內容摘要：由于近幾年交通事業的迅猛發展，原有的國道及省道等構成的公路網已不能滿足公路運輸業的要求，各省區高速公路的大量修建已成為必然。在我國南部省區存在大量紅砂巖，由于其材料本身的特殊性，以往從未在高等級公路中應用過，只是少量用在低等級公路中作為路基填料，且出現了大量的質量問題。大量紅砂巖路塹挖方的去向問題同樣擺在湖南是省高速公路建設者面前，如果作為棄方不用，每條高速公路都將產生近千萬的棄方，增加幾億元的投資，棄方還將占用大量土地，帶來水土保持等問題。如何解決紅砂巖施工成為困擾各方面的重要問題。交通部為此專門成立了課題組，研究紅砂巖施工中存在的問題、解決方法及預防措施。本文為作者在研究成果的基礎上，結合衡棗高速公路紅砂巖施工中經驗，從幾個方面論述了紅砂巖的成因、主要的化學成分，化學性質及物理性質，紅砂巖的分類及其特點。文中詳細指出了紅砂巖作為一種建筑材料，在高速公路建設方面的路用性質，即具有極強的風化崩解性、遇水軟化的性能，其作為路基材料在填筑、爆破、防護施工應注意的各事項，容易發生的病害以及預防處理的措施等。

關鍵詞：紅砂巖 施工 質量控制

一、概述

衡陽至棗木鋪高速公路屬國家規劃的衡陽至昆明322國道主干線的一段，也是湖南省東西方向公路運輸的大通道，該項目的建設對改善湖南省交通等級結構，完善公路網規劃，促進區域經濟的發展將會發揮重要的作用。本合同段路線所經地區主要為剝蝕丘陵地貌，相對高差大,地層表面覆蓋層為高、低液限粘土、粉土及砂礫石，下面全部為紅砂巖。

以往應用紅砂巖作為路基材料施工，因缺乏系統、成熟的施工技術，只是用于二級以下公路，且出現了大量的病害。較衡棗高速公路提前開工的湘耒、耒宜、臨長等高速公路也都遇到了大量的紅砂巖路段，其中湘耒高速公路作為京珠高速公路的一部分，全長169公里，有68公里紅砂巖地帶，1000多萬方紅砂巖，若將施工中沿線開挖的紅砂巖棄置不用，而遠運其他材料填筑路基，則造價昂貴，棄土和借土場難尋，并可能造成環境污染；雨季增加建設費用4億元。紅砂巖不僅在湖南省分布廣泛，而且在鄰近省份也有一定的分布，這就需要有一個徹底的解決措施，交通部為此成立了專門的課題組，研究解決紅砂巖施工中遇到的各種問題。

衡棗與湘耒高速公路情況類似，全長186公里，全線一半以上地帶存在紅砂巖施工，因此，我們在湘耒高速公路紅砂巖課題研究的基礎上，進行的紅砂巖路基施工。

二、紅砂巖的基本特性

南部省區廣泛存在的泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖、砂巖及頁巖等沉積巖類的巖石，因含有豐富的氧化物呈紅色、深紅色或褐色，這類巖石統稱為紅砂巖。

紅砂巖主要呈粒狀碎屑結構和泥狀膠結結構兩種典型結構形式，因膠結物質和風化程度的差異，其強度的變化大。多數紅砂巖在挖掘或爆破出來后，受大氣環境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其巖塊的大小及顆粒級配將隨干濕循環的時間過程而變化，其物理力學性質也將產生變化。

1、紅砂巖分類

紅砂巖按強度和崩解特性劃分為如下三種類型：

（1）一類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強度小于15Mpa，在105℃溫度下烘干后浸水24小時內，呈現渣狀、泥狀或粒狀崩解；

（2）二類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃溫度下烘干后浸水24小時內，呈塊狀崩解；

（3）三類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強度大于15Mpa，不崩解，特性與普通砂巖無區別。

2、紅砂巖的天然結構特征及其礦物成分和化學成分

根據對衡棗路巖石樣品的鑒定結果，紅砂巖的天然結構主要有粒狀碎屑結構和泥狀結構兩種，按巖石學劃分，可將紅砂巖分為兩大類：一類為碎屑巖類，包括泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥質細砂巖、粉砂巖、砂巖和礫巖等；另一類為粘土巖類，包括泥巖、頁巖、砂質泥巖及砂質頁巖等。紅砂巖中，含鐵氧化物大多以浸染物形式出現，碎屑顆粒間主要有孔隙式膠結、基底式膠結以及鐵質碳酸鹽膠結等形式。由于鐵質在多數巖石中不是以膠結物的形式存在，故主要影響巖石的外觀狀態，對巖石的工程性質沒有明顯的影響。

粒狀碎屑巖類中粘土礦物的含量一般約5%～10%，這種紅砂巖雖然因膠結形式和粘土礦物含量的差異，其工程性質有一定的變化，但多數與普通風化巖類相差不大，其工程性質與風化程度有關。

泥狀結構粘土巖類中，粘土礦物的含量一般約15%～50%，其中伊利石含量為5%～30%，蒙脫石含量為3%～10%，。這種類型巖石的水穩定性差，極易崩解軟化，其工程性質主要由粘土礦物的含量，尤其是親水性強的蒙脫石和伊利石的含量決定。當粘土礦物中蒙脫石和伊利石的含量較高時，該類巖土的工程性質極差，非常容易產生路基病害。

紅砂巖的主要化學成分為9種，其中SiO2的含量占主要部分，其次有Al2O3、CaO、Fe2O3等，其余5種化學成分均不超過4%，兩種典型紅砂巖的主要化學成分比例如下表：

兩種典型紅砂巖的主要化學成分比例（%）

結構特征 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3

粒狀碎屑結構 46.53～75.12 11.43～16.44 0.11～16.7 2.86～6.88

泥狀結構 23.24～64.28 8.0～20.78 0.09～31.89 2.2～10.65

3、紅砂巖的崩解特性及顆粒級配

泥狀結構的粘土巖類紅砂巖一般易崩解軟化，隨干濕循環軟化時間增加，顆粒不斷碎化，最后呈渣狀或泥狀，其顆粒級配也在變化。試驗表明，隨著暴露時間和干濕循環次數增加，巖塊不斷崩解碎化，經過50～60天（干濕循環為8次）變化即可達到穩定狀態，紅砂巖經過一定時間后不再崩解變化。

粒狀碎屑結構的紅砂巖一般呈塊狀崩解，崩解后的塊狀顆粒基本穩定或碎化速度非常緩慢，粒徑小于0.5mm的顆粒極少。

4、紅砂巖的物理性質和狀態指標

（1）各類紅砂巖物理性質指標的試驗（平均）數據

巖類 一類巖 二類巖 三類巖

天然密度（g/cm3） 2.46 2.38 2.5

天然含水量（%） 7.87 5.1 0.8

土粒密度（g/cm3） 2.75 2.72 2.76

天然干密度（g/cm3） 2.28 2.26 2.48

孔隙比 0.204 0.200 0.113

最大干密度（g/cm3） 2.00～2.09 2.06～2.15

最佳含水量（%） 8.35～11.6 8.69～9.60

孔隙率 0.169 0.166 0.101

飽和度（%） 98.45 72.85 19.6

（2）各類紅砂巖塑限和液限含水量的試驗平均值

測試項目 塑限含水量（%） 液限含水量（%） 塑性指數

一類巖 21.0 33.0 12.0

二類巖 19.0 30.55 11.55

（3）各類紅砂巖漲縮性和吸水性指標的試驗平均值

測試項目 自由膨脹率（%） 擊實樣體縮率（%） 干燥飽和吸水率（%）

一類巖 41.3 7.45 20.23

二類巖 17.75 4.84 13.12

三類巖 2.85

根據試驗結果，按照《公路路基設計規范》（JTJ013—95）評判指標，一類巖屬于弱膨脹巖。

5、紅砂巖的力學性質

（1）各類紅砂巖擊實試件的抗剪強度指標和滲透性指標

測試項目 內摩擦角(度) 凝聚力(KPa) 滲透系數(cm/s) 天然巖塊抗壓強度(MPa)

一類巖 27°12′ 105.4 4.17×10-7 4.43

二類巖 26°50′ 75.37 4.17×10-7 6.9

三類巖 23°16′ 92.8 4.17×10-7

通過現場試驗表明，紅砂巖壓實后透水性很差，對于壓實度達到重型擊實標準90%以上的紅砂巖，表面積水一般難以下滲，僅對表層土體的含水量產生影響，二類紅砂巖壓實體的防滲性能不低于粘土。對于水穩定性差的一類紅砂巖，在路基表面及兩側采取一定的隔水措施很有必要，可以防止表層一定厚度的紅砂巖浸水后軟化，強度降低，以及產生膨脹變形。

（2）對紅砂巖進行了室內CBR試驗，其中一、二紅砂巖各類巖取16組數據的平均值。按標準重型擊實（98擊）、50擊和30擊分別浸水試驗，可以看出98擊一類巖和30擊二類巖隨浸水時間的增加，CBR有所降低；而50擊和98擊二類巖的CBR隨浸水時間的增加無明顯的變化。根據測試結果可知，呈塊狀崩解的二類巖水穩定性較好，而一類巖的水穩定性很差，若受水的長期浸泡，其強度變得很低。

各類紅砂巖試件室內CBR值隨浸水時間變化的試驗結果

試件浸水時間（天） 1 2 3 4 7 28

一類巖（98擊） 9.0 9.85 8.2 7.74 8.8 6.95

二類巖（98擊） 56.4 53.4 60.3 53.8 50.0 72.0

二類巖（30擊） 21.8 17.3 16.9 19.1 13.3 14.5

二類巖（50擊） 34.4 28.3 29.5 30.5 26.8 32.3

三、紅砂巖路基材料的選用及工前處理

1、紅砂巖的基本性質

紅砂巖基本性質的試驗結果表明，具有塊狀崩解的二類紅砂巖水穩定性好，其強度隨時間變化小，路用性能較好；一類紅砂巖的水穩定性差，強度受干濕循環的作用變化較大，但壓實后透水性很小，因此穩定性大為提高，仍可用做路基填料。

2、根據現場施工控制過程，一類和二類紅砂巖爆破開挖后，可以直接運至工地進行耙壓和碾壓施工，但施工費時，運輸困難，對施工機械要求高，適用于場地狹小地段。若工期和施工條件允許，最好將剛爆破出來的紅砂巖，在料場就地進行工前崩解處理。

3、對紅砂巖工前處理的方法為，將剛爆破出來的紅砂巖裸露于大氣陽光和雨中，放置一定時間，任其自然崩解破碎；當晴天氣溫較高時，每天灑水，一般在8～20天即可達到預崩解的目的。

四、紅砂巖路基填筑施工

1、機械設備配備

序號 機械設備名稱 規格型號

1 平地機 PYl80

2 振動壓路機 YZl8B

3 羊角碾 YZTK18

4 灑水車 8t

5 推土機 D85

6 挖掘機 1m3

2、紅砂巖路基填筑施工工藝

（1）填前碾壓

路堤填筑前，要進行填前碾壓，即改造地形、清除表土及地面附著物，并將原地面碾壓至要求的密實度。

（2）布料

上料前必須在邊線位置處采用花桿掛線，要求花桿長度為2米，紅白相間格長40cm，縱向間距為20米。首先在路基兩側坡腳線內用粘土包邊，以防雨水對己成形紅砂巖的侵蝕及沖刷。粘土寬度為2米，作成向內的橫坡度，以保證邊線處粘土得到充分壓實。填筑時現場有應安排好運輸路線，料廠預崩解處理的紅砂巖填料運到填方段后，專人指揮卸料，每方格網內卸一車，用推土機粗平，嚴格按照花桿刻度控制松鋪厚度。根據填筑厚度及作業面積，計算上料數量，用自卸車將填筑料按方格網均勻堆放在路基上，控制每車料的數量盡可能相等。施工中避免將不同類型的紅砂巖同層填筑，對于填料中少量的大塊硬質巖，應剔除或破碎，以確保路基壓實的均勻性。

（3）耙壓、整平

經過預崩解處理的紅砂巖填料運到填方段后，卸料后采用220馬力以上的三齒推土機、勾松，“耙壓”遍數應不少于三遍，未經料場崩解處理的紅砂巖至填方路段后，相應的“耙壓”遍數應增加一倍。

（4）碾壓

推土機耙壓后，90區采用50t以上羊角碾振壓3～5遍，行駛速度控制在2～3km／h；93區采用50t以上羊碾振壓3～5遍，行駛速度控制在2～3km／h，基本可以保證巖石粒徑控制在25cm以內。施工中嚴格控制最大粒徑和每層松鋪厚度，經耙壓后的填料最大粒徑不得大于25厘米，每層松鋪厚度不大于40厘米。平地機的整平方法是由兩側開始向路中推進，如此往返三次，一般就可達到規定的粒徑要求。

平地機精平后，用YZl8B以上振動壓路機強振碾壓3遍，行駛速度控制在3～4km／h；最后用YZl8B振動壓路機碾壓4遍，行駛速度控制在3～4km／h。壓實時的操作要求，從兩側路基邊沿向路中推進；壓路機碾壓輪重疊不小于40～50cm。

整平后的路堤適當灑水使石塊之間有一層潤滑，易于碾壓時石塊移動、嵌瑣，振動碾壓以拖式50噸或擊振力50t以上自行式重型壓路機為佳，尤其在大面積填方作業中，其優點更為突出。

壓路機的碾壓速度對路堤的壓實有顯著的影響，當鋪層厚度不變時，傳遞至填方的能量與下列因素成比例；碾壓遍數/壓路機速度，壓路機的速度有一個最佳值，一般在3～6km/h之間，但在下列情況下建議采用偏低值3～4km/h。（1）需要高密度（2）難于壓實的材料（3）鋪層較厚。

（5）含水量控制

在碾壓前要檢測含水量，紅砂巖填料在碾壓前含水量應控制在最佳含水量±1％范圍。對完成路段采用灌砂法進行壓實度檢測，含水量用灑精燃燒法或烘干法測試。施工中路拱橫坡采用4％。遇雨或雨后，施工表面不干時，不得開放交通，雨后進行施工，下層填方須重新壓實，符合要求，方可施工。在下一層填筑前，將己完工的路基用羊角碾重新振壓一遍，形成凹凸面，以保證上下層面間的聯結。

（6）壓實質量控制

紅砂巖路基壓實度試驗檢測比較困難，考慮到施工中的技術要求及實際情況，我們采用了壓實度試驗與外觀檢查對比的方法，同時采用壓實沉降差作為參考值：

①灌砂法檢測壓實度時如遇到大石塊，則此試驗點位棄置不用，重新選點試驗。

②外觀檢查：要求表面平整密實，無空隙、松石、坑洼及大的石塊存在，50t以上壓路機振壓后無明顯輪跡。

③壓實沉降差法：在路基上用隨機取樣的方法布設觀測點，測其高程，然后再用拖式50t壓路機加振一遍觀測其高程計算出沉降量。

施工中采用壓實沉降差進行壓實檢測，首先在壓實后的填石路堤縱向布點，點位間距離8m左右，橫向間距視現場情況而定，應避免在突出的大石上和壓路機不能到的地方布點。在布好的點位上用油漆做醒目的標記，用水準儀測量測點高程，測量時為了減少誤差，準備一塊20×20cm的鋼質墊塊，墊塊中央有一個半球形突出點，在測量時，將墊塊放置在測點上，水準尺放在墊塊突出點上進行測量。然后用擊振力50噸振動壓路機作碾壓檢測（碾壓參數：車速2.0～4.0km/h，頻率30Hz）。然后用水準儀檢測各測點高程，各測點在碾壓前后的高差就是測點的壓實沉降差。壓實沉降差單點值應小于5mm，檢測頻率為每2000m2 檢測12點。在壓實面積不足200m2時，至少檢測4點。

（7）紅砂巖路塹上路床0-30厘米范圍內換填適宜填料時不能用紅砂巖，其路床底部30-80厘米必須為新鮮巖面，且0-30厘米范圍內使用CBR值不小于8％密實性好的路基填料封面，以避免大氣雨水對紅砂巖的侵蝕，降低基底的承載力。

五、紅砂巖爆破施工

1、爆破方式選取的原則

在紅砂巖路基石方爆破施工中，要根據地形和地質上的客觀條件，充分利用各種爆破方法的特性，因地制宜的選用爆破方法，有計劃的進行土石方爆破。各種爆破選取的原則如下：

①首先根據石方集中的程度來考慮爆破方法，其次根據地形的變化，路基設計橫斷面的形狀以及地質條件所能允許的爆破規模，進行全面規劃，從石方集中的地方開始選炮位做爆破準備。

②充分利用巖石的崩塌作用，從路基面開挖創造階梯。

③綜合利用小炮群，分段分批爆破。

④由于紅砂巖為軟巖石路基材料，考慮到工程地質和水文地質情況，在開挖中，以小型松動爆破為主。對石質挖方邊坡采用小炮爆破，對風化嚴重節理發育的巖層宜采用小炮微差爆破。

2、爆破技術方案

鉆孔工作是鑿巖爆破中主要工序之一，在整個爆破過程中所占的時間比例最大，為提高鉆孔的效率，必須采用外徑80～120mm的潛孔鉆機。適用于巖石節理不發達的巖層，提高了鑿巖效率。

石方爆破的關鍵就是保證出渣的片石小于25×25cm，用作填料的一、二類紅砂巖爆破宜采用小型及松動爆破，炮眼孔距與深度可通過爆破試驗確定，一般孔距與孔深不宜大于2米，不作填料的不受限制。起爆破器材采用毫秒微差電雷管導爆索起爆系統，每立方米的炸藥用量0.40～0.50kg/m3。

爆破方法可采用松動爆破、微差爆破和光面爆破和預裂爆破等幾種類型。

松動爆破主要是為了運用爆炸將巖石破碎分解，以便以后順利進行石方路塹開挖。

微差爆破是指兩相鄰藥包或前后排藥包以毫秒時間間隔依次起爆。優點是當裝藥量相等時，可減震1/3～1/2，前發藥包為后發藥包開創了臨界面，加強了巖石破碎效果，降低多排孔一次爆破的堆積高度，有利于清渣。由于依次爆破，減少巖石夾制力，可節省炸藥20%。

預裂爆破是在開挖限界處按適當間隔排列炮孔，在沒有側向臨空面和最小抵抗線的情況下，用控制藥量的方法，預先炸出一條裂縫，使擬爆體和山體分開，作為隔震減震帶，起保護和減弱開挖限界以外山體的地震破壞作用。

光面爆破是在開挖界限的周邊，適當排列一定間隔的炮孔，在有側向臨空面的情況下用控制抵抗線和藥量的方法進行爆破，使之形成一個光滑平整的邊坡。

3、施工工藝

根據斷面高度和超深確定鉆孔深度。一次鉆好豎、斜向孔，分兩次引爆，即路塹爆破和光面爆破。路塹爆破后不必清渣，馬上就進行光面爆破，這樣，就可以用推土機配合裝載機和自卸卡車進行石方施工：或者用挖掘機配合自卸車進行清渣。

1）恢復路基中線，放出邊線，釘牢邊樁。

2）根據地形，地質及挖深選擇適宜的開挖爆破方法，制訂爆破方案，作出爆破施工組織設計，報有關部門審批。

3）用推土機整修施工便道，清理表層覆蓋土及危石。

4）在地面上準確放出炮眼（井）位置，豎立標牌，標明孔井號，深度，裝藥量。

5）用推土機配合爆破，創造臨空面，使最小抵抗線方向面向回填方向。

6）炮眼按其深度，采用手風鉆或潛孔鉆鉆孔，炮眼布置在整體爆破時采用“梅花型”或“方格型”。

7）爆破施工要嚴格控制飛石距離，采取切實可行的措施，確保人員和建筑物的安全。

8）為確保邊坡爆破質量，采用預裂爆破技術，光面爆破技術和排眼毫秒爆破技術，同時配合選擇合理的爆破參數，減少沖擊波影響，降低石料大塊率，以減少二次破碎，利于裝運和填方。

9）裝藥前要布好警戒，選擇好通行道路，認真檢查炮孔，吹凈殘渣，排除積水，做好爆破器材的防水保護工作，雨季或有地下水時，可考慮采用乳化防水炸藥。

10）裝藥分單層、分層裝藥。 光眼裝藥后用木桿搗實，填塞粘土，填塞時要注意保護起爆線路。

11）認真設計，嚴密布設起爆網絡，防止發生短路及二響重疊現象。

12）順利起爆，并清除邊坡危石后，用推土機清出道路，用推土機縱向出土填方，運距較遠時，用挖掘機械裝土，自卸汽車運輸。

13）隨時注意控制開挖斷面，切勿超爆，適時清理整修邊坡和暴露的孤石。

六、紅砂巖邊坡防護

紅砂巖是具有特殊工程性質的地層，它主要為白堊系、第三系的內陸河湖相碎屑巖建造，紅砂巖巖體層理節理及裂隙發育，受濕度、溫度影響，特別容易風化、崩解，長期強度低。因此，紅砂巖路塹邊坡的病害較多。如對新修的衡泉公路邊坡進行調查，80個邊坡有12個邊坡發生不同程度的破壞。新修建的湘耒高速公路剛開始通車，就由于邊坡的滑坍，造成單向阻斷達一月時間來進行搶修。邊坡破壞，輕則影響交通，重則造成人員傷亡，因此，對紅砂巖路塹邊坡破壞機理進行分析，對確保行車安全和進行有計劃的施工整治具有重要意義。

（1）、紅砂巖的工程地質特征

由于紅砂巖為沉積巖，巖層層間錯動而形成的的層間剪切帶和沿軟弱夾層與相鄰硬層的界面常出現泥化夾層(軟弱夾層)。紅砂巖的工程地質特征為：①不均勻性，紅砂巖體在分布上有明顯的不均勻性。②具有軟硬相間、交互成層的多元層狀結構。③傾角較緩、褶皺舒緩，密度小而貫通長度大，邊坡巖體破碎、透水性強。

（2）、紅砂巖的工程性質

1）風化崩解性

紅砂巖巖石成巖程度差．巖質較弱．抗風化能力差，崩解性強，邊坡巖體的風化深度較大，特別是紫紅色泥巖和粉砂巖互層，邊坡風化更為強烈，深度可達10m以上。紅砂巖的風化是由溫度與水的共同交互作用的結果。其風化特征是由外營力(溫度、雨水牛)的特征、作用方式、強度及巖體物質組成、受構造影響程度決定的。岡此，其風化性能差異較大，砂巖的抗風化性能好，抗壓強度高。

2）邊坡巖體結構

白堊系巖石形成后，都經歷過喜馬拉雅構造運動，水平巖層在彎曲和傾斜過程中，都發生過層間錯動，層間軟弱夾層在剪切力作用下，形成層間剪切，夾層原來的結構遭到破壞，裂隙明顯增多，透水性增強，在長期雨水和風化作用下，層問剪切帶逐漸被泥化，使其強度大大降低。

紅砂巖巖層層面傾角較平緩，巖間裂隙發育，通常還有兩組或以上的構造節理，且節理面多已張開，路塹邊坡巖體破碎，常有脫空現象，說明巖體還有不同程度的松動，降雨可直接滲入邊坡巖體。

（3）、紅砂巖邊坡破壞型式

紅砂巖邊坡作為巖石邊坡，其穩定性一方面受巖石結構面的控制，另一方面受巖石的風化和雨水滲透的影響，邊坡坡腳是風化最強烈的部位，因此，紅砂巖邊坡的破壞一方面是結構面引起的失穩破壞，另一方面是邊坡面的風化剝落。紅砂巖邊坡的破壞形式主要有：風化剝落、溜坍、崩落、楔體破壞和順層滑坡等。

1）風化剝落

紅砂巖邊坡風化剝落的主要形式有：碎粒狀伏剝落、碎片狀剝落、碎塊狀剝落和局部崩坍，雨水沖蝕容易形成沖溝。

2）碎粒狀剝落

泥質巖表而經受物理風化后形成大小約0.2—0.5cm近等軸狀小顆顆，在重力和雨水等作用下，堆積于坡腳或堅硬的砂巖形成的臺階上，這種類別的典型邊坡是由表面向里通常有三層結構，最表面一層是較軟的向土質化發展的0.2—0.5cm的小碎粒，在地形平坦時可以土壤化并生長草類植被，厚度從幾厘米到幾十厘米，多在陡坡面上，碎粒可在外力作用下堆落在坡腳或臺階上，與坡面巖石幾乎無連接力。碎粒層下面—般為一層直徑1—3cm，有—定硬度的小碎塊，在坡面上需稍微用力才能掰下米，其厚度約l—10cm，是邊坡表面的基本織成物質，進一步可風化成碎粒。邊坡防護施工時應清除干凈。小碎塊下面為基本完整的基巖，常被風化裂隙和構造裂隙切割而破碎，表面可形成球狀，有較長根系的植物能生長。碎粒狀撒落多分布住溫差不大，較濕潤的地區。

3）碎片狀剝落

泥巖表面經強烈日照和高溫差作用形成大小約0.1—lcm，厚約0.3—0.6cm的片狀小碎片，在重力、雨水等作用下堆積于坡腳，小碎片硬度接近原巖，邊緣鋒利扎手。這種邊坡風化的典型形式為兩層結構，表層為碎片，表層以下為風化基巖，風化裂隙密布，球狀風化不明顯，草類植被大都不能生長，有一些根系較粗長的荊灌生長。

4）碎塊狀剝落

處于風化頗重帶泥巖或粉質泥巖，受風化裂隙切割成2-3cm小碎塊，隨著風化裂隙的擴大和風化程度的加深，在外力作用下崩落，其崩落量不大，常在坡面局部產生。根系發達的植被可以生長，碎塊狀撒落最易發生在構造節理發育較密，溫差較高處。

5）局部崩坍

在砂巖含量較大，構造節理切割有利的坡面局部，可發育局部崩坍，崩坍體方量不大，約1—3方。除節理之外，風化裂隙起了極顯著作用，這與正常巖石邊坡的崩坍有較明顯的差別。

6）溜坍

溜坍病害常發生在：①位于凹形匯水的緩山坡地段，匯水面積較大；②松散的砂粘土夾碎石堆積較厚，通常在2—5m以上；③山坡表層不平整、排水不暢、植被局部破壞。當遇有長時間的大雨或暴雨時，就會暴發突然的溜坍災害。

7)崩塌

當堅硬的厚層砂巖在上，較軟弱的泥巖和粉砂巖互展在下的地段，常有潛在崩坍落石點分布，另外，邊坡過陡、層理節理發育巖體，在雨水作用下易發生崩塌破壞。

8）楔體坡壞

楔體坡壞主要由構造結構面及層面的關系所控制，一種情況是沿構造結構面發生滑坡，常常是結構面有斷泥層，充填土時，更易形成滑動帶，出現楔體滑坡，如衡泉公路主線K9+200處滑坡，結構面有斷泥層，在雨水作用下發生滑動。另一種是沿構造面和層面的復合滑面發生的滑坡，滑面上部為構造面，下部為層面。

9）順層滑坡

紅砂巖山體呈單斜構造特點，自然坡度在25°左右，在構造作用下大多形成傾角為10°—25°的緩傾巖體。巖層傾向同坡向一致，而巖層傾角小于邊坡坡角時，就易產生順層滑坡，特別是紅砂巖為軟質巖與硬質巖交山互成層的多元結構巖體，當線路沿巖層走向開挖時，經常山現滑坡。

（4）、紅砂巖邊坡破壞機理分析

主要分析紅砂巖邊坡滑坡破壞的機理，它既有與其他同類型滑坡相類似的形成機理，如順層滑坡應滿足四個條件：

①邊坡角β＞巖層傾角α；②α＞φ；③巖石出露；④兩側面脫開

由于紅砂巖特殊的物性特點和結構構造特點，存在一些特殊的形成機理。

1）滑動面幾乎都沿軟弱的泥化夾層發生

紅砂巖體一般軟弱夾層的內磨擦角為19—30°，粘聚力C=O.04--0.09kg／cm2，而紅砂巖軟弱夾層由于泥化使抗滑阻力大幅度下降，其內摩擦角可以降低至8—11°，甚至于更低。因此，紅砂巖中的泥化夾層是紅砂巖體內最軹弱，延伸更長的可能滑動面，紅砂巖邊坡巖體的破壞主要沿軟弱的泥化夾層發生。

2）風化作用是滑面抗剪強度衰減的重要原因

紅砂巖由于膠結物以粘土礦物為主，巖體暴露后迅速風化，遇水后軟化，其巖體強度迅速降低，層間的粘結力和摩擦力皆相應降低，從而抗剪力也降低。紅砂巖邊坡巖體強烈風化的深度較大，可達l0m以上，而且構造節理多已張開，泥化夾層發育，長期大雨時，滲入邊坡的雨水，多沿泥化夾層從邊坡上滲出。

據調查，巖層傾角大于15°的地點，基本上開挖暴露后會失穩下滑。有不少地點是在暴露數年后，由于巖體風化層強度降低，在雨季受到裂隙水壓力的影響而觸發了變形。岡此，紅砂巖的滑動面，在高溫陽光及雨水等作用下經反復多次干濕和脹縮過外，泥化夾層的強度會逐漸衰減，當達到一定值時，即會產生滑坡，邊坡開挖暴露時間越長，路塹邊坡穩定性越差，及時支擋、防護是至關重要的。

3）雨水是紅砂巖滑坡的重要因素

紅砂巖邊坡滑坡大都發生在雨季，滑坡的產生，與當地的地形地貌、地層巖性及構造條件密切相關，也與當地當年的降雨量和降雨強度有重要的關系，前者是滑坡形成的內因基礎，后者是觸發滑坡發生發展的直接外因條件。降雨造成紅砂巖邊坡滑坡的原因，歸納為①紅砂巖容易風化崩解，長時間大雨使滑面的抗剪強度降低。②孔隙水壓力的影響，紅砂巖層理，節理及裂隙發育，若巖塊被一個充滿水的裂縫切斷時，裂縫中的水壓力隨深度線性增加，其合力V沿滑面指向坡角方向，穩定系數為：

K=Cl+（Wcosα-U）tgφW×sina+V

從上式可以看出沿斜面下滑的致滑力增大了V，而抗滑磨阻力降低了Utgφ，二者作用使巖石邊坡穩定性減小。從動態方面考慮，孔隙水在邊坡巖體內分布滲流是非穩態的，邊坡由于孔隙水滲流而引起的位移隨著時間的增長而越來越大，當滲流達到最終穩定狀態位移才停止。若滲流在某一瞬態達到一個數值時，邊坡就可能產生滑坡破壞。

（5）、注意事項

1）紅砂巖不僅在湖南省存在，在我國南方也廣泛分布，隨著我國高速公路的大量修建，已經出現很多紅砂巖深切方邊坡。由于紅砂巖工程性質差，以前又無系統研究資料，出現過大量問題，因此，路塹邊坡應予足夠的重視。

2）由于紅砂巖易風化崩解，邊坡風化剝落破壞的主要環境因素是夏季高溫的暴曬與突發性降雨的冷卻。閃此，紅砂巖邊坡外挖后應及時防護并做好排水工程，適宜采用全封閉式防護。坡腳是風化最強烈的部位，一般宜做坡腳矮墻。

3）由于紅砂巖巖性軟弱，泥質含量高，遇水軟化崩解，其順層地段應充分估計順層下滑的可能性，并據此進行重點加固，不適宜按一般軟弱巖層邊坡進行設計。紅砂巖順層滑坡的控制因素是軟弱夾層在層間剪切作用下形成的泥化帶，切層滑坡的控制因素是構造結構面。

4）紅砂巖切方地段，由于開挖后新鮮的紅砂巖路塹暴露空氣中，易風化剝落和節理發育產生崩塌，護坡可采用抹面、護面墻或掛網噴粉植草防護。紅砂巖同裂隙發育、雨水影響較大，邊坡設計不能按常規方法處理，需放緩至不小于1：1。

七、紅砂巖路基的穩定性及沉降分析

1、紅砂巖路基的穩定性包括強度穩定性、變形穩定性及水穩定性三個方面。路基穩定性地基穩定性和路堤穩定性兩個方面。

2、路基強度穩定性體現在地基是否可能因路堤填土荷載及車輛荷載過大而產生失穩滑移，路堤本身是否可能因邊坡設計不合理或填土強度隨時間降低而產生開裂滑塌。試驗結果表明，紅砂巖試件的抗剪強度與一般粘土接近，但紅砂巖的水穩定性差，易受積水浸泡的影響強度顯著降低，所以，對于填土高的紅砂巖路基應按飽水后的強度進行穩定性驗算。

3、路基的變形穩定性體現在地基及路堤的變形隨時間變化的特性。當路基的變形在鋪筑路面前基本完成，則對公路的使用不會造成影響。只要紅砂巖路基的壓實度達到技術要求，并保證路基不受外界積水作用，工后沉降會很小，試驗表明，填筑高度為6米時，路基一年的累計沉降量為3cm。

4、水穩定性是紅砂巖路基保持穩定的關鍵，一類紅砂巖的未壓實提水穩定性差，受積水長期浸泡后強度明顯降低，易使路基局部產生沉陷病害，必須注意采取隔水防滲措施。

5、對于填土高度小于6米的試驗路，橫向變形不超過2cm。

6、路基成型約三個月后，采用藍派壓路機（沖擊力300噸）沖壓，路基沉降量僅為2～3cm。

7、紅砂巖路基尤其是高填方路堤要有一年左右的施工期及充分的沉降期。

八、紅砂巖路基常見病害及防治對策

1、紅砂巖路基可能出現的穩定性病害主要表現：

①當紅砂巖路堤修筑于松軟不均勻地基上時，因地基產生明顯的不均勻沉降而失穩破壞。

②按路基施工規范和設計要求施工的紅砂巖路基一般不會發生整體滑動失穩現象，但當紅砂巖路基填筑高度大于20m時，可能出現整體滑動失穩病害，這時應對紅砂巖路基的整體穩定性進行驗算。

2、紅砂巖路基施工的特點在于，紅砂巖材料的水穩定性差，容易受外界積水和大氣環境干濕循環變化的影響，其顆粒有進一步崩解破碎和強度軟化的可能。施工不合理的紅砂巖路基可以產生沉陷，主要原因有以下幾個方面：

①紅砂巖路堤未按設計要求進行施工碾壓，填料壓實度達不到技術要求，或壓實不均勻，導致工后沉降。

②紅砂巖路堤下地基松軟，沉降明顯。對于紅砂巖路基，有可能產生浸水崩解軟化，在路堤荷載作用下下沉。

③與構造物相鄰地段路基采用紅砂巖填筑，由于對紅砂巖填料的壓實質量差，而構造物的沉降微小，導致產生明顯的不均勻沉降。

④紅砂巖路基局部未壓實或壓實后存在的顆粒過大（大于25cm），受到外滲積水浸濕軟化和進一步崩解，導致不均勻沉降。

⑤紅砂巖路肩及邊坡處碾壓不密實，受到雨水浸蝕和大氣環境干濕循環變化的影響，產生沉陷和路肩開裂。

⑥填挖結合段及陡坡路段用紅砂巖填筑路基時，結合界面處理不適當，填料壓實不均勻，導致局部沉陷。

⑦紅砂巖路基與其它填料接頭部位，由于壓實不均勻和排水措施不完善，導致不均勻沉陷。

3、紅砂巖路基病害的防治對策

①對于接近飽和的松軟土地基，可采取預壓排水、擠密加固或其他軟基處理措施，并分析地基在設計路堤荷載作用下的沉降量，確保工后沉降不超過允許值；當松軟土厚度不大時（一般以3米為界限），可采取挖土換填措施。

②對于非飽和的松散土地基，當厚度不大時，可采用重型壓路機壓實處理措施，若厚度較大時，可采取強夯加固措施。

③在高填方路段，要對地基的承載力和沉降量進行驗算分析，必要時采取加固措施。

④對于低洼易積水地段，在地基一定厚度范圍內要采用水穩定性良好的填料填筑，清除積水，截斷水源。

⑤對于路基兩側的高邊坡，需要進行穩定性分析驗算，一般要采取邊坡防護和排水防治措施。

⑥對于遠離構造物的局部路段，若路基沉陷是因雨水滲入路基表層土中導致的，要對沉陷部位開挖進行處理，若是因路基填土壓實質量差所致，應考慮采用注漿或擠密處理措施。

⑦在紅砂巖路基施工和營運期間，要加強排水和隔水措施，確保排水通道暢通，路基表面無積水。

九、紅砂巖路基驗收標準

對于采用紅砂巖材料填筑的路基，與一般路基填料的區別在于紅砂巖材料易浸水崩解，以及在大氣環境干濕循環作用下的強度穩定性差。如果能完全按照設計要求及本文中提到的施工及質量控制，仍可以按照國家公路行業標準進行評定與驗收。

十、結論

1、一類紅砂巖呈泥狀或渣狀崩解，水穩定性和強度穩定性較差，接近或屬于弱膨脹巖；二類紅砂巖呈塊狀崩解，水穩定性和強度穩定性較好，無明顯膨脹；三類紅砂巖強度高，不崩解。

2、一類和二類紅砂巖可以作為高速公路的90、93區填料，但必須保證在路面底基層與紅砂巖之間鋪筑不小于30cm優質粘土封層，路基兩側做1.5米寬的包邊土，每側路基施工加寬不小于50cm。

3、對于剛爆破出來的紅砂巖可直接運到填方路段填筑路基，也可先在料場進行預崩解破碎處理，然后運往施工現場。對運至現場施工的紅砂巖，要求必須配備D85以上推土機，50t以上的振動羊角碾和50t以上的振動壓路機進行壓碎處理，用平地機整形，路基橫坡保持在3%～4%，以利于排水。

4、紅砂巖路基填料的顆粒不均勻性，壓實度可應用灌砂法作為參考，用壓實沉降差和外觀檢查為主要檢查內容。

5、對于采用紅砂巖填筑高填方路段的情況，根據紅砂巖擊實試件的飽水抗剪強度驗算路堤的穩定性。

6、紅砂巖壓實體的透水性與粘土接近，雨水對紅砂巖的影響主要在表面一定厚度土層，并僅限于表層局部范圍內。