按法国规范的泥灰岩鉴别及其在路基工程中应用.pdf

·建筑材料· 收稿日期：２０１６ ０３ ２８ 按法国规范的泥灰岩鉴别及其在 路基工程中应用 胥 侗 （中铁十九局集团国际建设分公司 北京 １００１７６） 摘 要 泥灰岩暴露在空气中易风化膨胀、遇水易软化，导致承载力和稳定性急剧下降，因此如果以泥灰岩作为路 基填料将存在较高的技术风险。本文参照法国规范ＧＴＲ 分类，通过室内实验鉴别，对泥灰岩的鉴定和工程特性进 行分析，阐述了泥灰岩作为填料的技术风险。并结合北非高速公路工程实际情况，探讨在可控条件下泥灰岩作为 路基填料的综合利用。 关键词 泥灰岩 路基填料 高速公路 中图分类号 Ｐ５８８．２；Ｕ４１６．１ 文献标识码 Ａ ＋Ｂ 文章编号 １００９ ４５３９ （２０１６）增１ ０４５９ ０２ Ｍａｒｌ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｆｒｅｎｃｈ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒｏａｄｂｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｘｕ Ｔｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １９ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ ＧｒｏｕｐＩ ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｍａｒｌ ｉｓ ｅａｓｉｌｙ ｓｈａｔｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｂｅｉｎｇ ｄｒｉｅｄ，ａｎｄ ｉｔ ｗｉｌｌ ｓｏｆｔｅｎ ｗｈｅｎ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｗａｔｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｔｈａｔ ｉｔｓ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｆａｌｌ ｓｈａｒｐｌｙ ｗｈｅｎ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ｓｏ ｉｔ ｅｘｉｓｔｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｉｓｋ ｏｆ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｒｌ ａｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｎｏｒｔｈ Ａｆｒｉｃａ ａｎｄ ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ＧＴＲ ｃａｔｅｇｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｎｃｈ ｓｔａｎｄａｒｄ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｒｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｔｉ ｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｒｌ ａｓ ｔｈｅ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍａｒｌ；ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｈｉｇｈｗａｙ １ 引言 泥灰岩是介于黏土岩与碳酸盐岩之间的过渡类 型沉积岩（见图１），由黏土和碳酸盐微粒组成，呈微 图１ 泥灰岩 粒状或泥状结构，常分布在石灰岩与黏土岩之间的过 渡地带，呈薄层状或透镜状夹于石灰岩和黏土岩层之 间［１］。北非马格里布地区，地表下伏基岩主要为白垩 系泥灰岩，其矿物成分 主要为碳酸盐类矿物， 约占３０％ ～７０％，黏土 类矿物常含有伊利石， 蒙脱石，决定了泥灰岩 遇水膨胀和崩解的特性。因此在工程应用中，应根据 泥灰岩特性，研究其可行性，并评估技术风险。 ２ 泥灰岩的工程分类和鉴定实验 ２．１ 泥灰岩的ＧＴＲ 分类 根据法国标准ＮＦ Ｐ１１ －３００ 《土方工程：公路 基础设施的填方和垫层施工可采用的材料类型》，Ｒ 类岩石的划分主要依据是：一是岩石的岩相学，二 是岩石的物理力学性能［２］。泥灰岩属于沉积岩，其 中含黏土矿物成分，因此划分为Ｒ３ 岩类［３］。ＧＴＲ 中 关于Ｒ３ 岩类的描述是：这类材料特性因含有黏土矿 物而具有膨胀的可能性，细粉，可塑性材料，以及对 水敏感性使其更易破碎，水和冰的物理作用也使其 结构易遭到破坏［４］。 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ４５９ ·建筑材料· ２．２ 泥灰岩的岩相鉴定 泥灰岩从岩类划分属于沉积岩，通常以灰、灰黑 色为主，节理、裂隙发育，节理以３ 组居多，节理面充 填黏土质薄膜。岩层以薄层为主，少数中厚层状，个 别段落为叶片状，呈现岩层面倾角分布较为均衡、高 角度节理的特点。现场观测可以从硬度为３，菱形解 理，浅色玻璃光泽，与冷稀ＨＣｌ 相遇产生剧烈气泡，予 以鉴定。因泥灰岩含有较高的黏土矿物成分（见表 １），他与黏土岩的区别是滴稀盐酸后产生气泡，与石 灰岩的区别是气泡处有暗色泥质物出现［５］。 表１ 泥灰岩的主要矿物成分％ 矿物成分方解石白云石石英黏土矿物其他 泥灰岩４６．７ １１．８ ４．２ ２０．０ １７．３ ２．３ 泥灰岩的力学性质鉴定 ２．３．１ 破碎系数ＦＲ 破碎系数是测定试样中Ｄ１０在破碎前后的减少量： ＦＲ ＝破碎前材料的Ｄ１０ 破碎后材料的Ｄ１０ ×１００％ 式中，Ｄ１０为过筛重量占１０％的粒径尺寸（ｍｍ）。 破碎系数是利用标准击实锤在ＣＢＲ 试模中击 打１００ 次，查看材料破碎前后级配曲线的变化来反 映其破碎性能，是泥灰岩进一步分类的重要参数。 ２．３．２ 降解系数ＤＧ 降解系数是测定试样在４ 次浸水－烘干循环后 Ｄ１０的减少量： ＤＧ＝ 材料第１ 次浸水－烘干之前的Ｄ１０ 材料经过第４ 次浸水－烘干之后的Ｄ１０ ×１００％ ２．３．３ 泥灰岩的详细分类 泥灰岩依据破碎系数ＦＲ、降解系数ＤＧ、天然含 水量Ｗｎ、最佳含水量Ｗｏｐｎ等参数，按照ＧＴＲ 分类可 进一步详细划分类别，见表２。 表２ 泥灰岩的ＧＴＲ 分类标准 参数分类代号 ＦＲ≤７ 且ＤＧ ＞２０ Ｒ３１ ＦＲ≤７ 且５ ＜ＤＧ≤２０ Ｒ３２ ＦＲ≤７ 且ＤＧ≤５ Ｒ３３ ＦＲ ＞７ 且Ｗｎ≥１．３Ｗｏｐｎ Ｒ３４ｔｈ ＦＲ ＞７ 且１．１Ｗｏｐｎ ≤Ｗｎ ＜１．３Ｗｏｐｎ Ｒ３４ｈ ＦＲ ＞７ 且０．９Ｗｏｐｎ ≤Ｗｎ ＜１．１Ｗｏｐｎ Ｒ３４ｍ ＦＲ ＞７ 且０．７Ｗｏｐｎ ≤Ｗｎ ＜０．９Ｗｏｐｎ Ｒ３４ｓ ＦＲ ＞７ 且Ｗｎ ＜０．７Ｗｏｐｎ Ｒ３４ｔｓ ３ 泥灰岩在公路路基中的应用 使用泥灰岩作为路基填料，必须要深入的研究 泥灰岩的特性，鉴别出泥灰岩的类别，通过实验分 析路基可能会遇到的危害和技术风险，采取必要的 处置措施，综合利用泥灰岩。 ３．１ 不可用于路基填料的泥灰岩 在ＧＴＲ 手册中明确规定了Ｒ３１ ，Ｒ３４ｔｈ，Ｒ３４ｔｓ 三个 类别的泥灰岩是不可用于路基填料，这三种状态的 泥灰岩存在巨大的危害因素，对路基长期稳定性会 造成非常不良的影响［６］。Ｒ３１ 破碎系数小于７，而降 解系数大于２０，说明其强度较高，但在有水作用下， 材料粒径会发生很大变化，对路基存在稳定性隐 患。Ｒ３４的两个天然状态处于特别干燥或特别潮湿 的情况下，不能直接用作路基填料，只有经过处理 改变其含水量状态至ｈ 和ｍ 状态才能使用，并且要 评估其风险。而且泥灰岩在强降雨条件时，即使有 充足的质量保证，也是不允许施工的［７］。 ３．２ 可以用于路基填料的泥灰岩 （１）Ｒ３２强度较高不易破碎，其降解系数范围在５ ～２０ 之间，仍然存在潜在的不稳定因素和风险。为 排除其作为路基填料所带来的风险，Ｒ３２ 类泥灰岩施 工时，必须要有充足的质量计划，在开采挖掘此类泥 灰岩时，应尽可能进行全面破碎，减少路基长期稳定 性风险。填筑时，必须严格控制其碾压状态时的含水 量，增强碾压能量，保证碾压质量。同时限制路基填 筑高度，并从路基设计角度进行合理规划。 （２）Ｒ３４在ｈ、ｍ、ｓ 状态下，经过全面破碎，加强对 填料粒径进行有效控制，最大粒径不宜超过６３ ｍｍ， 并对级配进行优化［８］，或进行石灰改良，再增强碾 压能量，可用于路基填料，石灰改良应先进行试验 段填筑［９］。Ｒ３４类泥灰岩是本地区较为常见的类型， 见图２，力学指标统计见表３。 表３ 破碎和降解系数统计％ 项目破碎系数ＦＲ 降解系数ＤＧ 最大值１２．７ １３．２ 最小值８．２ ４．５ 样本数２２ １９ （３）实验结果表明ＦＲ 大于７，表明泥灰岩容易 破碎，ＤＧ 除最小值小于５，表明泥灰岩具有中等降 解性。在目前已使用泥灰岩的路基地段，均按照其 （下转第４７９ 页） ４６０ 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ·管 理· 要，也是适应企业现代化发展战略的需要。在勘察 设计企业信息化建设的过程中，如何把握企业主体 需求、确立系统开发实施方案、节约工程投资成本， 是值得每位企业信息化建设者所深思的问题。 参考文献 ［１］ 贾婷．浅谈企业信息化建设的实施策略及深远意义 ［Ｊ］．科技信息，２００９（９）：３５３． ［２］ 李丹祥．企业信息化建设探析［Ｊ］．改革与开放，２００９（８）：５７． ［３］ 胡宏．改革发展管理先行———第二届全国勘察设计 行业管理创新大会企业综合管理分论坛侧记［Ｊ］．工 程建设与设计，２０１４（６）：１９． ［４］ 张瑞娥，王冰，陈军强．设计院项目管理信息系统的开 发与应用［Ｊ］．西北水电，２０１２（５）：１０１． ［５］ 李庭勇，熊诚．中小型设计院项目管理信息系统开发 实践与探索［Ｊ］．大众商务，２００９（１０）：１５５ －１５６． ［６］ 李小瑜．浅谈设计院管理信息系统的开发和实施经验 ［Ｊ］．广西民族大学学报：自然科学版，２００６（Ｓ２）：８５ －８６． ［７］ 邵洪博．企业自身建设项目投资管理系统开发与应用 ［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（１１）：１１５ －１１６． ［８］ 叶方涛．信息管理是勘察设计企业的必修课［Ｊ］．中 国勘察设计，２００６（６）：３１ －３３． ［９］ 樊玉国．基于Ｂ／Ｓ 结构的电力设计院管理信息系统的 应用研究［Ｄ］．北京：华北电力大学，２０１２：１６ －１７． ［１０］武振华．项目管理系统中系统管理模块搭建关键点分 析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（７）：１２４． ［１１］刘丽华．基于ＡＳＰ 的仓库管理信息系统的设计与实 现［Ｄ］．吉林：吉林大学，２０１３：１５ －１８． ［１２］徐泽军．企业信息化管理实现模式的探讨［Ｊ］．铁道 建筑技术，２００６（１２）： 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ２５５ －２５６． （上接第４６０ 页） 图２ 本区常见的Ｒ３４类泥灰岩 工程特性，加强破碎和 增强碾压；同时注意含 水量的有效监控，在旱 季施工的路基地段，取 得了明显的效果，路基 各项检测指标均满足规 范要求。在雨季来临之前做好封闭措施。 （４）Ｒ３３ 因强度较高，不易破碎，且降解系数很小， 可以直接填筑路基，但需防止大雨造成的含水量急剧 变化，因此雨季施工还需要制定详细的施工组织和质 量保证计划。并可从设计上对泥灰岩路段进行优化， 使用土工合成材料加筋，保证边坡稳定［１０］。 （５）为确保路基稳定性安全可靠，必须遵循“加 固和排水”相结合的原则，加强地质水文调查，在使 用泥灰岩路段，避免在百年洪水位以下使用泥灰岩 作为路基填料［１１］。 ４ 结束语 泥灰岩在北非地区分布广泛，工程特性差异 大，给我国海外工程企业带来巨大的技术风险［１２］。 由于泥灰岩的特殊物理力学性质，对泥灰岩地区公 路施工提出了特殊要求，因此，必须经过有效的实 验鉴定，并从技术和经济条件等综合因素考虑，制 定相应的施工计划和质量措施，才能保证泥灰岩地 区公路路基的施工质量，减小泥灰岩作为路基填料 的不安定因素。 参考文献 ［１］ 岳永利，丁小军，王佐．阿尔及利亚东西高速公路（中、 西标段）泥灰岩分布及工程性能［Ｊ］．公路，２００８（９）： ８１ －８２． ［２］ 刘军勇，赵爱莉，尹利华．阿尔及利亚东西高速公路泥 灰岩路基与边坡稳定分析［Ｊ］．路基工程，２０１１（６）：２２． ［３］ 法国路桥实验中心．Ｇｕｉｄｅ ｔｅｃｎｉｑｕｅ ｒｅａｌｉｓａｔｉｏｎ ｄｅｓ ｒｅｍ ｂｌａｉｓ ｅｔ ｄｅｓ ｃｏｕｃｈｅ ｄｅ ｆｏｒｍｅ ［Ｍ］．２ 版．法国巴黎：法国 路桥实验中心，２０００：１８． ［４］ 边昶晖．阿尔及利亚泥灰岩地区高路堤设计［Ｊ］．路基 工程，２０１０（５）：１６３． ［５］ 缪胜林．阿尔及利亚东西高速公路泥灰岩工程特性研 究［Ｊ］．路基工程，２０１０（６）：１００． ［６］ ＭＪｏｕｂｅｒｔＳｅｔｒａ．Ｃｏｅｆｆｉｄｉｅｎｔ ｄｅ ｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｅ ｄｅｓ ｍａｔｅｒｉ ａｕｘ ｒｏｃｈｅｕｘ［Ｍ］．Ｐａｒｉｓ：Ｊｏｕｂｅｒｔ，１９９２：２３． ［７］ ＭＪｏｕｂｅｒｔＳｅｔｒａ．Ｃｏｅｆｆｉｄｉｅｎｔ ｄｅ ｆｒａｇｍｅｎｔａｂｉｌｉｔｅ ｄｅｓ ｍａｔｅ ｒｉａｕｘ ｒｏｃｈｅｕｘ［Ｍ］．Ｐａｒｉｓ：Ｊｏｕｂｅｒｔ，１９９２：１５． ［８］ 杨永强．高速铁路路基不均匀沉降控制技术研究［Ｊ］． 铁道建筑技术，２０１３（４）：４９． ［９］ 仇金庭．高速铁路路基病害成因分析［Ｊ］．铁道建筑技 术，２０１４（１）：２６． ［１０］苏亿．泥灰岩底层上的加筋路堤设计［Ｊ］．甘肃科技， ２０１１（１４）：１１２． ［１１］杜金光．阿尔及利亚东西高速公路泥灰岩地质路基设计方 案探讨［Ｊ］．辽宁省交通高等专科学校学报，２００９（６）：４． ［１２］陈福．关于铁路建设路基工程风险管理的探讨［Ｊ］．铁 道建筑技术，２０１４（２）：６８． 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ４７９