升。
(二)崩解性
伊利石是较强亲水矿物,在水的作用下易膨胀、失水易崩解。即亲水性强的蒙脱石和伊利石的高含量是导致红层软岩的水稳定性差,极易崩解、软化的主要原因。因此,红层软岩的主要矿物成分中蒙脱石与伊利石的含量决定了红层软岩的崩解特性。
(三)膨胀性
红砂岩的膨胀性是颗粒的机械膨胀和颗粒晶体体积吸水增大的综合体现，其崩解过程是一个在水介质参与下，由粘土矿物失水、吸水以及胶结物溶解引起的微观结构变化向宏观整体碎裂破坏变化的发展过程。
四、红砂岩路基处置措施
在红砂岩路基填筑中,可将红砂岩全部或大部分转变成红砂土,消除其活性,再通过掺料、压实和隔断外界水分等措施,形成密实的不透水路堤。在实践中,重点从填筑材料、密实和密水等方面进行控制。
本文将目前工程中常采用的一些红砂岩路基处置措施介绍如下：
(一)水是触发红砂岩路基病害的主要外因，膨胀性及易崩解性是内因，在设计及施工过程中必须解决好隔水、排水措施，增加密实度，尽可能保证红砂岩填料处于相对封闭状态，抑制残余水活性的发挥。
故红砂岩填料路基的排水设计
1.红砂岩路基边沟断面可适度增深增宽，加速地表水的排泄，减轻水下渗对填筑层的影响。
2.加大坡面排水力度，一般在砼拱型骨架护坡的骨架中设置了积水沟，快速疏散坡面积水。
3.多雨地区、山岭和丘陵地区路基排水需设置截水沟，用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护填方坡脚不受流水冲刷和损害。
(二)设计方面，采用缩小坡面积水和提高横坡坡度等疏导措施，加快地表水的排泄；采用外层包边和增大压实能量等隔堵措施，降低压实土体的渗透性，减少地表水的入渗；从疏、堵两个角度保证红砂岩路基填料的长期稳定性。
(三)施工质量控制方面，以存在大量的崩解性红砂岩为例说明，采用传统的压实设备和施工工艺，压实后路基沉降量大，水稳定性差，无法满足高速公路施工规范及设计要求，而采用预崩解、换填和掺料方式处理则无法满足工期和成本需要。因此，需控制好红砂岩填料的含水率，通过适当的不同吨位的机械配置和工艺组合进行施工，破碎、挤密、振压、冲击补强，使碾压层中的大部分红砂岩填料满足压实度要求，形成密实不透水的红砂岩压实体。
在红砂岩耙压控制阶段， 首先需要运输崩解后的红砂岩到施工现场，借助外力作用将粒径降低，从而减小岩体活性。在红砂岩耙平、整平后，运输到填方段，在卸料完成后借助超过 220马力的三齿推土机以及勾松进行耙压， 施工次数应高于3 次，针对于没有经过料场崩解的红砂岩，需要在运输至填方路段后，增加一倍的耙压次数[1]。
五、结束语
由于红砂岩分布具有时空性，不同区域的红砂岩性质各异，已有的工程经验并不适用于每一个红砂岩分布区域的工程建设，需针对实际特定工况开展特定研究，这样才能更好地达到预期的效果，来满足日益增长的工程需要。另外，红砂岩路基处置措施应该要满足稳定性和强度要求，强夯、机密、预压改变土的密度、性能，但同时在倡导和谐社会的今天，我们在方法选取上应该更加注重生态和环境的保护。
