高速公路红砂岩路基病害分析及防治技术

高速公路红砂岩路基病害分析及防治技术摘要】工程实践表明，红砂岩是一种不良的路基填料，其对既有公路的路基和边坡工程产生了不同程度的不良影响，易出现路基沉陷、边坡坍塌、路面损坏等现象。然而，部分区域高速公路建设中需要大量的路基填料，鉴于工期、造价及环保等方面的因素不得不使用，通过对红砂岩路基病害进行分析，在红砂岩应用时做针对性的设计、施工，从源头上做到病害防治。

关键词 高速公路；红砂岩路基；病害；防治

RedSandstoneRoadbedDefectAnalysisandPrevention

JuZe-jin

(AnhuiProvinceRoadandBridgeEngineeringGroupCo.,LtdHefeiAnhui230000)

【Abstract】Engineeringpracticeshows,redsandstoneisabadroadbedfiller,itsroadbedandslopeengineeringofexistingroadshadanegativeimpactinvaryingdegrees,proneroadbedsubsidence,slopecollapse,roaddamageandotherphenomena.However,someregionalhighwayconstructionrequiresalotofroadbedfiller,inviewofthedurationfactor,costandotheraspectsofenvironmentalprotectionhavetouse,throughananalysisofredsandstoneroadbeddiseases,dospecificdesign,constructionatthetimeofapplicationofredsandstone,achievediseasecontrolatthesource.

【Keywords】Highway;Redsandstoneroadbed;Diseases;Prevention

1.引言

（1）红砂岩是陆相红色岩系，富含铁质氧化物，呈红色、深红色或褐色的泥岩、砂岩、泥质砂岩等统称，在我国分布比较广泛，约占全国陆地总面积的8.61%，是土木工程建设中不可避免的一类岩土体，若对涉及红砂岩路段路基进行换土的处理方式，不仅会大大提高工程造价，造成额外的工程开支，同时将使工期延长，大量红砂岩弃土方也会破坏生态环境。随着我国高速公路的兴建，红砂岩填料的合理利用，已日益成为工程界和学术界重点关注的问题。

（2）工程实践表明，区域性分布的红砂岩已经对既有公路的路基和边坡工程产生了不同程度的不良影响，易出现路基沉陷、边坡坍塌、路面损坏等现象。这就需要我们在具体应用时必须具有针对化的设计、施工，从源头上进行病害防治。

2.红岩填料的工程特性和分类

2.1工程特性。

（1）遇水膨胀和崩解。

红砂岩在干燥、潮湿反复的自然环境下，经阳光、大气，特别是降雨，易崩解为小碎块，体积有所增加，崩解后红砂岩遇水后强度快速降低，在机械或人力作用下易成渣泥状，且该过程不逆转。

（2）高吸水性、透水性和难蒸发性。

红砂岩崩解后，其吸水能力较强，且很难再次蒸发，工程施工过程中，红砂岩的压实度即使满足规范要求，但是仍存在较大孔隙率，这使其透水能力相对较强。

（3）低粘结性。

破碎后重新组合的红砂岩，黏结性能小，易松散，做压实度检测时，很难取到块状样品，这说明红砂岩路基的整体性和板块性较差，强度也具有不可逆转性。

（4）易风化性。

红砂岩遭到破坏后，暴露在自然环境下，经过干燥潮湿反复作用下，根据时间长短先后风化成小块状、颗粒状、粉质状，风化后的红砂岩对施工压实比较有利。

（5）不均匀沉降。

由于粒径和级配难以控制，辅以红砂岩易破碎，红砂岩路基容易出现较大的不均匀沉降。

综上所述，红砂岩的工程特性主要表现为：强度因矿物成分和胶结物质的差异而变化颇大，受水浸湿或在大气环境下受干湿循环的作用，岩石呈块状或粒状崩解碎；或软化崩解成土，甚至泥化，致使强度降低，工程性质较差。

2.2工程分类。

根据红砂岩工程特性，将红砂岩分成两类：崩解性红砂岩和不崩解性红砂岩。

2.2.1崩解性红砂岩。

（1）将红砂岩样品在105°C烘干后，冷却至常温，并浸水观察其水稳性，若在24h内崩解成块状、粒状、渣状、泥状等，其体积呈现膨胀性；

（2）天然状态下，饱水红砂岩试样的单轴抗压强度≤15MPa；

满足上述条件的红砂岩属于崩解性红砂岩。

2.2.2不崩解性红砂岩。

（1）将红砂岩样品在105°C烘干后，冷却至常温，并浸水观察其水稳性，若在24h内未崩解，或仅在棱角，或极少量崩解，总崩解量不超过总量的1%。

（2）天然状态下，饱水红砂岩试样的单轴抗压强度>15MPa；

满足上述条件的红砂岩属于不崩解性红砂岩。

3.红岩填料路基病害类型及原因分析

基于崩解性红砂岩填料的工程性质不理想，一般不能直接作为路基填料，但经过一定处理措施后是能够满足路基填料要求的。目前红砂岩填料路基已经应用于多条高速公路中，由于处理措施或防护措施不到位，红砂岩路基容易造成路基沉陷或软化膨胀失稳，承载力降低，路面严重开裂、翻浆唧泥等多种病害。

3.1路基沉陷。

该病害常出现在桥背、管涵连接处，路基碾压过程中，局部压实度不能达到压实标准，孔隙率偏大，一旦遇到排水不畅、雨水从路基边缘和坡面排水薄弱面渗入到路基内部，导致路堤下的地基横向承载力降低，同时路堤边缘开始产生沉降沉陷且沉降量远大于路基中央，此时，路基横向承载力出现骤降面，进而引发路面在骤降面附近产生纵向裂缝。由于路基的不均匀沉陷，造成路面产生次生病害，严重时裂缝两侧出现错台现象（路基沉陷形成机理见图1）。

3.2路面裂缝。

（1）对于红砂岩填料的路基横向或斜向裂缝常出现在软硬交界面附近，如土石基础的交接处、桥台与土基交接处等，有些属于不均匀沉降造成的，有些则属于红砂岩填料劣化形成的。

（2）当路面积水下渗至红砂岩填料层，引起局部填料遇水崩解泥化，局部脱空，失去承载力，该位置在路面荷载的长期作用下，逐渐产生裂缝，并延伸至路面，形成反射裂缝，如图2所示。

图2路基反射裂缝形成机理

（3）在填料压实度不足时，填料在水和行车荷载做用下逐渐软化，且软化范围逐渐扩散，纵横向裂缝交错发展，裂缝加长增宽，形成网状裂缝。网状裂缝属于路面结构破坏，严重影响道路使用性能。

3.3翻浆唧泥。

在红砂岩填筑的路基段如处理不当会出现不同程度的病害，路基病害便会反射到路面中，出现不同程度的裂缝。在雨季，一旦排水不畅，雨水渗入裂缝周围并进一步软化填料，在路面荷载作用下，软化的泥浆从裂缝处唧出，形成翻浆唧泥现象。随着翻浆唧泥病害的加深，裂缝附近路面会下沉，发展新的裂缝，扩大病害范围，如此反复最终路面形成坑槽。

4.对红砂岩路基设计施工的防治对策

结合红砂岩的工程特性和常见病害的分析，水是触发病害的主要外因，膨胀性及易崩解性是内因，因此，红砂岩作为路基填料必须解决好隔水、排水措施，增加密实度，特别是尽可能维持红砂岩填料处于相对封闭状态，避免残余水活性的发挥。

4.1红砂岩填料要求和压实标准。

红砂岩填料的强度与压实度具有良好的相关关系，随着压实度的提高，红砂岩填料压实后的抗剪强度及CBR值均有不同程度的增大，而泡水后的吸水量及浸水膨胀量却呈减小的趋势，与此同时，压实后的渗透系数也随着压实度的增大而急剧减小，因此在红砂岩填料碾压时，应尽量使其压实度达到最佳，以提高强度，降低透水性，控制吸水膨胀的不良影响。因此红砂岩做为高速公路路基填料，其最小强度和压实度满足表1要求。

4.2填方路基的一般性设计原则。

（1）用红砂岩修筑公路路堤，应采取相应的技术措施，做好断面设计、结构设计和排水设计，保证红砂岩路堤有足够的强度和稳定性。

（2）采用红砂岩作为路基填料，应综合考虑红砂岩的膨胀性和易崩解性，因此路基设计的关键核心问题就是保障红砂岩填料的相对封闭，尤其是保持水分的相对稳定，因此应加大路面、坡面排水力度，确保排水系统与当地水系保持通畅。

（3）红砂岩填料高路堤应考虑填料劣化形成的强度削弱对整体稳定性的影响，防止整体滑动或局部塌肩。在参数选择方面应基于设计情况下的强度参数，不能采用峰值强度作为稳定性验算依据。

4.3红砂岩填料的路堤断面设计。

（1）红砂岩路堤的断面形式可参照一般填筑的路堤断面形式，主要分为三种：直线型、折线型和平台式。

（2）对于采用红砂岩做为填料填筑的路堤，其外面应采用中性粘性土进行封闭包裹，且增大路基横坡设置，防止雨水渗入路堤。

4.4施工控制。

采用爆破初步解小大的原状岩体后，应采用破碎锤进一步解小，拖式羊足碾破碎挤密，再依靠振动功能强大的机械和冲击碾压设备，可以通过巨大的振动压实能使碾压路基层中的大部分红砂岩颗粒形成粉状甚至泥状物，解小的岩体，不仅能充分填充残余的颗粒间的孔隙，达到减小渗透性和压缩性的目的，还能包裹着其它残余的母岩颗粒，形成保护层阻隔外界水对母岩颗粒的作用，以进一步加强路基土体的强度。

5.结语

5.1红砂岩的强度因矿物成分和胶结物质的差异而变化颇大，受水浸湿或在大气环境下受干湿循环的作用，岩石呈块状或粒状崩解碎；或软化崩解成土，甚至泥化，致使强度降低，工程性质较差。

5.2结合红砂岩的工程特性和常见病害的分析，水是触发病害的主要外因，膨胀性及易崩解性是内因，因此，红砂岩作为路基填料必须解决好隔水、排水措施，增加密实度，特别是尽可能维持红砂岩填料处于相对封闭状态，避免残余水活性的发挥。

5.3通过加大振动压实能量使碾压路基层中的大部分红砂岩颗粒形成粉状甚至泥状物，解小的岩体，不仅能充分填充残余的颗粒间的孔隙，达到减小渗透性和压缩性的目的。

参考文献

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［2］刘彩平，段庆全.红砂岩三向应力状态下渗透性能的实验研究［J］.矿业研究与开发.2024，29（3）.

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