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摘要：红砂岩我国南方地区常见的易产生工程病害的路基填料，本文阐述了红砂岩的主要矿物成分和不良工程性质，并概括了红砂岩作为路基填料的施工工艺和质量控制要点。
关键词：红砂岩 矿物成分工程性质施工
中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：
红砂岩广泛分布于我国四川、云南、广西、湖北、安徽、湖南、江西、广东、福建、江苏等省区，是富含铁质氧化物，呈红色、深红色或褐色的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的统称。红砂岩大部分为泥质胶结，抗水和风化能力差，风化层厚度大且分布不均匀，普遍具有遇水软化、崩解、膨胀、干湿循环极易风化等不良工程性质。在公路建设中开挖出的红砂岩如果弃之不用而改用其它土料来填筑路基，不但影响工期，增加巨额投资，而且占用大量农田和林地，破坏生態环境。因此，研究红砂岩的工程性质及其填筑施工技术，具有重要的经济价值及环保意义。
1 工程概况
郴州市至永兴道路（以下简称郴永大道）起点位于永兴县碧塘乡枫木山S212与规划的湘永路相交处，起点桩号K0+000，经碧塘村、毛屋里、东风头后，从杨家冲水库东北侧穿过，经庵子老山、优福岭，在花屋里处跨越便江，经峡口、腊树下、剥牛村，经金鸡庙后，在坪石廖家处与资五路平交，经红卫水库、大西塘、杨冲水库、南冲水库、石板村，在凌家村处跨越东江，经大面洲、农科所，在原红旗造纸厂处跨越资许铁路，经秧溪村、雅市坪，至本项目终点郴州市新区有色金属产业园区相山大道与石虎大道相交处，终点桩号K31+435.451，全长31.435公里。此道路最突出的问题是途经红砂岩地带，约有20公里必须修筑在
红砂岩地带。因此，红砂岩路基填料的工程性质及施工成为此道路的关键性技术问题。
2 红砂岩工程分类及性质
2.1工程分类
为了便于分析，根据红砂岩的浸水崩解性强弱将其分为3种类型：
1) I类红砂岩。亲水性粘土矿物含量高，烘干试样浸水24 h后呈泥状或渣状崩解；岩石自由膨胀率平均值为42.41％，具有膨胀性；泡水时间对压实试件浸水膨胀量影响不大，但随击实次数增加而增加，而未压实试件的水稳定性和强度稳定性差，属软质页岩，其单轴极限抗压强度小于15MP。
2) Ⅱ类红砂岩。烘干试样浸水24h后呈块状崩解，一般具有碎屑结构特征；岩石自由膨胀率平均值为18.63％ ，不具有膨胀性；击实次数对浸水膨胀量影响不大，但泡水时问影响较大，水稳定性和强度稳定性较I类红砂岩好，多属软质页岩，其单轴极限抗压。强度小于或稍大于15MPa。
3)Ⅲ类红砂岩。烘干试样浸水24 h后不崩解，或棱角处少量崩解，且崩解量小于总重量的1％。其强度较高，与普通未风化砂岩的性质接近，单轴极限抗压强度可达60～70MPa。
试验表明Ⅲ类红砂岩没有浸水崩解的特性，其物理力学性质与普通砂岩无异，施工中可视为普通岩石，可作为筑路石料。本文研究的红砂岩主要是I、Ⅱ类红砂岩。
2.2 红砂岩的矿物成分
利用扫描电镜、X光粉晶衍射和薄片显微照像等技术进行分析，红砂岩可分为粒状碎屑结构和泥状结构两类。两种典型结构红砂岩的主要粘土矿物成分见表1。泥状结构的红砂岩含粘土矿物高岭石、蒙脱石及伊利石等较多，粘土矿物的质量分数一般约15％～50％，其中伊利石质量分数为5％～30％ ，蒙脱石质量分数为3％ ～10％。由于蒙脱石和伊利石的亲水性较强，因此其质量分数的高低是决定红砂岩易崩解软化、水稳定性差的主要原因。
表1 两种典型红砂岩的矿物成分质量分数单位：%
2.3 红砂岩的工程性质
红砂岩主要工程性质特征为：
1)易崩解和膨胀。红砂岩在干湿循环作用下，经过阳光，大气特别是雨水的重复作用下，易崩解成小碎块，体积略有增加，浸水膨胀量约为1％～4％ 。崩解后的红砂岩遇水软化，强度下降较快(有的甚至达40%左右)。
2)高吸水、易透水与难蒸发。一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，由于其中粘土矿物成分影响，其吸水性较强，很快达到饱和状态；压实度虽能达到要求，但仍具有较大的孔隙率，实测值达10％～30％左右，因此其透水性相对较强，最大透水深度可达20～30cm；吸水或饱水后的红砂岩，在强光和风作用下水分蒸发慢，表层10cm一般要1d左右才蒸发完，但蒸发却较为彻底，且行车作用下易扬尘。
3)易风化。在外力作用下，由于大气、温度、湿度的影响，红砂岩易风化。若遇水，则不仅仅是软化，更是加速了这种风化过程。经过几次干湿循环作用后，红砂岩易风化破碎，利于压实。
4)粘结性低。破碎后重新组合的红砂岩，粘结性能小，易松散，做压实度检测时，很难取得块状样品，这说明红砂岩路基的整体性或板快性较差，强度具有不可逆转性。
5)不均匀沉降。由于粒径难以完全的控制且不均匀，加上红砂岩极易风化及遇水软化，红砂岩路基易出现较大的不均匀沉降。
3 红砂岩路基填筑施工
3.1 红砂岩填筑材料的选用及工前处理
红砂岩基本性质的试验结果表明，具有块状崩解的II类红砂岩水稳定性好，其强度随时间变化小，路用性能较好；I类红砂岩的水稳定性差，强度受干湿循环的作用变化较大，但压实后透水性很小，因此稳定性大为提高，仍可用做附属设施用地填筑填料。I类和II类红砂岩爆破开挖后，可以直接运至工地进行耙压和碾压施工，但施工费时，运输困难，对施工机械要求高，适用于场地狭小地段。如工期和施工条件允许，最好将刚爆破出来的红砂岩，在料场就地进行工前崩解处理。
对红砂岩工前处理的方法为，将刚爆破出来的红砂岩裸露于大气阳光和雨中，放置一定时间，任其自然崩解破碎；当晴天气温较高时，每天洒水，一般在8～20d即可达到预崩解的目的。
3.2 红砂岩填筑施工工艺
① 填前碾压。路堤填筑前，地基要进行填前碾压，即改造地形、清除表土及地面附着物，并将原地面碾压至要求的密实度。红砂岩路堑上路床0～30cm范围内换填适宜填料时不能用红砂岩，其路床底部30～80cm必须为新鲜岩面，且0～30cm范围内使用CBR值不小于8％密实性好的路基填料封面，以避免大气雨水对红砂岩的侵蚀，降低基底的承载力。
② 布料。上料前必须在边线位置处采用花杆挂线，要求花杆长度为2m，红白相间格长40cm，纵向间距为20 m。首先在路基两侧坡脚线内用粘土包边，以防雨水对己成形红砂岩的侵蚀及冲刷。粘土宽度为2m，做成向外的横坡度，以保证边线处粘土得到充分压实。
③ 耙压整平。经过预崩解处理的红砂岩填料运到填方段后，卸料后采用220马力以上的三齿推土机、勾松，“耙压”遍数应不少于3遍，未经料场崩解处理的红砂岩至填方路段后，相应的“耙压”遍数应增加一倍。
④ 碾压。推土机耙压后，90区采用50t以上羊角碾振压3遍，行驶速度控制在2～3 km／h；93区采用50t以上羊碾振压5遍，行驶速度控制在2～3km／h，基本可以保证岩石粒径控制在25cm以内。施工中严格控制最大粒径和每层松铺厚度，经耙压后的填料最大粒径不得大于25cm，每层松铺厚度不大于40cm。平地机的整平方法是由两侧开始向路中推进，如此往返3次，一般就可达到规定的粒径要求。平地机精平后，用YZI8B以上振动压路机强振碾压3遍，行驶速度控制在3～4km／h；最后用YZ18B振动压路机碾压4遍，行驶速度控制在3～4km/h。
4填筑质量控制要点
4.1 填料粒径控制
石块最大粒径越大，不均匀性往往也大，以致填料级配就也比较差，石块间的空隙较大，使压实度难以把握。所以在施工过程中，特别注意控制石块粒径及分布情况，根据规范，最大粒径不得超过层厚的2／3，并在表面用风化料进行填充缝隙再进行碾压。在施工中控制了填料大塊数，总体上也就控制了填料均匀性和压实度。
采用合理爆破方案，在石方爆破开挖时尽量减小粒径，同时尽量减小对边坡的扰动，保证边坡稳定又能做到经济合理。在路基填筑前尽量利用岩石易崩解特性，使岩石充分崩解，自然减小粒径。在路基摊铺后采用“耙压”方法减小粒径。
(1)爆破。根据实际水文、地质、安全条件和爆破粒径要求，采用小型松动爆破为主，深孔爆破为辅的爆破方案。通常采用分台阶自上而下爆破。由于岩石裂隙发育，为减小对边坡的震动，采用小型风枪钻孔，孔深3～5m ，孔距2m，采用药壶爆破。爆破出的粒径约6O%可直接填筑路基，约1O%需二次爆破。其它需经崩解后使用。现场也采用挖掘机带风镐的作业方法，采掘的块体需经崩解后使用。
(2)自然崩解。通过崩解降低岩石活性、降低岩石强度，应避免此过程发生在路基中，形成病害。将爆破后红砂岩粒径超过100cm以上的运至预崩解场地，摊铺厚度不宜超过最大岩块直径。岩石应直接暴露在空气中，增加暴露面积；根据天气情况适当浇水，加速岩石的崩解，待岩石表面出现裂纹后即可填筑路基。
(3)耙压、整平。耙压目的是通过外力粉碎粒径超标的材料，降低岩石活性。红砂岩填料运至现场，先用推土机摊铺，然后利用推土机履带碾碎岩块，碾压数遍再用松土器钩松填筑层，将残存的岩块勾起再碾压，直至填筑材料粒径符合要求。
4.2压实度控制
高速公路红砂岩地区附属设施用地填筑压实度试验检测比较困难，考虑到施工中的技术要求及实际情况，建议采用压实度试验与外观检查对比的方法，同时采用压实沉降差作为参考值。① 压实度试验采用灌砂法检测，如遇到大石块，则此试验点位弃置不用，重新选点试验。② 外观检查：要求表面平整密实，无空隙、松石、坑洼及大的石块存在，50t以上压路机振压后无明显轮迹。③ 压实沉降差法：在路基上用随机取样的方法布设观测点，测其高程，然后再用拖式50t压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量。
5 结语
红砂岩是一种介于普通岩石和土之间的特殊填筑材料，爆破开挖后极易风化崩解，遇水崩解软化的特性既是引起红砂岩路基病害的主要原因，又是红砂岩路用性质的基础。室内实验表明，红砂岩的崩解物“红砂土”抗剪强度高、抗渗能力强、压缩性低、CBR值高，具有良好的路用性质，Ⅰ、Ⅱ类红砂岩经预崩解处理，可用其作高等级公路的路基填料。
参考文献：
[1]李健，等．红砂岩筑路材料的工程性质研究[J]．公路交通科技，1999，16(4)
[2]赵明华，邓觐宇，曹文贵．红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J]．中国公路学报，2003，16(3)
[3]JTG 1710—2006，公路路基施丁技术规范[S]．
关键词：红砂岩 矿物成分工程性质施工
中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：
红砂岩广泛分布于我国四川、云南、广西、湖北、安徽、湖南、江西、广东、福建、江苏等省区，是富含铁质氧化物，呈红色、深红色或褐色的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的统称。红砂岩大部分为泥质胶结，抗水和风化能力差，风化层厚度大且分布不均匀，普遍具有遇水软化、崩解、膨胀、干湿循环极易风化等不良工程性质。在公路建设中开挖出的红砂岩如果弃之不用而改用其它土料来填筑路基，不但影响工期，增加巨额投资，而且占用大量农田和林地，破坏生態环境。因此，研究红砂岩的工程性质及其填筑施工技术，具有重要的经济价值及环保意义。
1 工程概况
郴州市至永兴道路（以下简称郴永大道）起点位于永兴县碧塘乡枫木山S212与规划的湘永路相交处，起点桩号K0+000，经碧塘村、毛屋里、东风头后，从杨家冲水库东北侧穿过，经庵子老山、优福岭，在花屋里处跨越便江，经峡口、腊树下、剥牛村，经金鸡庙后，在坪石廖家处与资五路平交，经红卫水库、大西塘、杨冲水库、南冲水库、石板村，在凌家村处跨越东江，经大面洲、农科所，在原红旗造纸厂处跨越资许铁路，经秧溪村、雅市坪，至本项目终点郴州市新区有色金属产业园区相山大道与石虎大道相交处，终点桩号K31+435.451，全长31.435公里。此道路最突出的问题是途经红砂岩地带，约有20公里必须修筑在
红砂岩地带。因此，红砂岩路基填料的工程性质及施工成为此道路的关键性技术问题。
2 红砂岩工程分类及性质
2.1工程分类
为了便于分析，根据红砂岩的浸水崩解性强弱将其分为3种类型：
1) I类红砂岩。亲水性粘土矿物含量高，烘干试样浸水24 h后呈泥状或渣状崩解；岩石自由膨胀率平均值为42.41％，具有膨胀性；泡水时间对压实试件浸水膨胀量影响不大，但随击实次数增加而增加，而未压实试件的水稳定性和强度稳定性差，属软质页岩，其单轴极限抗压强度小于15MP。
2) Ⅱ类红砂岩。烘干试样浸水24h后呈块状崩解，一般具有碎屑结构特征；岩石自由膨胀率平均值为18.63％ ，不具有膨胀性；击实次数对浸水膨胀量影响不大，但泡水时问影响较大，水稳定性和强度稳定性较I类红砂岩好，多属软质页岩，其单轴极限抗压。强度小于或稍大于15MPa。
3)Ⅲ类红砂岩。烘干试样浸水24 h后不崩解，或棱角处少量崩解，且崩解量小于总重量的1％。其强度较高，与普通未风化砂岩的性质接近，单轴极限抗压强度可达60～70MPa。
试验表明Ⅲ类红砂岩没有浸水崩解的特性，其物理力学性质与普通砂岩无异，施工中可视为普通岩石，可作为筑路石料。本文研究的红砂岩主要是I、Ⅱ类红砂岩。
2.2 红砂岩的矿物成分
利用扫描电镜、X光粉晶衍射和薄片显微照像等技术进行分析，红砂岩可分为粒状碎屑结构和泥状结构两类。两种典型结构红砂岩的主要粘土矿物成分见表1。泥状结构的红砂岩含粘土矿物高岭石、蒙脱石及伊利石等较多，粘土矿物的质量分数一般约15％～50％，其中伊利石质量分数为5％～30％ ，蒙脱石质量分数为3％ ～10％。由于蒙脱石和伊利石的亲水性较强，因此其质量分数的高低是决定红砂岩易崩解软化、水稳定性差的主要原因。
表1 两种典型红砂岩的矿物成分质量分数单位：%
2.3 红砂岩的工程性质
红砂岩主要工程性质特征为：
1)易崩解和膨胀。红砂岩在干湿循环作用下，经过阳光，大气特别是雨水的重复作用下，易崩解成小碎块，体积略有增加，浸水膨胀量约为1％～4％ 。崩解后的红砂岩遇水软化，强度下降较快(有的甚至达40%左右)。
2)高吸水、易透水与难蒸发。一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，由于其中粘土矿物成分影响，其吸水性较强，很快达到饱和状态；压实度虽能达到要求，但仍具有较大的孔隙率，实测值达10％～30％左右，因此其透水性相对较强，最大透水深度可达20～30cm；吸水或饱水后的红砂岩，在强光和风作用下水分蒸发慢，表层10cm一般要1d左右才蒸发完，但蒸发却较为彻底，且行车作用下易扬尘。
3)易风化。在外力作用下，由于大气、温度、湿度的影响，红砂岩易风化。若遇水，则不仅仅是软化，更是加速了这种风化过程。经过几次干湿循环作用后，红砂岩易风化破碎，利于压实。
4)粘结性低。破碎后重新组合的红砂岩，粘结性能小，易松散，做压实度检测时，很难取得块状样品，这说明红砂岩路基的整体性或板快性较差，强度具有不可逆转性。
5)不均匀沉降。由于粒径难以完全的控制且不均匀，加上红砂岩极易风化及遇水软化，红砂岩路基易出现较大的不均匀沉降。
3 红砂岩路基填筑施工
3.1 红砂岩填筑材料的选用及工前处理
红砂岩基本性质的试验结果表明，具有块状崩解的II类红砂岩水稳定性好，其强度随时间变化小，路用性能较好；I类红砂岩的水稳定性差，强度受干湿循环的作用变化较大，但压实后透水性很小，因此稳定性大为提高，仍可用做附属设施用地填筑填料。I类和II类红砂岩爆破开挖后，可以直接运至工地进行耙压和碾压施工，但施工费时，运输困难，对施工机械要求高，适用于场地狭小地段。如工期和施工条件允许，最好将刚爆破出来的红砂岩，在料场就地进行工前崩解处理。
对红砂岩工前处理的方法为，将刚爆破出来的红砂岩裸露于大气阳光和雨中，放置一定时间，任其自然崩解破碎；当晴天气温较高时，每天洒水，一般在8～20d即可达到预崩解的目的。
3.2 红砂岩填筑施工工艺
① 填前碾压。路堤填筑前，地基要进行填前碾压，即改造地形、清除表土及地面附着物，并将原地面碾压至要求的密实度。红砂岩路堑上路床0～30cm范围内换填适宜填料时不能用红砂岩，其路床底部30～80cm必须为新鲜岩面，且0～30cm范围内使用CBR值不小于8％密实性好的路基填料封面，以避免大气雨水对红砂岩的侵蚀，降低基底的承载力。
② 布料。上料前必须在边线位置处采用花杆挂线，要求花杆长度为2m，红白相间格长40cm，纵向间距为20 m。首先在路基两侧坡脚线内用粘土包边，以防雨水对己成形红砂岩的侵蚀及冲刷。粘土宽度为2m，做成向外的横坡度，以保证边线处粘土得到充分压实。
③ 耙压整平。经过预崩解处理的红砂岩填料运到填方段后，卸料后采用220马力以上的三齿推土机、勾松，“耙压”遍数应不少于3遍，未经料场崩解处理的红砂岩至填方路段后，相应的“耙压”遍数应增加一倍。
④ 碾压。推土机耙压后，90区采用50t以上羊角碾振压3遍，行驶速度控制在2～3 km／h；93区采用50t以上羊碾振压5遍，行驶速度控制在2～3km／h，基本可以保证岩石粒径控制在25cm以内。施工中严格控制最大粒径和每层松铺厚度，经耙压后的填料最大粒径不得大于25cm，每层松铺厚度不大于40cm。平地机的整平方法是由两侧开始向路中推进，如此往返3次，一般就可达到规定的粒径要求。平地机精平后，用YZI8B以上振动压路机强振碾压3遍，行驶速度控制在3～4km／h；最后用YZ18B振动压路机碾压4遍，行驶速度控制在3～4km/h。
4填筑质量控制要点
4.1 填料粒径控制
石块最大粒径越大，不均匀性往往也大，以致填料级配就也比较差，石块间的空隙较大，使压实度难以把握。所以在施工过程中，特别注意控制石块粒径及分布情况，根据规范，最大粒径不得超过层厚的2／3，并在表面用风化料进行填充缝隙再进行碾压。在施工中控制了填料大塊数，总体上也就控制了填料均匀性和压实度。
采用合理爆破方案，在石方爆破开挖时尽量减小粒径，同时尽量减小对边坡的扰动，保证边坡稳定又能做到经济合理。在路基填筑前尽量利用岩石易崩解特性，使岩石充分崩解，自然减小粒径。在路基摊铺后采用“耙压”方法减小粒径。
(1)爆破。根据实际水文、地质、安全条件和爆破粒径要求，采用小型松动爆破为主，深孔爆破为辅的爆破方案。通常采用分台阶自上而下爆破。由于岩石裂隙发育，为减小对边坡的震动，采用小型风枪钻孔，孔深3～5m ，孔距2m，采用药壶爆破。爆破出的粒径约6O%可直接填筑路基，约1O%需二次爆破。其它需经崩解后使用。现场也采用挖掘机带风镐的作业方法，采掘的块体需经崩解后使用。
(2)自然崩解。通过崩解降低岩石活性、降低岩石强度，应避免此过程发生在路基中，形成病害。将爆破后红砂岩粒径超过100cm以上的运至预崩解场地，摊铺厚度不宜超过最大岩块直径。岩石应直接暴露在空气中，增加暴露面积；根据天气情况适当浇水，加速岩石的崩解，待岩石表面出现裂纹后即可填筑路基。
(3)耙压、整平。耙压目的是通过外力粉碎粒径超标的材料，降低岩石活性。红砂岩填料运至现场，先用推土机摊铺，然后利用推土机履带碾碎岩块，碾压数遍再用松土器钩松填筑层，将残存的岩块勾起再碾压，直至填筑材料粒径符合要求。
4.2压实度控制
高速公路红砂岩地区附属设施用地填筑压实度试验检测比较困难，考虑到施工中的技术要求及实际情况，建议采用压实度试验与外观检查对比的方法，同时采用压实沉降差作为参考值。① 压实度试验采用灌砂法检测，如遇到大石块，则此试验点位弃置不用，重新选点试验。② 外观检查：要求表面平整密实，无空隙、松石、坑洼及大的石块存在，50t以上压路机振压后无明显轮迹。③ 压实沉降差法：在路基上用随机取样的方法布设观测点，测其高程，然后再用拖式50t压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量。
5 结语
红砂岩是一种介于普通岩石和土之间的特殊填筑材料，爆破开挖后极易风化崩解，遇水崩解软化的特性既是引起红砂岩路基病害的主要原因，又是红砂岩路用性质的基础。室内实验表明，红砂岩的崩解物“红砂土”抗剪强度高、抗渗能力强、压缩性低、CBR值高，具有良好的路用性质，Ⅰ、Ⅱ类红砂岩经预崩解处理，可用其作高等级公路的路基填料。
参考文献：
[1]李健，等．红砂岩筑路材料的工程性质研究[J]．公路交通科技，1999，16(4)
[2]赵明华，邓觐宇，曹文贵．红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J]．中国公路学报，2003，16(3)
[3]JTG 1710—2006，公路路基施丁技术规范[S]．