高速鐵路路基試驗(yàn)段工藝試驗(yàn)研究

丁宇翔

（北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 100000）

1 工程概況

某高速鐵路位于北京市密云區(qū)，從平原向丘陵、低山區(qū)進(jìn)入，地形逐漸陡峭。

沿途主要地質(zhì)條件為：素填土：黃褐色，稍密，稍濕，主要為粉質(zhì)黏土，含植物根及少量碎石。粉質(zhì)黏土：紅褐色，硬塑，手捏有砂感，含云母、氧化鐵，土質(zhì)不均，偶見礫石，地基承載力σ0=160kPa。粉土：褐黃色，潮濕，中密，含砂顆粒及少量細(xì)角礫土，地基承載力σ0=160kPa。粗角礫土：淺灰色，稍密，潮濕，主要成分以砂巖為主，一般粒徑為20～40mm，最大粒徑為70mm，填充黏性土，地基承載力σ0=350kPa。片麻巖：褐黃色，9.8m 以下為灰綠色，全風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，巖芯風(fēng)化呈砂土狀，地基承載力σ0=300kPa。強(qiáng)風(fēng)化片麻巖地基承載力σ0=600kPa。弱風(fēng)化片麻巖地基承載力σ0=1200kPa。土壤標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1m。

沿途水文地質(zhì)條件：地下水為第四系松散孔隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給，對混凝土無侵蝕性。

沿線地震烈度為Ⅷ度，地震動加速度峰值為0.2g。路基中心最大填方高度12.37m，路基最大邊坡高度12.69m，路基段基床厚2.7m，混凝土基床設(shè)置在基床上部，頂部結(jié)構(gòu)寬8.9m，混凝土基床從上到下依次為：0.5m 厚C35 混凝土；0.8m 厚C20 混凝土；0.25m厚級配碎石摻5%水泥;基床兩側(cè)及基地范圍內(nèi)填筑1.15m 厚A、B 組土。

2 試驗(yàn)段的設(shè)置、試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容

2.1 試驗(yàn)段的設(shè)置

DK88+940—DK89+040 段路基作為基床以下試驗(yàn)段，全長為100m，計劃填筑2 層。

2.2 試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容

試驗(yàn)?zāi)康模阂皇峭ㄟ^試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械設(shè)備的性能是否滿足工程施工需求。二是通過試驗(yàn)確定填料、壓實(shí)機(jī)具、松鋪厚度、最佳含水量、壓實(shí)遍數(shù)等關(guān)鍵工藝參數(shù)，為路基填方施工提供檢測依據(jù)。

試驗(yàn)內(nèi)容：一是在保證填料種類相同、壓實(shí)機(jī)械相同的條件下，進(jìn)行分層碾壓施工，層厚為35.4cm。明確施工期間填料含水量要求、松鋪厚度要求、碾壓次數(shù)要求、碾壓工藝要求、施工機(jī)械組織要求，在以上要求和設(shè)計要求均相符的情況下，選用最佳機(jī)械配置開展試驗(yàn)，為后續(xù)路基填筑施工環(huán)節(jié)提供指導(dǎo)。

二是在壓路機(jī)上安裝連續(xù)壓實(shí)控制設(shè)備、根據(jù)相關(guān)校驗(yàn)確定合理的VCV(振動壓實(shí)值)目標(biāo)值、確定壓實(shí)遍數(shù)，填料類型不同、填筑層厚不同、壓實(shí)機(jī)械不同、施工情況不同時，分析各種情況對振動壓實(shí)值產(chǎn)生的影響，總結(jié)規(guī)律，對目標(biāo)值進(jìn)行調(diào)整，為路基施工的經(jīng)濟(jì)性、合理性及工程質(zhì)量和進(jìn)度提供依據(jù)。

3 填料的技術(shù)要求、控制要素

試驗(yàn)段選擇級配良好的碎石粗粒土填料，按設(shè)計要求，在路基基床下方填筑A、B 組填料，控制填料粒徑小于75mm。試驗(yàn)室針對填料比重、顆粒級配、曲率系數(shù)以及不均勻系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。通過多次調(diào)整，確定的試驗(yàn)結(jié)果如下：

A、B 組填料所選隧道出渣，均為硬質(zhì)巖（砂巖、片麻巖），無強(qiáng)風(fēng)化材料或泥塊；填料不均勻系數(shù)Cu=28.3；曲率系數(shù)Cc＝2.42；大于20mm 顆粒占31.7%；細(xì)粒（小于0.075mm）占6.2%。按照填料分組為細(xì)角礫土A 類填料，級配良好。

試驗(yàn)室試驗(yàn)確定填料屬A 組填料，滿足設(shè)計方案。根據(jù)《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》（TB 10102—2010）[1]以及《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10751—2010）[2]要求，可作為基床下A、B 組填筑土。

4 路基填筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

試驗(yàn)段路基施工重點(diǎn)是基床下部結(jié)構(gòu)的填筑施工，一般路基需要按照“三個階段、四個區(qū)段、八個流程”組織施工。其中，“三個階段”是準(zhǔn)備階段、施工階段、驗(yàn)收階段；“四個區(qū)段”為填筑區(qū)段、平整區(qū)段、碾壓區(qū)段、檢測區(qū)段；“八個流程”指準(zhǔn)備施工、處理基底、分層填筑、平整攤鋪、晾曬灑水、機(jī)械碾壓、簽證檢驗(yàn)、整形路基。因試驗(yàn)段的路基較短，采用“一次性”方式組織施工，即“相同土層進(jìn)行一次性填筑、攤平、碾壓、驗(yàn)收”。路基填筑沿橫斷面全寬、縱向分層填筑，不產(chǎn)生縱向接縫。

4.1 施工測量、放樣

路基試驗(yàn)段填筑進(jìn)行測量，控制好標(biāo)高后，進(jìn)行路基本體中樁及邊樁放樣，間隔50m 距離設(shè)置邊線木樁，邊線長度大于設(shè)計長度50cm。

4.2 試驗(yàn)段填筑前準(zhǔn)備

基底層驗(yàn)收合格后，采集填筑前標(biāo)高，檢測線路左右10m 位置及中點(diǎn)的3 個斷面9 個點(diǎn)，進(jìn)行A、B 組填料試驗(yàn)段填筑施工準(zhǔn)備。

4.3 埋設(shè)沉降觀測標(biāo)

按照設(shè)計圖紙、觀測要求埋設(shè)沉降觀測標(biāo)，放置沉降標(biāo)防護(hù)架。

4.4 填料控制

根據(jù)松鋪厚度及1 輛自卸汽車方量等參數(shù)，計算單車填料攤鋪面積，采用白灰格網(wǎng)標(biāo)記。1 個格子倒入1 車土，以保證攤鋪厚度達(dá)標(biāo)。攤鋪前檢查填料均勻性，判斷粗細(xì)顆粒是否存在離析問題。如果存在，采用人工與機(jī)械配合的方式現(xiàn)場拌和施工，控制填料厚度及均勻性，不得出現(xiàn)集料窩。

4.5 攤鋪整平

確認(rèn)填料最佳含水量，檢測填料實(shí)際含水量，填料實(shí)際含水量與最佳含水量差異低于2%，可用于攤鋪施工。若填料含水量不達(dá)標(biāo)，可現(xiàn)場晾曬或噴灑水霧，以使填料含水量達(dá)標(biāo)。

分別按照松鋪厚度1 層35cm、1 層40cm 展開試驗(yàn)，結(jié)合同類工程施工的經(jīng)驗(yàn)，確保填料壓實(shí)系數(shù)介于0.9～1 之間，即壓實(shí)之后的厚度介于30～35cm 之間，滿足《高速鐵路路基工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9602—2015）[3]中碎石類、礫石類土每層最大壓實(shí)厚度不宜大于40cm(基床下）或35cm（基床底）的要求。結(jié)合前兩層施工獲取的壓實(shí)系數(shù)，對試驗(yàn)厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保路基壓實(shí)度滿足要求。每一層填筑時均按設(shè)計方案填筑路拱，同時滿足填筑面排水要求。

4.6 碾壓

攤鋪整平后，測得松鋪厚度、填料含水量、平整度以及橫坡度符合要求后，開始碾壓施工。選擇20t 振動壓路機(jī)均勻碾壓不得搭接不足和漏碾。

碾壓操作流程：使用壓路機(jī)靜壓1 遍，后弱振碾壓1 遍，再強(qiáng)振碾壓3 遍，碾壓的同時進(jìn)行檢測，反復(fù)操作，直至檢測結(jié)果合格為止，最后使用光輪壓路機(jī)靜壓1 遍。碾壓階段，控制速度在2～3km/h 之間，速度最大值4km/h，確保邊緣填層部位充分壓實(shí)，并將各填層中線、填筑邊線等放出，邊坡兩側(cè)填筑寬度要大于設(shè)計寬度50cm。

4.7 連續(xù)壓實(shí)試驗(yàn)

碾壓過程中同步進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)校驗(yàn)試驗(yàn)，按輕度、中度和重度采集數(shù)據(jù)。在不同壓實(shí)區(qū)域中，選擇常規(guī)檢測點(diǎn)位，據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求檢測指標(biāo)，明確檢測數(shù)據(jù)，以確定合理的VCV(振動壓實(shí)值)目標(biāo)值。利用試驗(yàn)段所得數(shù)據(jù)確定路基連續(xù)壓實(shí)檢測與常規(guī)質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)。

4.8 路基填筑記錄

路基填筑碾壓的具體情況見表1、表2。

表1 路基填筑碾壓記錄（第1 層填料）

表2 路基填筑碾壓記錄（第2 層填料）

第1 層平均攤鋪厚度為35cm，壓實(shí)厚度為30.7cm，松鋪系數(shù)=攤鋪厚/壓實(shí)厚度=1.140。

第2 層平均攤鋪厚度為40.4cm，壓實(shí)厚度為35.4cm，松鋪系數(shù)=攤鋪厚度/壓實(shí)厚度=1.141。

4.9 壓實(shí)檢測

單層材料碾壓4～7 遍后，用K30 平板載荷儀檢測K30 地基系數(shù)，采用灌砂法檢測壓實(shí)系數(shù)K，用動態(tài)變形模量測試儀檢測動態(tài)變形模量Evd，同時進(jìn)行平行試驗(yàn)，對比結(jié)果，每碾壓1 遍，檢測6 點(diǎn)，直至檢測結(jié)果達(dá)標(biāo)。

4.10 試驗(yàn)檢測及填筑碾壓情況

第1 層填筑試驗(yàn)攤鋪厚度為35cm，初始確定碾壓遍數(shù)組合為：靜壓1 遍+弱振1 遍+強(qiáng)振n 遍+靜壓收光1 遍，壓路機(jī)運(yùn)行速度為2km/h。強(qiáng)振2 遍后檢測壓實(shí)系數(shù)K、地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量Evd；振動4 遍后各參數(shù)均滿足設(shè)計要求。當(dāng)壓路機(jī)的運(yùn)行速度為2km/h 時，靜壓、弱振、強(qiáng)振、靜壓遍數(shù)分別為1 遍、1 遍、4 遍、1 遍，以上碾壓組合能夠達(dá)到設(shè)計值要求。

第2 層填筑試驗(yàn)攤鋪厚度為40.4cm，初始確定碾壓遍數(shù)組合為：靜壓1 遍+弱振1 遍+強(qiáng)振n 遍+靜壓收光1 遍，壓路機(jī)運(yùn)行速度為2km/h。強(qiáng)振3 遍后開始檢測壓實(shí)系數(shù)K、地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量Evd，振動4 遍后各項(xiàng)參數(shù)均滿足設(shè)計要求。當(dāng)壓路機(jī)行駛為速度2km/h 時，靜壓、弱振、強(qiáng)振、靜壓遍數(shù)分別為1 遍、1 遍、6 遍、1 遍，以上碾壓組合符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)兩層試驗(yàn)結(jié)果，基床下路基填筑的攤鋪厚定為35cm，20t 壓路機(jī)速度在2～3km/h，靜壓1 遍+弱振1 遍+強(qiáng)振3 遍+靜壓收光1 遍后試驗(yàn)所得各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足壓實(shí)系數(shù)K≥0.92、K30≥110MPa/m 的要求，靜壓1 遍+弱振1 遍+強(qiáng)振4 遍+靜壓收光1 遍后試驗(yàn)所得各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足壓實(shí)系數(shù)K≥0.95、K30≥130MPa/m、EVD≥40MPa 的要求，且各項(xiàng)施工參數(shù)組合的施工效果最理想,可達(dá)到良好壓實(shí)效果。

5 改善存在的問題

通過此次路基工藝試驗(yàn)，確定了路基施工的工藝參數(shù)，為確保路基工藝試驗(yàn)?zāi)芨玫赝茝V，對此次試驗(yàn)中存在問題加以改善。

一是應(yīng)加強(qiáng)A、B 組填料生產(chǎn)過程的控制，防止現(xiàn)場局部出現(xiàn)集料窩現(xiàn)象。

二是及時梳理排水系統(tǒng)，防止雨水浸泡路基填方。

三是應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行加工制作沉降觀測標(biāo)防護(hù)架。

四是應(yīng)加強(qiáng)對沉降觀測標(biāo)周圍的碾壓。

6 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)路段的土方填筑現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：

其一，松鋪厚度最合理值為35cm，松鋪系數(shù)應(yīng)設(shè)定為1.142。其二，當(dāng)K30 合格值為130，A、B 組為細(xì)角礫土，壓實(shí)厚度為30cm 時，連續(xù)壓實(shí)VCV(振動壓實(shí)值)目標(biāo)值為293。其三，最優(yōu)化的機(jī)械組合是：壓路機(jī)2 臺、裝載機(jī)1 臺、挖掘機(jī)2 臺、20m3運(yùn)輸車8 臺、推土機(jī)2 臺、平地機(jī)1 臺。其四，基床下方路基填筑施工中，當(dāng)厚度在8m 以內(nèi)時，碾壓遍數(shù)參數(shù)為：一靜壓1 遍，二弱振1 遍，三強(qiáng)振3 遍，四靜壓1 遍，控制壓實(shí)系數(shù)K≥0.92、K30≥110MPa，既符合設(shè)計要求，又能達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)高度超過8m 時，碾壓遍數(shù)參數(shù)為：一靜壓1 遍，二弱振1 遍，三強(qiáng)振4 遍，四靜壓1 遍，控制壓實(shí)系數(shù)K≥0.95、K30≥130MPa/m、EVD≥40MPa。其五，碾壓速度值為2～3km/h 時碾壓效果最理想。其六，填料含水量為控制在3.9%時碾壓效果最理想。