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摘要：在我国西南、中南等省份普遍存在红砂岩，这些岩石具有较强的水软化性，干湿循环作用下崩解强烈等不良特性，不宜作为高等级公路路堤填筑材料。若作为弃方不用，公路施工都将产生大量的弃方，动辄增加成千上亿的投资，弃方还将占用大量土地，带来水土保持等问题。本文为作者结合桃龙大道红砂岩施工应用经验，对红砂岩在路基施工中的特殊性质及相关工程应用进行分析。
关键词：红砂岩；桃龙大道；施工；质量控制
1、概述
S311桃龙大道是湖南省交通运输“十三五”交通运输发展规划推进项目。为S311安乡安丰-桃源牛车河的一段，是桃源县中部的一条重要的横向干线公路。其建设对完善区域公路路网结构，疏散桃源县火车站客流量，缓解县域交通压力，改善城乡交通条件，促进区域经济发展、沿线乡镇的建设，开发区域旅游资源具有重要意义。项目总设计里程32.281km，采用集散一级公路标准，设计时速为80km/h。路基全宽为21.5m。本项目合同段路线所经地区主要为剥蚀丘陵地貌，相对高差大，地层表面覆盖层为高、低液限粘土、粉土及砂砾石，下面全部为红砂岩。项目全线红砂岩约150万立方，若将施工中沿线开挖的红砂岩弃置不用，而远运其他材料填筑路基，则造价昂贵，弃土和借土场难寻，并可能造成环境污染，预计将增加建设费用8000万元。为节约资金，避免大弃大借，特对红砂岩的路用性质及施工方案进行专项研究。
2、红砂岩的主要施工特性
经试验取样研究，本项目合同段内红砂岩普遍具备以下特性：
① 遇水崩解和膨胀
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，膨胀率约为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，此时，在机械和人力作用下易成为渣泥状，且这一性质不可逆转。
②高吸水性、透水性与难蒸发性
一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，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，实测达0.3～0.4 左右，因此其透水性相对较强。
③ 低粘结性
破碎后重新组合的红砂岩粘结性能小，易松散，作压实度检测时，很难取到块状样品。这说明红砂岩路基的整体性或板块性较差，强度具有不可逆转性。
④ 易风化性
一旦在外力作用下破坏，那么在大气、阳光、遇水的影响下，红砂岩极易风化。若遇水则不仅仅是软化，更是加速了这种风化进程，倘经过几次干湿循环作用，紅砂岩易风化破碎，利于压实。
⑤ 不均匀沉降
由于粒径难以百分之百地控制且不均匀，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。
此外，还有一个特性是红砂岩开挖时像石，风化后像土，松散碾碎后比重减少，降幅一般在20%以下。
3、红砂岩的分类
1）分类依据
红砂岩分类的依据主要为浸水崩解性和强度指标。
① 浸水崩解性
红砂岩在野外初判后送至试验室终判，红砂岩终判的主要指标是红砂岩的浸水崩解性。将红砂岩在105℃温度下烘干后冷却至室温并浸入清水中观察其结果。
若红砂岩在24小时内崩解成泥状、渣状、渣泥状或渣粒状者，该红砂岩为一类红砂岩；若红砂岩在24小时内崩解成大块状、块状、块粒状或粒状者该红砂岩为二类红砂岩；若红砂岩在24小时内不崩解，或仅在某些尖棱尖角处有少量崩解，且崩解量不大于总量的1 %，该类红砂岩为三类红砂岩。
② 红砂岩的强度指标
红砂岩的强度指标主要与施工难易及碾压时是否压碎有关，是以天然状态下单轴饱水极限抗压强度Ra 表征。单轴饱水抗压强度Ra=2～10MPa 视为一类红砂岩（泥质）；Ra=10～15MPa 视为二类红砂岩（硅质）；Ra>15MPa 视为三类红砂岩。
如果强度指标与崩解性指标不相符时Q以崩解性指标为准。
2）分类结果
在施工建设期间，对沿线典型红砂岩分布段落进行了取样试验，进行了浸水试验和单轴
抗压试验，验证了本合同段内红砂岩类别主要为一类、二类红砂岩，少数为三类红砂岩。典型浸水试验后试件样品如下：
4、路基填筑施工
1）施工机械设备配备
采用常规机械设备配置如下
① 平地机 PYl80
② 振动压路机 YZl8B
③ 羊角碾 YZTK18
④ 洒水车 8t
⑤ 推土机 D85
⑥ 挖掘机 1m3
2）红砂岩路基施工前准备
路基开工前，根据详细试验出来的红砂岩数据，确定合同段内，红砂岩的分类储量，制定了详尽的施工组织计划安排，并按程序报送相关主管部门审批通过。并根据施工组织计划，选取地质条件、断面型式等工程特点具有代表性的地段进行试验路段施工，试验路段长度120m。确定了红砂岩路基填筑的相关路用参数。
3）红砂岩应用范围
以下路段不得采用红砂岩填筑。
① 路堤高度超过20m的高填路段，避免出现大幅度不均匀沉降；
② 桥梁、涵洞、通道等构造物回填区；
③ 浸水路堤、地下水位以下及低洼易积水地段；
④ 一类和二类红砂岩只能作为一级公路路基区、93、94区填筑，不得用于96区路床部分填筑。三类红砂岩的路用不受限制，按相关填石路基标准执行即可。
4）控制指标
红砂岩路段路基填筑过程中应严格控制以下指标：
① 粒径≤25cm；
② 松铺碾压层厚≤40cm，路床范围内的松铺碾压层厚≤30cm； ③ 最佳含水量一般在8～12%。对于一类红砂岩，采用重型击实试验，对于二类红砂岩，采用表面振动仪试验；
④ 控制路基填筑压实度指标。
5）路基填筑施工工艺
红砂岩路基填筑工艺以“预崩解—耙压—压实”程序为核心。
路堤填筑前，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。接着，对粒径超过100cm的红砂岩进行崩解处理，消解大粒径红砂岩的活性。然后，进行布料、耙压、整平，不同类型的红砂岩不得在同层填筑。用推土机将红砂岩填料推平，并以履带碾压再以松土齿耙松。经耙压3～6次后，再采用羊足碾振压
3～5遍，行驶速度控制在2～3km/h。由监理工程师检查红砂岩最大粒径是否满足要求如不满足，则继续耙压。对其中个别没崩解的或靠压实设备无法压碎的坚硬岩块，予以剔除或人工破碎。采用平地机由两侧开始向路中间推进，往返3次来对红砂岩路基进行整平。耙压后的红砂岩应尽快碾压。并在碾压前适当洒水。碾压前要严格控制含水量，应控制在最佳含水量±1%范围。当红砂岩填料的粒径和松铺厚度符合要求后，用拖式振动压路机碾压3～5遍，行驶速度控制在3～4km/h，接着用振动压路机碾压4遍，行驶速度控制在4～5km/h，从路基两侧向路中间推进，压路机碾压轮重叠不少于40～50cm。经压实度检验后的压实层在下一层填筑前，应采用羊足碾振压一遍，形成凹凸面，以保证上下层间的联结。
红砂岩路堤压实质量控制主要从以下几个方面进行，以松铺碾压层厚h 控制、以各碾压层中允许采用的最大粒径d 控制、以碾压时填料含水量W 控制、以压实度K 控制和以碾压机械及碾压遍数控制。路基压实质量采用压实度检测与压实沉降差法检测。
为缩短沉降周期，在下列情况下应采用强夯处理，以控制不均匀沉降。上、下路堤顶面填土厚度超过10m的路堤，每4m 强夯一次；半填半挖路段的路基；每4m 强夯一次。
红砂岩路堤碾压时应在最佳含水量时进行。表面水分蒸发时应补充洒水后再行压实。按先轻后重，由两侧到中央的顺序进行压实。在路堤碾压后进行密实度检测，仍以压实度控制路堤施工质量。
禁止使用生石灰块。在红砂岩路堤范围内若有大片低洼積水地段根据积水深和水下淤泥层厚度，采用排水疏干，挖除淤泥，抛填片石或砂砾石等处理措施。在低洼地区挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或透水性材料。
5、常见病害及防治对策
1、红砂岩路基可能出现的稳定性病害主要表现：
① 当红砂岩路堤修筑于松软不均匀地基上时，因地基明显的不均匀沉降而失稳破坏。
② 按路基施工规范和设计要求施工的红砂岩路基一般不会发生整体滑动失稳现象，但当红砂岩路基填筑高度大于20m时，可能出现整体滑动失稳病害，这时应对红砂岩路基的整体稳定性进行验算。
2、红砂岩路基病害的防治对策
① 对于接近饱和的松软土地基，可采取预压排水、挤密加固或其他软基处理措施，并
分析地基在设计路堤荷载作用下的沉降量，确保工后沉降不超过允许值；当松软土厚度不大时（一般以3米为界限），可采取挖土换填措施。
②对于非饱和的松散土地基，当厚度不大时，可采用重型压路机压实处理措施，若厚度较大时，可采取强夯加固措施。
③在高填方路段，要对地基的承载力和沉降量进行验算分析，必要时采取加固措施。
④对于低洼易积水地段，在地基一定厚度范围内要采用水稳定性良好的填料填筑，清除积水，截断水源。
⑤对于路基两侧的高边坡，需要进行稳定性分析验算，一般要采取边坡防护和排水防治措施。
⑥对于远离构造物的局部路段，若路基沉陷是因雨水渗入路基表层土中导致的，要对沉陷部位开挖进行处理，若是因路基填土压实质量差所致，应考虑采用注浆或挤密处理措施。
⑦在红砂岩路基施工和营运期间，要加强排水和隔水措施，确保排水通道畅通，路基表面无积水。
6、结论
目前，红砂岩作为高等级公路路基工程填料，湖南地区尚处于初级阶段，仍无正式的施工规范及验收标准，一般施工仍须按照土石方施工规范进行，按质量检验标准进行检测验收。密切注意其水稳定性、遇水膨胀等特点，并对相应的岩类进行必要的工前处理及处理措施，通过桃龙大道的试验施工总结，掌握红砂岩的特性，使其得到更广泛的使用，技术更成熟及完善。
参考文献：
[1]李宏.红砂岩筑路材料的工程性质研究.云南交通与科技.2007；
[2]龚蓓.探讨高速公路红砂岩地带路基修筑技术.武汉.湖北科学技术.2008；
[3]张志敏.论红砂岩施工技术.山东青岛建筑与工程.2006年第12期；
[4]刘海峰.红砂岩的工程性质及填筑施工技术.保定.内蒙古公路与运输.2013年第1期；
[5]陈祥勇. 皖南山区红砂岩路基设计方法研究.合肥.安徽建筑.2014年第2期；
[6]DB36/ T-2013江西省地方标准《高速公路红砂岩路基施工技术规范》征求意见稿。
关键词：红砂岩；桃龙大道；施工；质量控制
1、概述
S311桃龙大道是湖南省交通运输“十三五”交通运输发展规划推进项目。为S311安乡安丰-桃源牛车河的一段，是桃源县中部的一条重要的横向干线公路。其建设对完善区域公路路网结构，疏散桃源县火车站客流量，缓解县域交通压力，改善城乡交通条件，促进区域经济发展、沿线乡镇的建设，开发区域旅游资源具有重要意义。项目总设计里程32.281km，采用集散一级公路标准，设计时速为80km/h。路基全宽为21.5m。本项目合同段路线所经地区主要为剥蚀丘陵地貌，相对高差大，地层表面覆盖层为高、低液限粘土、粉土及砂砾石，下面全部为红砂岩。项目全线红砂岩约150万立方，若将施工中沿线开挖的红砂岩弃置不用，而远运其他材料填筑路基，则造价昂贵，弃土和借土场难寻，并可能造成环境污染，预计将增加建设费用8000万元。为节约资金，避免大弃大借，特对红砂岩的路用性质及施工方案进行专项研究。
2、红砂岩的主要施工特性
经试验取样研究，本项目合同段内红砂岩普遍具备以下特性：
① 遇水崩解和膨胀
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，膨胀率约为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，此时，在机械和人力作用下易成为渣泥状，且这一性质不可逆转。
②高吸水性、透水性与难蒸发性
一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，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，实测达0.3～0.4 左右，因此其透水性相对较强。
③ 低粘结性
破碎后重新组合的红砂岩粘结性能小，易松散，作压实度检测时，很难取到块状样品。这说明红砂岩路基的整体性或板块性较差，强度具有不可逆转性。
④ 易风化性
一旦在外力作用下破坏，那么在大气、阳光、遇水的影响下，红砂岩极易风化。若遇水则不仅仅是软化，更是加速了这种风化进程，倘经过几次干湿循环作用，紅砂岩易风化破碎，利于压实。
⑤ 不均匀沉降
由于粒径难以百分之百地控制且不均匀，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。
此外，还有一个特性是红砂岩开挖时像石，风化后像土，松散碾碎后比重减少，降幅一般在20%以下。
3、红砂岩的分类
1）分类依据
红砂岩分类的依据主要为浸水崩解性和强度指标。
① 浸水崩解性
红砂岩在野外初判后送至试验室终判，红砂岩终判的主要指标是红砂岩的浸水崩解性。将红砂岩在105℃温度下烘干后冷却至室温并浸入清水中观察其结果。
若红砂岩在24小时内崩解成泥状、渣状、渣泥状或渣粒状者，该红砂岩为一类红砂岩；若红砂岩在24小时内崩解成大块状、块状、块粒状或粒状者该红砂岩为二类红砂岩；若红砂岩在24小时内不崩解，或仅在某些尖棱尖角处有少量崩解，且崩解量不大于总量的1 %，该类红砂岩为三类红砂岩。
② 红砂岩的强度指标
红砂岩的强度指标主要与施工难易及碾压时是否压碎有关，是以天然状态下单轴饱水极限抗压强度Ra 表征。单轴饱水抗压强度Ra=2～10MPa 视为一类红砂岩（泥质）；Ra=10～15MPa 视为二类红砂岩（硅质）；Ra>15MPa 视为三类红砂岩。
如果强度指标与崩解性指标不相符时Q以崩解性指标为准。
2）分类结果
在施工建设期间，对沿线典型红砂岩分布段落进行了取样试验，进行了浸水试验和单轴
抗压试验，验证了本合同段内红砂岩类别主要为一类、二类红砂岩，少数为三类红砂岩。典型浸水试验后试件样品如下：
4、路基填筑施工
1）施工机械设备配备
采用常规机械设备配置如下
① 平地机 PYl80
② 振动压路机 YZl8B
③ 羊角碾 YZTK18
④ 洒水车 8t
⑤ 推土机 D85
⑥ 挖掘机 1m3
2）红砂岩路基施工前准备
路基开工前，根据详细试验出来的红砂岩数据，确定合同段内，红砂岩的分类储量，制定了详尽的施工组织计划安排，并按程序报送相关主管部门审批通过。并根据施工组织计划，选取地质条件、断面型式等工程特点具有代表性的地段进行试验路段施工，试验路段长度120m。确定了红砂岩路基填筑的相关路用参数。
3）红砂岩应用范围
以下路段不得采用红砂岩填筑。
① 路堤高度超过20m的高填路段，避免出现大幅度不均匀沉降；
② 桥梁、涵洞、通道等构造物回填区；
③ 浸水路堤、地下水位以下及低洼易积水地段；
④ 一类和二类红砂岩只能作为一级公路路基区、93、94区填筑，不得用于96区路床部分填筑。三类红砂岩的路用不受限制，按相关填石路基标准执行即可。
4）控制指标
红砂岩路段路基填筑过程中应严格控制以下指标：
① 粒径≤25cm；
② 松铺碾压层厚≤40cm，路床范围内的松铺碾压层厚≤30cm； ③ 最佳含水量一般在8～12%。对于一类红砂岩，采用重型击实试验，对于二类红砂岩，采用表面振动仪试验；
④ 控制路基填筑压实度指标。
5）路基填筑施工工艺
红砂岩路基填筑工艺以“预崩解—耙压—压实”程序为核心。
路堤填筑前，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。接着，对粒径超过100cm的红砂岩进行崩解处理，消解大粒径红砂岩的活性。然后，进行布料、耙压、整平，不同类型的红砂岩不得在同层填筑。用推土机将红砂岩填料推平，并以履带碾压再以松土齿耙松。经耙压3～6次后，再采用羊足碾振压
3～5遍，行驶速度控制在2～3km/h。由监理工程师检查红砂岩最大粒径是否满足要求如不满足，则继续耙压。对其中个别没崩解的或靠压实设备无法压碎的坚硬岩块，予以剔除或人工破碎。采用平地机由两侧开始向路中间推进，往返3次来对红砂岩路基进行整平。耙压后的红砂岩应尽快碾压。并在碾压前适当洒水。碾压前要严格控制含水量，应控制在最佳含水量±1%范围。当红砂岩填料的粒径和松铺厚度符合要求后，用拖式振动压路机碾压3～5遍，行驶速度控制在3～4km/h，接着用振动压路机碾压4遍，行驶速度控制在4～5km/h，从路基两侧向路中间推进，压路机碾压轮重叠不少于40～50cm。经压实度检验后的压实层在下一层填筑前，应采用羊足碾振压一遍，形成凹凸面，以保证上下层间的联结。
红砂岩路堤压实质量控制主要从以下几个方面进行，以松铺碾压层厚h 控制、以各碾压层中允许采用的最大粒径d 控制、以碾压时填料含水量W 控制、以压实度K 控制和以碾压机械及碾压遍数控制。路基压实质量采用压实度检测与压实沉降差法检测。
为缩短沉降周期，在下列情况下应采用强夯处理，以控制不均匀沉降。上、下路堤顶面填土厚度超过10m的路堤，每4m 强夯一次；半填半挖路段的路基；每4m 强夯一次。
红砂岩路堤碾压时应在最佳含水量时进行。表面水分蒸发时应补充洒水后再行压实。按先轻后重，由两侧到中央的顺序进行压实。在路堤碾压后进行密实度检测，仍以压实度控制路堤施工质量。
禁止使用生石灰块。在红砂岩路堤范围内若有大片低洼積水地段根据积水深和水下淤泥层厚度，采用排水疏干，挖除淤泥，抛填片石或砂砾石等处理措施。在低洼地区挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或透水性材料。
5、常见病害及防治对策
1、红砂岩路基可能出现的稳定性病害主要表现：
① 当红砂岩路堤修筑于松软不均匀地基上时，因地基明显的不均匀沉降而失稳破坏。
② 按路基施工规范和设计要求施工的红砂岩路基一般不会发生整体滑动失稳现象，但当红砂岩路基填筑高度大于20m时，可能出现整体滑动失稳病害，这时应对红砂岩路基的整体稳定性进行验算。
2、红砂岩路基病害的防治对策
① 对于接近饱和的松软土地基，可采取预压排水、挤密加固或其他软基处理措施，并
分析地基在设计路堤荷载作用下的沉降量，确保工后沉降不超过允许值；当松软土厚度不大时（一般以3米为界限），可采取挖土换填措施。
②对于非饱和的松散土地基，当厚度不大时，可采用重型压路机压实处理措施，若厚度较大时，可采取强夯加固措施。
③在高填方路段，要对地基的承载力和沉降量进行验算分析，必要时采取加固措施。
④对于低洼易积水地段，在地基一定厚度范围内要采用水稳定性良好的填料填筑，清除积水，截断水源。
⑤对于路基两侧的高边坡，需要进行稳定性分析验算，一般要采取边坡防护和排水防治措施。
⑥对于远离构造物的局部路段，若路基沉陷是因雨水渗入路基表层土中导致的，要对沉陷部位开挖进行处理，若是因路基填土压实质量差所致，应考虑采用注浆或挤密处理措施。
⑦在红砂岩路基施工和营运期间，要加强排水和隔水措施，确保排水通道畅通，路基表面无积水。
6、结论
目前，红砂岩作为高等级公路路基工程填料，湖南地区尚处于初级阶段，仍无正式的施工规范及验收标准，一般施工仍须按照土石方施工规范进行，按质量检验标准进行检测验收。密切注意其水稳定性、遇水膨胀等特点，并对相应的岩类进行必要的工前处理及处理措施，通过桃龙大道的试验施工总结，掌握红砂岩的特性，使其得到更广泛的使用，技术更成熟及完善。
参考文献：
[1]李宏.红砂岩筑路材料的工程性质研究.云南交通与科技.2007；
[2]龚蓓.探讨高速公路红砂岩地带路基修筑技术.武汉.湖北科学技术.2008；
[3]张志敏.论红砂岩施工技术.山东青岛建筑与工程.2006年第12期；
[4]刘海峰.红砂岩的工程性质及填筑施工技术.保定.内蒙古公路与运输.2013年第1期；
[5]陈祥勇. 皖南山区红砂岩路基设计方法研究.合肥.安徽建筑.2014年第2期；
[6]DB36/ T-2013江西省地方标准《高速公路红砂岩路基施工技术规范》征求意见稿。