周家成,方 燾
(1.錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司,遼寧 錦州 121000;2.華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院,南昌 330013)
粉細(xì)砂根據(jù)成因可以分為風(fēng)積和沉積兩種,由于粉細(xì)砂的黏性和塑性都很小,尤其是風(fēng)積粉細(xì)砂,顆粒均勻且細(xì),干燥時(shí)松散,且受風(fēng)、水等的影響很大,其作為路基填料質(zhì)量控制指標(biāo)體系和相關(guān)的施工技術(shù)尚存在不成熟的地方。但是,在荒漠地區(qū)修建鐵路本身填料缺乏,且生態(tài)脆弱,如粉細(xì)砂能填筑路基,則可以就地取材,減少對(duì)荒漠地區(qū)生態(tài)的破壞,同時(shí)可以減小填料運(yùn)距,降低工程造價(jià)。田華等對(duì)粉細(xì)砂改良填筑高速公路路基進(jìn)行了試驗(yàn)研究,否定用粉細(xì)砂直接作為路基填料的可行性[1]。徐軍等對(duì)沙漠風(fēng)積細(xì)粒土路基填料選擇的影響因素、施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了探討[2]。喬純、關(guān)鍵對(duì)粉細(xì)砂填筑灌溉堤壩工程技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了應(yīng)用粉細(xì)砂修筑堤防存在的問(wèn)題和解決措施[3]。裴生艷等對(duì)沈山高速公路臺(tái)安至遼中段粉細(xì)砂填筑路基施工的機(jī)械選擇、填筑、檢測(cè)方法等進(jìn)行了介紹,得出用振動(dòng)光面壓路機(jī),重視填料質(zhì)量,嚴(yán)格操作規(guī)范,用粉細(xì)砂填筑路基是可行的結(jié)論[4]。
錫(錫林浩特)烏(烏蘭浩特)線、大(大虎山)鄭(鄭家屯)線、巴(巴彥烏拉)新(新立屯)線、甘(甘旗卡)庫(kù)(庫(kù)倫旗)線等穿過(guò)大片荒漠地區(qū),土質(zhì)主要為風(fēng)積和沉積的粉細(xì)砂,A、B組填料基本沒(méi)有,而路基設(shè)計(jì)規(guī)范將粉細(xì)砂作為C組填料,但是沒(méi)有給出粉細(xì)砂填筑的施工質(zhì)量控制指標(biāo)體系[5],使得設(shè)計(jì)和施工人員在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中,沒(méi)有依據(jù)遵循。
線路沿線為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層(Q4eol)粉砂和細(xì)砂。粉砂為褐黃色至淺黃色,松散~中密,稍濕~飽和,主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英;細(xì)砂為淺黃色~黃褐色,松散~中密,稍濕~潮濕,主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析,粉細(xì)砂顆粒均勻且細(xì)(見(jiàn)表1),極為松散,干燥時(shí)的承載力極低,保水性較差,滲水率極高,失水松散,易產(chǎn)生干翻漿、干陷現(xiàn)象。其天然重度為16.0~18.5 kN/m3。
表1 甘庫(kù)線粉細(xì)砂篩分試驗(yàn)成果 %
粉細(xì)砂由于顆粒細(xì)且均勻遇水后體現(xiàn)一定的粘性,但是失水很快松散,天然休止角很小,呈現(xiàn)出無(wú)黏性特性,根據(jù)室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)成果分析,其c值在0~5 kPa,φ 值在 25°~28°之間,且壓縮性較差。
固土網(wǎng)墊法為坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊撒草籽的防護(hù)方法,該方法的技術(shù)要點(diǎn):①路堤由坡腳至路肩全坡面斜鋪固土網(wǎng)墊并撒草籽,固土網(wǎng)墊用竹釘固定,梅花形布置,間距1 m。②坡面撒草籽,每平方米撒0.015 kg草籽。③護(hù)肩用M7.5水泥砂漿砌片石砌筑。④固土網(wǎng)墊頂部壓入護(hù)肩不得小于0.3 m,坡腳應(yīng)埋入地面以下0.3 m。施工要求:①鋪設(shè)固土網(wǎng)墊前應(yīng)修整邊坡,使坡面平整,以使網(wǎng)墊與邊坡緊貼。②鋪網(wǎng)前,坡面先灑水至邊坡0.3 m深度內(nèi)濕潤(rùn)為止,以利草籽生長(zhǎng)成活。③網(wǎng)墊應(yīng)與坡面緊貼,不得出現(xiàn)空隙,對(duì)不緊貼之處加釘竹釘。④鋪網(wǎng)后,在網(wǎng)墊上均勻撒土,厚度至網(wǎng)包深度之半(約1 cm),然后撒草籽。⑤為使草籽均勻撒在網(wǎng)墊上,將草籽與土按1∶10重量混合好后,用人工撒播,應(yīng)注意保證每平方米草籽不少于15 g。⑥每副網(wǎng)墊鋪設(shè)時(shí),搭接長(zhǎng)不小于2 cm,并注意搭接處上層網(wǎng)墊密貼下層網(wǎng)墊,不留間隙。坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊示意見(jiàn)圖1。
圖1 坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊示意
加筋包填法即沿著路基高度方向分層平鋪土工格柵,同時(shí)用碎石土或者黏性土包裹的填筑方法。其施工技術(shù)要求:
1)將地表整平碾壓至規(guī)定要求,然后分層填筑路堤,地面橫坡陡于1∶5地段挖臺(tái)階,底寬應(yīng)不小于2.0 m。
2)路堤邊坡坡度:路堤高為0~6 m時(shí),邊坡為1∶1.75;路堤高為8 m以下時(shí),邊坡為1∶2。
3)路堤邊坡自地表起每填筑高0.6 m,于路堤邊坡水平寬3.0 m范圍內(nèi)鋪設(shè)TGSG30-30土工格柵一層,直至基床底層底部。
4)鋪設(shè)土工格柵時(shí),先將碾壓密實(shí)的填土層整平,搭接長(zhǎng)度0.3 m,格柵鋪設(shè)應(yīng)平整、密貼,然后在其上填土。
5)為防止骨架護(hù)坡施工挖槽露出格柵,骨架護(hù)坡地段格柵外端距邊坡應(yīng)保持1.0 m的距離。
6)平鋪土工格柵后,嚴(yán)禁汽車直接行駛在土工格柵上,并要避免過(guò)量拉伸。
7)土工格柵盡量避免長(zhǎng)時(shí)間露天存放或暴露施工過(guò)久。
土工格柵應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn),滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。保管、施工應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)的設(shè)計(jì)圖及施工規(guī)范和《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(TB10118—2006)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
該方法工藝為填筑基底面驗(yàn)收合格→松鋪一層厚40 cm的粉細(xì)砂→整平、穩(wěn)壓→再松鋪一層厚20 cm的外借A、B組料→整平、碾壓→檢測(cè)與驗(yàn)收。該方法施工要點(diǎn):①控制填料的含水量,一般在最佳含水量附近。②粉細(xì)砂層經(jīng)T-140履帶式推土機(jī)(自重16~18 t)以2.5 km/h的速度進(jìn)行穩(wěn)壓2遍即可。穩(wěn)壓時(shí)履帶輪重復(fù)1/2,直線段由兩邊向中間進(jìn)行,彎道處由內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行,以利形成路拱。③第二層外借A、B組料,如果是A碎石類料或角礫土料,則必須由人工將粒徑>100 mm的大石塊清除;如果是B圓礫土料、砂黏土料,則因含水率較高需要先將料源攤鋪晾曬到含水率達(dá)8%左右方可,同時(shí)需注意邊坡排水問(wèn)題,并由人工修整邊坡,使部分外借料將粉細(xì)砂層覆蓋,避免砂層的水分散失并增加其邊坡的穩(wěn)定性。④外借料采用逐步攤鋪法進(jìn)行。⑤外借料層經(jīng)推土機(jī)、平地機(jī)整平后,采用YZ18A型自行式振動(dòng)壓路機(jī)(自重18 t)以2.5 km/h的速度先進(jìn)行弱振2遍,再?gòu)?qiáng)振2遍,最后再靜壓2遍,仍按輪跡重復(fù)1/3進(jìn)行,碾壓方式同粉細(xì)砂層。
該方法主要是通過(guò)改良填料的物理力學(xué)特性和工程特性的方法。目前主要有兩種途徑:一種是物理改良,即向粉細(xì)砂填料中摻 A、B組土,以改善填料的物理力學(xué)特性和工程特性;另一種是化學(xué)改良,即向粉細(xì)砂填料中摻水泥,以達(dá)到改良填料的工程特性目的。
固土網(wǎng)墊法對(duì)邊坡穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在邊坡防護(hù)系統(tǒng)能夠有效地防止荒漠地區(qū)風(fēng)蝕和雨水的沖刷作用,保證路基工程的耐久性,同時(shí)間接保證邊坡的穩(wěn)定性。施工較復(fù)雜,難以保證施工質(zhì)量。加筋包填法一方面通過(guò)碎石土(或黏土)包坡、護(hù)肩和護(hù)腳措施有效地防止荒漠地區(qū)風(fēng)蝕作用,同時(shí)注意到了荒漠地區(qū)降雨量不大,降雨對(duì)邊坡的沖刷作用是有限的;另一方面通過(guò)在邊坡上分層加筋,對(duì)邊坡起到一定的加固作用。其施工比固土網(wǎng)墊法方便。夾層填筑法與普通路基填筑方法差異不大,兩層存在不同的施工質(zhì)量控制參數(shù),路基豎向呈現(xiàn)各向異性特征。改性填筑法是最可靠的填筑方法,但是,該法施工工藝復(fù)雜,難以保證拌合均勻,工程造價(jià)高。目前,該種方法沒(méi)有得到大面積推廣使用。
根據(jù)室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)成果,對(duì)目前用的較普遍的填筑結(jié)構(gòu)形式粉細(xì)砂加筋填筑法,進(jìn)行了路堤的穩(wěn)定性分析。取黏聚力 c=5 kPa,內(nèi)摩擦角 φ=25°,路堤高度分別為 6、12、18 m,格柵寬度為 3、5、7 m,沿路堤高度每0.6 m厚度鋪設(shè)等情況,探討了有、無(wú)格柵情況下不同填筑高度以及格柵的不同寬度和間距對(duì)路基邊坡穩(wěn)定性的影響。格柵的抗拉強(qiáng)度為30 kN/m,受剪切時(shí)的摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度參數(shù)為c=10 kPa,φ=40°。簡(jiǎn)化bishop分析結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 土工格柵對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響
從上面分析的結(jié)果看出,在保證施工質(zhì)量前提下,粉細(xì)砂填筑路基高度應(yīng)<12 m。同時(shí)也可以看出,土工格柵對(duì)路基穩(wěn)定的貢獻(xiàn)與土工格柵鋪設(shè)的寬度密切相關(guān),一般在坡高<6 m時(shí),基本是穩(wěn)定的。土工格柵<3 m時(shí),對(duì)邊坡穩(wěn)定性的直接貢獻(xiàn)有限,邊坡越高,土工格柵對(duì)邊坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)體現(xiàn)越明顯。
我國(guó)西北和東北地區(qū)存在大面積的沙漠和荒漠地區(qū),風(fēng)積砂地區(qū)工程建設(shè)項(xiàng)目還很多。從工程設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)出發(fā),總結(jié)了粉細(xì)砂筑堤的試驗(yàn)和實(shí)踐成果,并對(duì)粉細(xì)砂填筑鐵路路基的幾種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了歸納和總結(jié)。
[1] 田華.粉細(xì)砂路基物理改良試驗(yàn)段施工總結(jié)[J].市政·交通·水利工程設(shè)計(jì),2008(4):56-57.
[2] 徐軍,周四.崔祥茂沙漠風(fēng)積細(xì)粒土路基填筑介紹[J].西部探礦工程,2006(4):253-254.
[3] 喬純,關(guān)鍵.粉細(xì)砂筑堤工程技術(shù)研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2008(4):336-337.
[4] 裴生艷,李燕龍.粉細(xì)砂填筑路基施工[J].鐵道工程學(xué)報(bào),1999(4):124-126.
[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.