婁方德

摘要 某高速公路施工區(qū)域土石方主要為紅砂巖，開挖規(guī)模較大，施工時為有效降低對周邊自然環(huán)境的影響，決定利用路塹挖方進行路基回填施工，其經濟效益顯著。文章根據(jù)紅砂巖的基本特征并結合某高速公路實際施工案例，對高速公路工程中紅砂巖路基開挖技術進行了全方位研究，并對其質量、安全、進度以及造價等方面的綜合比選，確定了最佳施工方案，確保工程建設的順利完成，為后續(xù)同類工程施工提供了參考和借鑒。

關鍵詞 紅砂巖開挖;新設備;新工藝

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0098-03

0 引言

項目地處湘中南，地表覆蓋層為高、低液限粘土、粉土及砂礫，底下全部為紅砂巖。由于紅砂巖遇水崩解的特性，加之在湘中南降水比較豐富的地區(qū)施工，如何保證紅砂巖開挖的施工進度及開挖后邊坡的穩(wěn)定性成為本項目一大難題。文章在參考以往高速公路紅砂巖施工案例，結合該項目的實際情況，闡述了采用大型一體臂勾機開挖紅砂巖路基的施工工藝及影響。

1 紅砂巖的特性及其對施工的影響

紅砂巖也被稱作紅巖，廣泛分布于我國南部地區(qū)，主要存在于泥巖、含泥質砂巖以及頁巖等沉積巖體內。紅砂巖由于內部存在較多的鐵氧化物，因此呈現(xiàn)顏色為紅、深紅或褐色。其主要構造形態(tài)為粒狀破碎結構及泥狀膠凝結構，由于膠結物質及風化程度的不同，其實際強度存在較大差異。大部分紅砂巖長期暴露在空氣中會出現(xiàn)膨脹裂解現(xiàn)象，最終形成泥質狀態(tài)，其顆粒尺寸和顆粒級配會因暴露時間的延長而不斷改變，物理性能也隨之發(fā)生變化。

1.1 紅砂巖分類

紅砂巖根據(jù)強度及裂解形式可分成下列三種形式：

（1）一類紅砂巖巖體天然單軸抗壓強度不超過15 MPa，經105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解碎化成渣狀和泥狀。

（2）二類紅砂巖巖體天然單軸抗壓強度不超過15 MPa，部分稍高于15 MPa，經105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解碎化成塊狀。

（3）三類紅砂巖巖體天然單軸抗壓強度達到15 MPa，部分高于15 MPa，經105 ℃高溫處理并在水中浸泡24 h，逐步裂解成較大塊狀。

1.2 紅砂巖的結構特征和礦物成分

結合該高速公路施工地段巖石試樣的檢測結論，紅砂巖構造形態(tài)具體分為粒狀碎屑結構和泥狀結構兩類，而根據(jù)巖相學類別，又可將其進一步劃分為碎屑巖類和粘土巖類，前者主要由泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥質細砂巖、粉砂巖、砂巖等組成;而后者則主要分為泥巖、頁巖、砂質泥巖及砂質頁巖等。在紅砂巖內部的氧化物大部分呈侵染狀態(tài)，其碎屑顆粒之間產生多種形式的膠結。但由于鐵質在諸多巖體中是以游離形態(tài)存在，所以其主要決定巖體的外觀顏色，對巖性并不會產生影響。結合最新道路土工試驗標準，測得紅砂巖化學成分及物理力學特性，見表1～3。

1.3 紅砂巖的崩解特性及顆粒集配

泥狀結構的粘土巖類紅砂巖通常容易產生膨脹軟化現(xiàn)象，在干燥和潮濕環(huán)境的長期反復作用下，砂巖逐漸呈現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，最終形成泥狀結構，在一定程度上導致顆粒級配發(fā)生改變。試驗證明，在干濕循環(huán)作用的持續(xù)影響下，隨裸露時間的逐漸增加，巖塊逐步產生膨脹碎化，經過50～60天不斷變化逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，不再出現(xiàn)膨脹碎化。粒狀結構的紅砂巖通常碎裂成粒徑較小塊狀，碎裂后的小塊巖體總體處于穩(wěn)定形式或碎化極為緩慢，粒徑低于0.5 mm的塊體極少。

1.4 紅砂巖的物理性質和狀態(tài)指標

（1）紅砂巖的物理性質和狀態(tài)指標見表4～6。

（2）參照具體試驗數(shù)據(jù)指標，根據(jù)最新《公路路基設計規(guī)范》判定標準，一類巖為弱膨脹巖。紅砂巖各項力學指標如表7所示。

1.5 各種紅砂巖擊實試件抗剪強度及滲透性指標

經現(xiàn)場試驗充分證明，紅砂巖在充分壓實后滲透性能極差，當壓實度超過標準擊實90%狀態(tài)下的紅砂巖，其抗?jié)B性能較強，表面積水通常極難向下滲透，只對表層土體含水量產生影響，二類紅砂巖在壓實狀態(tài)下抗?jié)B能力明顯高于粘土。針對水穩(wěn)性能較低的一類紅砂巖，在進行開挖時，應提前在開挖區(qū)域端部位置做好防排水處理，以避免地表較淺部位的紅砂巖遇水軟化，導致硬度變小，甚至出現(xiàn)膨脹開裂。

2 紅砂巖路基開挖

2.1 施工工藝流程

紅砂巖路基施工工藝流程見圖1。

2.2 傳統(tǒng)爆破開挖模式

貴州省在多條高速公路建設中都有紅砂巖施工的成功經驗。以往紅砂巖的開挖多采用爆破的方式，隨著國家對民爆器材的管控越來越嚴，關于民爆器材的申領、保管、清點及退回，手續(xù)繁雜，安全風險大，大大增加了項目的管理成本;鉆孔施工時，帶來的揚塵嚴重影響了項目的文明施工形象及對周邊環(huán)境的破壞;爆破中必須精確控制炸藥藥量，偏少則需第二次鉆孔和爆破，影響工期。偏多則加大了對邊坡的擾動，也增加了紅砂巖裂隙的發(fā)展，雨后地表水的下滲容易引起邊坡的垮塌，增加了安全隱患，也增大了棄方量，不符合節(jié)約臨時用地的原則。

2.3 大型一體臂勾機開挖

為積極響應“管理創(chuàng)新、降本增效”攻堅戰(zhàn)的決策，優(yōu)化調整資源要素配置方式，降低項目成本，充分發(fā)揮施工隊伍在常規(guī)工程和常規(guī)設備方面的產能，與集團自有資源實現(xiàn)優(yōu)勢互補。項目對全線石方紅砂巖爆破采用規(guī)模租賃施工模式，將紅砂巖石方開挖施工任務的爆破工程改用大型機械（新型PC460、PC650一體臂鉤機）直接勾松，并輔助以小松300型鑿巖機解小后裝車運至填筑現(xiàn)場進行填方施工。新型PC460一體臂鉤機整機工作質量（kg）：46 000;額定功率（kW/rpm）：257/1 900;發(fā)動機型號：小松SAA6D125E-5。

結合紅砂巖性質，開挖時必須根據(jù)現(xiàn)場具體情況配置機械設備，并選取合理的開挖方式，確保邊坡施工的順利實施。為確保刷坡質量，在實際施工中可提前制作專用靠尺（見圖2），對刷坡質量進行檢查。實踐證明，采取簡易坡度尺對坡度質量進行全程把控，效果顯著。

2.4 方案對比

2.4.1 質量、安全、進度比較

根據(jù)設計圖紙及地質情況和認真調查，項目全線為Ⅰ至Ⅲ類紅砂巖。采用大型機械勾松，質量上較爆破挖方邊坡擾動少、平整美觀，減少虧坡現(xiàn)象，且可解小至最大直徑1 m內，利于填方堆碼法壓實質量及效率控制;安全上，減少了雷管炸藥管理及使用帶來的重大風險;進度上，原傳統(tǒng)爆破方式，遇到重大節(jié)假日，都會停止炸藥供應，且有協(xié)調困擾，影響施工進度，PC460效率100～150方/h（中風化）、PC650效率80～100方/h（弱風化），機械勾松可增配數(shù)量，且機械施工可以24 h作業(yè)，進度可控。

2.4.2 經濟比較

（1）價格的對比，節(jié)約成本（直接成本）：石方松動價格為6.02元/m3，裝運價格為8.115元/m3，合價14.135元/m3（不含稅），相較類似石方爆破挖運15元/m3（不含稅），節(jié)約直接成本200萬元。

（2）間接成本：采用傳統(tǒng)的爆破模式，項目部還應承擔炸藥庫建設費用及專人管理工作，費用預估不低于80萬元，爆破資質使用費用不低于60萬元，炮損帶來的賠償費用，不低于100萬元，節(jié)約間接成本約200萬元。

（3）稅費節(jié)約：可開具13%的設備租賃費專用發(fā)票，進項稅抵扣約100萬元。

3 結論

結合施工現(xiàn)場紅砂巖分層的地質情況，鉤機能通過裂縫將自重破挖優(yōu)勢發(fā)揮，但面對整塊微風化紅砂巖破挖效果不明顯，項目約有10余萬m3該類石方通過松動爆破挖除。采用大型一體臂勾機開挖紅砂巖路基，質量容易受控，施工過程安全性增強，能滿足工期要求，綜合經濟效益顯著。

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