嚴(yán)寒地帶客運(yùn)專線路基防凍脹施工技術(shù)

袁 偉

0 引言

路基工程是無碴軌道線路工程的主要組成部分，作為沉降變形控制十分嚴(yán)格的土工結(jié)構(gòu)物，控制變形是路基施工的關(guān)鍵，由散體材料組成的路基是整個線路結(jié)構(gòu)中最薄弱、最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，是軌道變形的主要來源。新建鐵路哈大客運(yùn)專線沈陽至哈爾濱段土建2標(biāo)處于嚴(yán)寒地帶，季節(jié)性凍土區(qū)病害嚴(yán)重，如何做好礫石類A，B組填料路基防凍脹控制，嚴(yán)格控制工后沉降和結(jié)構(gòu)變形，保證客運(yùn)專線無碴軌道平順性、穩(wěn)定性、耐久性為核心，保證基礎(chǔ)設(shè)施速度目標(biāo)值350 km/h，是路基施工全過程需要給予重點(diǎn)關(guān)注和解決的問題。經(jīng)過兩年的施工實(shí)踐，現(xiàn)將在嚴(yán)寒地帶路基施工過程中防凍脹施工技術(shù)控制做如下闡述。

1 工程概況

新建鐵路哈大客運(yùn)專線沈陽至哈爾濱段土建2標(biāo)位于遼河平原，夾于遼東、遼西山地之間，整個標(biāo)段處在東北寒冷地區(qū)，年平均氣溫6．8 ℃ ～8．0 ℃，最冷月(1月)平均 -12．9 ℃ ～ -17．5 ℃，極端最低-37．9℃，最大季節(jié)凍土深度148 cm～180 cm。管段內(nèi)路基設(shè)計(jì)工點(diǎn)類型多，主要有:路塹、路堤邊坡防護(hù)、粘性土路基、軟土(松軟土)路堤、季節(jié)性凍土路基、水塘路基等類型。

2 施工技術(shù)方案及控制措施

2． 1 土體凍脹機(jī)理及控制措施

土體凍脹是指土中水凍結(jié)成冰引起的體積膨脹，足夠的負(fù)溫總量、路基填土為凍脹敏感土以及土體內(nèi)含水量大或外來水分的補(bǔ)給是易形成凍脹病害的條件。季節(jié)性凍土的主要凍害是凍脹，一般水、土體和溫度是引起凍脹的主要因素，因此在工程中可以采取隔水、換土(或改良土質(zhì))和隔溫三種措施中的一種或多種措施結(jié)合使用。1)隔水。在季節(jié)性凍土區(qū)，造成季節(jié)性凍土區(qū)凍害的水源主要來自大氣降水，故在路基表層設(shè)置隔水層即可達(dá)到防治凍害的目的。2)隔溫。隔溫的目的是通過增加熱阻，降低凍結(jié)深度，達(dá)到防治凍害的產(chǎn)生。3)換土。在有效凍結(jié)深度范圍內(nèi)填筑凍脹不敏感或弱敏感的土，達(dá)到防治凍害的目的，土的凍脹主要受到土中小于0．075 mm細(xì)顆粒土的影響，當(dāng)土中細(xì)顆粒含量小于5%時，土屬于凍脹不敏感性土，當(dāng)細(xì)顆粒含量大于15%時，土變成凍脹敏感性土。試驗(yàn)結(jié)果表明:料的凍脹量隨含水量的增大而增加，隨密實(shí)度增加而減小。以下會針對各施工工序采取的技術(shù)方案分別闡述。

2． 2 施工技術(shù)控制

2．2．1 礫石類A，B組填料的選配

應(yīng)選取級配良好、強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、可壓實(shí)性好的材料作為路基的填料。為控制無碴軌道路基的凍脹量，要求采用非凍脹性A，B組填料(填料中粒徑小于0．075 mm的細(xì)顆粒含量小于15%，平均凍脹率η≤1且級配良好的礫石類)填筑。

由于沈哈沿線A，B組填料儲量較少且很多天然填料無法直接達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)，采用物理摻拌改良砂礫類填料，解決顆粒級配不良的問題，抑制土體凍脹，使其強(qiáng)度能滿足滿足客運(yùn)專線路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。

2．2．2 路基壓實(shí)度的控制

試驗(yàn)結(jié)果表明:礫石類A，B組填料的凍脹量隨密實(shí)度增加而減小，所以路基壓實(shí)度的控制是控制無碴軌道路基的凍脹量的一個重要方面。1)礫石類A，B組填料填筑施工。采用橫斷面全寬縱向水平分層填筑壓實(shí)方法。按“三階段、四區(qū)段、八流程”的工藝流程組織施工，并碾壓至設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。采取兩側(cè)各加寬不少于50 cm填筑，確保路堤邊坡的壓實(shí)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。2)A，B 組填料壓實(shí)檢測。壓實(shí)后進(jìn)行 K30，Evd，Ev2，n，K等壓實(shí)指標(biāo)檢測(哈大鐵路客運(yùn)專線路基設(shè)計(jì)上K30，Evd，Ev2為必測指標(biāo)。路基自基底起填筑第三層開始檢測K30和Ev2指標(biāo))。根據(jù)其他客專及德鐵經(jīng)驗(yàn)，增加Ev2/Ev1的檢測指標(biāo):Ev2/Ev1≤3．0;當(dāng)3．0 ＜Ev2/Ev1≤3．5 時，Ev1應(yīng)不小于 Ev2規(guī)范規(guī)定值的 60%;若Ev2/Ev1＞3．5應(yīng)認(rèn)真分析施工工藝、檢測方法等的合理性、規(guī)范性，及時予以糾正。

2．2．3 路基礫石類A，B組填料含水量的控制

試驗(yàn)結(jié)果表明:料的凍脹量隨含水量的增大而增加，料含水量的控制尤為重要，擬從礫石類A，B組填料填筑和路基排水兩方面控制路基本體料的含水量。

1)礫石類A，B組填料填筑時含水量的控制。填料含水量由于料場、土石類型、氣候、氣象等因素影響變化較大，施工中極難控制，因此，含水量是造成路基壓實(shí)度難以達(dá)標(biāo)和路基凍脹的主要因素。首先按照填料室內(nèi)試驗(yàn)確定最佳含水量，施工時填料施工含水量控制在最佳含水量±1%。2)路基排水控制。a．路基兩側(cè)地面排水。路堤兩側(cè)均設(shè)置排水溝，排水溝底部設(shè)中粗砂墊層和兩布一膜防滲土工膜;b．降低地下水。在地下水埋深較淺地段且路基高度小于季節(jié)凍深地段，路基兩側(cè)設(shè)降水設(shè)施，使地下水降至基床厚度以下再進(jìn)行換填和隔斷等處理措施;c．路基線間排水。路基軌道間表水匯集入集水井后，通過埋設(shè)在路基內(nèi)的橫向排水管將水引出路基之外。

2．2．4 其他防凍脹措施

1)防凍層設(shè)置。沈哈段處于深季節(jié)凍土區(qū)，基床底層頂部1．0 m范圍設(shè)置防凍層，采用非凍脹性A，B組填料填筑。2)隔斷層設(shè)置。為防止地表水滲入軟化地基或防止地下水侵入，并防止天寒時路基出現(xiàn)凍脹，在防凍層和基床換填底部鋪設(shè)一層兩布一膜防滲土工膜。接觸網(wǎng)、聲屏障等與隔斷層相交位置采取回灌瀝青等方式防止水流下滲。3)防凍脹護(hù)道設(shè)置。在冬季為防止路堤部分因受凍而引起路基面的隆起，破壞路基，當(dāng)路基填土高度大于3 m時，在路堤兩側(cè)設(shè)1．5 m(高)×1．5 m(寬)的防凍脹護(hù)道，護(hù)道高度和寬度不小于當(dāng)?shù)丶竟?jié)最大凍深。4)土體置換。a．路堤地段基床底層下部優(yōu)選A，B組填料。高度H＜2．7 m的低矮路堤地段，當(dāng)?shù)鼗鶙l件不滿足基床底層填料強(qiáng)度和防凍要求時，地表以下應(yīng)挖除換填A(yù)，B組填料，換填厚度以換填底面距路基面高度不小于2．7 m為準(zhǔn)。b．路塹地段:本標(biāo)段地層上覆粘質(zhì)黃土為松軟土，并具凍脹性，當(dāng)?shù)鼗鶙l件不滿足基床底層填料強(qiáng)度和防凍要求時，基床底層下部厚度范圍內(nèi)換填A(yù)，B組填料，并于換填頂面設(shè)中粗砂和防滲復(fù)合土工膜(兩布一膜600 g/m2)隔斷層。5)土工合成材料在路基工程中的應(yīng)用。土工合成材料作為一種新型復(fù)合材料，本標(biāo)段主要運(yùn)用于以下幾個方面:路堤邊坡寬3．0 m鋪設(shè)土工格柵加筋補(bǔ)強(qiáng);地基處理路基加固墊層中鋪設(shè)土工格柵，以增強(qiáng)地基穩(wěn)定、均布應(yīng)力、減少地基沉降。另外作為樁—網(wǎng)結(jié)構(gòu)的水平向增強(qiáng)體的“網(wǎng)”的土工合成材料，使網(wǎng)—樁—土三者共同形成加筋復(fù)合結(jié)構(gòu);邊坡坡面鋪設(shè)立體植被護(hù)坡網(wǎng)用于邊坡防護(hù);對地下水發(fā)育的滲水土路塹及風(fēng)化軟巖路塹、膨脹土路塹地段，基床底層頂面或路塹換填底部鋪設(shè)復(fù)合土工膜，防止地表水滲入軟化地基或防止地下水侵入，以減少路基基床病害;用于排除路塹基床地下水的縱向盲溝或邊坡仰斜排水斜孔中的軟式透水管等。6)加強(qiáng)路基接口施工質(zhì)量控制。由于客運(yùn)專線的接觸網(wǎng)及聲屏障基礎(chǔ)，通信、信號、電力電纜槽及過軌管等設(shè)備需在路基碾壓完成后埋設(shè)，施工過程中會不可避免地破壞防水材料的整體性，若處理不當(dāng)，對路基的防排水功能將產(chǎn)生不利的影響，因此，應(yīng)加強(qiáng)路基接口施工工序、工藝和施工質(zhì)量的控制，做好銜接部位的防水處理，采用旋挖鉆或垂直切割開挖，及時灌注混凝土，減少開挖暴露時間，禁止雨季施工。

［1］ 楊西鋒．鐵路路基季節(jié)性凍土處理方法探討及工程應(yīng)用［J］．科技交流，2009(1):19-23．