皖南山区红砂岩路基设计方法研究

陈祥勇 （安徽省高速公路控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前 言

红砂岩是一种因富含铁质氧化物而呈现红色、褐红色或者褐色的泥质或者砂质沉积岩类。红砂岩被挖掘或者爆破出来后，受大气环境或干湿循环作用，易崩解碎裂、颗粒软化，甚至泥化，从而降低强度，工程性质变差。己有的工程实践表明：红砂岩具有弱膨胀性和易崩解性，是一种不良的路基填料。

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。

对于不崩解性红砂岩，其力学性能及水稳性能与普通岩石差别不大，完全可以直接作为路基填料，其相关设计可依据《公路路基设计规范》中一般填石路堤进行设计。而对于崩解性红砂岩，鉴于它的上述工程特性和典型病害分析，采用红砂岩作为路基填料的相关设计在原有规范要求的基础上，需进行针对性设计，本文对此进行系统的研究。

1 红砂岩料源选取及设计参数

①设计红砂岩路堤应预先调查料源并作好必要的室内试验，掌握红砂岩材料的工程特性。试验方法按《公路土工试验规程》执行。

②为消除大粒径红砂岩的活性，应对粒径超过100cm的红砂岩进行崩解处理，一般将红砂岩曝露在自然情况下，8d~15d基本完成崩解；也可以人工解小后，采用大能量压实机械予以压实。

图1

③红砂岩使用前必须选择有代表性的试样进行击实试验，确定最大干密度和最佳含水量。试验方法按《公路土工试验规程》执行。

④应通过试验测定红砂岩的内摩擦角和粘结强度。试验方法按《公路土工试验规程》执行。

⑤红砂岩的渗透系数、压缩系数等参数宜通过试验确定。试验方法按《公路土工试验规程》执行。

2 红砂岩填料的设计要求和压实标准

①红砂岩具有膨胀性和易崩解，不宜作为路基填料，如作为路基填料，则应采取适当的措施保障路基填料的CBR和压实度达到表1所规定的指标要求，试验方法按《公路土工试验规程》执行。

②红砂岩填料路基须采用分层填筑，填料松铺厚度不宜大于40cm，填料的最大粒径也应小于20cm。

3 红岩填料路基设计

3.1 红砂岩填料的路堤断面设计

3.1.1 路堤断面形式

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：

①直线型，一坡到顶的直线型边坡比较适用于红砂岩填筑的低路堤；

②折线型，大多在填土较高的路段采用，可分为二级或三级折线坡，上陡下缓，但必须保证整体稳定性要求；

③平台式，与路堑边坡平台断面相似，普遍适用于高路堤边坡。当填土高度大于10m时，应设置平台，平台宽度应能保证上一级边坡及路堤整体稳定，一般不宜小于2.0m。

3.1.2 路堤设计形式

红砂岩路堤应采用外包式路堤设计形式，如图1所示，以确保路堤的长期稳定性。具体为在堤心部位采用红砂岩填料，外包层采用填筑塑指>8的中性粘性土作为隔水封闭层的措施，顶面厚度应大于0.3m，侧面应大于1m。

路床土最小强度和压实度要求 表1

红砂岩路堤边坡设计参考值 表2

红砂岩路堤底部应离开地下水位或地表长期积水位500mm以上，否则应设置隔离层。隔离层厚度不宜小于300mm，隔离层横坡不宜小于3%。

路面采用不透水面层，减低地表水经面层下渗。路基横坡应采用4%坡度，能够快速疏干路面积水，减小下渗量。

在相关资料缺乏的情况下，红砂岩路堤边坡设计可参考表2设计。

3.2 红砂岩填料的路堤边坡防护设计

①为了提高路堤边坡的稳定性，阻隔地表水下渗，在红砂岩填方段设立了混凝土拱型骨架护坡，骨架中设置了积水沟，减少坡面冲刷，并拟在框格中植草，防止冲刷。具体设计依据《公路路基设计规范》中5.2.2条。

②红砂岩路堤的挡墙结构，应按《公路路基设计规范》中5.4条进行设计，并在墙体泄水孔进水口处设置反滤层。

③对于高度在5.0m以上的路堤，应验算路堤自身的稳定性，其抗滑安全系数应满足《公路路基设计规范》中表3.6.8规定。在其参数选取方面，应予以考虑红砂岩材料的劣化对参数的影响，建议填方高度不超过20m。

3.3 红砂岩填料的路堤的排水设计

①公路路堤排水设计应防、排、疏结合，并与路面排水、路基防护、地基处理以及特殊路基地区（段）的其它处治措施等相互协调，形成完善的排水系统，融入当地的排灌系统和自然水系。

②边沟设置在山坡路堤的上方一侧，或者平坦地段矮路堤的两侧，用以汇集并排除降落在路面和路肩表面、流向路堤坡脚的地面水，以减轻对路面和路基的浸湿程度。红砂岩路堤边沟断面可适度增深增宽，加速公路区域地表水的排泄，减轻地表水下渗对填筑层的影响。

③加大坡面排水力度，一般在混凝土拱型骨架护坡的骨架中设置积水沟，快速疏散坡面积水，减小下渗。

④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。截水沟的横断面形式为梯形。沟的边坡坡度一般为1∶1~1∶1.5。沟底宽度不小于0.5m，沟深按设计流量经计算而定，不小于0.5m。截水沟长度不宜超过500m。截水沟沟底应具有0.5%以上的纵坡，当条件容许时，纵坡应适当加大，沟底与沟壁要求平整密实，不滞流，不渗水，必要时予以加固和铺砌。

⑤排水沟主要用于排除来自边沟、截水沟或其他水源汇集的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点，如附近的桥涵、河谷或远离路基的低洼地。排水沟的横断面形式一般采用梯形，尺寸大小应经水利水文计算而定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，由于流量较小，不需特殊计算，但底宽与深度均应不小于0.5m，土沟的坡度可取1∶1~1∶1.5。

⑥其它未及的排水设计，可依据《公路路基设计规范》第四部分内容进行排水设计。

4 小 结

红砂岩区域的高速公路建设，利用开挖形成的红砂岩作为填方材料修筑填方路基既节约了工程造价，又减轻了弃土对环境的影响。但红砂岩具有膨胀性及易崩解性的工程特性，作为路堤工程填料，必须进行针对性的设计。本文在充分认识红砂岩的工程特性的基础上，延伸《公路路基设计规范》以适用于红砂岩填料路基的设计，具体而言，在红砂岩填方路基设计方法方面：采用增大横坡坡度和坡面积水措施、加速疏导地表水快速排泄；采用路基外层包边和降低松铺厚度和最大粒径、加大压实能量增加密实度，降低渗透性，减小地表水的入渗；从疏、堵两个角度确保了红砂岩填料处于相对封闭状态，抑制了红砂岩填料的劣化，残余水活性无法发挥，确保路基填料达到规范要求且长期稳定性得到保障。

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