泥巖、紅砂巖改良填料在高速鐵路路基本體填筑中的工藝參數(shù)試驗(yàn)總結(jié)

中鐵二十四局福建公司 李桂泉

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泥巖、紅砂巖改良填料在高速鐵路路基本體填筑中的工藝參數(shù)試驗(yàn)總結(jié)

中鐵二十四局福建公司 李桂泉

該文針對泥巖、紅砂巖改良填料在高速鐵路路基施工中，通過試驗(yàn)段的實(shí)際操作和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對不同松鋪厚度、不同粒徑、不同碾壓遍數(shù)、不同碾壓機(jī)具、壓實(shí)方式組合（靜壓、弱振、強(qiáng)振等）的施工質(zhì)量效果、效率的對比，提出在當(dāng)前施工設(shè)備條件下的合理、可行的施工工藝和檢測標(biāo)準(zhǔn)，并推行實(shí)施，具有廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

泥巖 紅砂巖 改良填料 工藝 填筑試驗(yàn)

向莆鐵路江西境內(nèi)DK52+830～DK80+520、DK121+ 320～DK187+565段沿線主要為紅砂巖、泥巖等，其有易風(fēng)化，易崩解，遇水易軟化，且風(fēng)化速度快，風(fēng)化后成黏土，其填料分類主要為D類、部分為C類，故需改良處理或采取嚴(yán)格的施工工藝方能達(dá)到填筑路堤的要求。

1 填筑試驗(yàn)施工方法和方案

填筑試驗(yàn)采用路基斷面全寬縱向分層填筑，推土機(jī)、挖掘機(jī)平整填料，壓實(shí)采用重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，試驗(yàn)過程中從強(qiáng)振第3遍開始，每碾壓一遍對布置的檢測點(diǎn)進(jìn)行檢測、測量或取樣，通過試驗(yàn)段的實(shí)際操作和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對不同松鋪厚度、不同粒徑、不同碾壓遍數(shù)、不同碾壓機(jī)具、壓實(shí)方式組合（靜壓、弱振、強(qiáng)振等）的施工質(zhì)量效果、效率的對比，提出在當(dāng)前施工設(shè)備條件下的合理、可行的施工工藝和檢測標(biāo)準(zhǔn)，為以后大面積路基施工提供依據(jù)。

1.1 填料選擇

填料來源：弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖局部夾砂巖、含礫砂巖巖塊，曲線不均勻系數(shù)Cu>5，曲率系數(shù)Cc＝1～3，<2mm含量不小于5％。為保證填料的級配良好和均勻，填料裝運(yùn)時(shí)盡量挑選顆粒粒徑級配較好的填料。

1.2 試驗(yàn)段確定及測量放樣

試驗(yàn)段長度不少于60ｍ，每填筑層填料粒徑不大于15cm和不大于10cm分區(qū)填筑，每個(gè)分區(qū)長度為30m。分層填筑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 不同碾壓設(shè)備、松鋪厚度、粗徑的填筑層分布示意圖

用全站儀放出線路的中樁和邊樁（兩側(cè)一般均加寬不少于50cm），在中樁和邊樁處插打上竹片樁，再沿邊樁線用石灰灑出邊坡線；用水準(zhǔn)儀測出左邊樁、左6m樁、中樁、右6m樁、右邊樁位置處的下承層的標(biāo)高，再根據(jù)松鋪厚度及設(shè)計(jì)標(biāo)高在竹片樁上綁上紅布條作為標(biāo)示，以便推土機(jī)、平地機(jī)控制填土厚度。每層施工前均按照以上順序分別定出中、邊樁并測量標(biāo)高。

1.3 施工順序

施工順序：下承層頂面處理→填料準(zhǔn)備→裝、運(yùn)、卸填料→推土機(jī)攤鋪、整平→靜壓、弱振、強(qiáng)振→檢測→終壓收平。

1.4 填土、攤鋪、整平

填土區(qū)段按照網(wǎng)格布料，根據(jù)運(yùn)料車的容積和松鋪厚度確定卸土點(diǎn)間距，卸土?xí)r設(shè)專人指揮，力求卸土準(zhǔn)確。

填土區(qū)段按照網(wǎng)格化布料后用推土機(jī)將填料攤鋪平整至竹片樁的標(biāo)記位置，推土機(jī)攤鋪平整的同時(shí)應(yīng)對路肩基進(jìn)行初步壓實(shí)，以免壓路機(jī)壓到路肩時(shí)邊坡溜土。平整后測量人員迅速恢復(fù)每段面左右各6m樁、中樁及左右邊樁位置，測出各點(diǎn)標(biāo)高，并計(jì)算各點(diǎn)的松鋪厚度。用推土機(jī)攤鋪后實(shí)測土的含水量，如果含水量適中，即用壓路機(jī)碾壓進(jìn)行壓實(shí)，得到最佳碾壓效果。初壓之后的局部凹坑采用人工或挖掘機(jī)整平。

為保證填料的級配良好和均勻，攤鋪時(shí)發(fā)現(xiàn)填料顆粒粒徑級配不良，粗顆?；蚣?xì)顆粒分布不均勻時(shí)，先用推土機(jī)混合，經(jīng)目測填料顆粒粒徑級配較為良好后，再平整、碾壓。

當(dāng)巖塊強(qiáng)度較高、含水量較低時(shí)，為提高碾壓效率，可以適當(dāng)灑水，加速巖塊在外力作用下的軟化、風(fēng)化和崩解。

液壓振動(dòng)壓路機(jī)碾壓試驗(yàn)地段填筑順序按照松鋪厚度0.3ｍ→0.35ｍ→0.25ｍ的順序進(jìn)行，松鋪厚度根據(jù)現(xiàn)場填筑試驗(yàn)的實(shí)際情況適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

1.5 碾壓

進(jìn)行碾壓前對填筑層的分層厚度和大致平整程度進(jìn)行檢查，確認(rèn)松鋪厚度和平整程度符合要求后再進(jìn)行碾壓。壓路機(jī)按S形走行，相鄰兩行碾壓輪跡至少重疊30cm，保證不漏壓。

碾壓時(shí)由路基兩側(cè)開始向中心縱向碾壓。第一層先用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，弱振2遍，再強(qiáng)振3遍，進(jìn)行K30、EVD、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等項(xiàng)目檢測，比較檢測結(jié)果再進(jìn)行第四遍強(qiáng)振碾壓，再檢測K30、EVD、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等項(xiàng)目，比較檢測結(jié)果再進(jìn)行第五遍強(qiáng)振碾壓檢測K30、EVD、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等，按此步驟循環(huán)操作至第7遍，比較檢測結(jié)果，檢測完成后靜壓1遍消除輪跡。壓路機(jī)的的碾壓行駛速度為2～3km/h，最大碾壓行駛速度不超過4km/h。各區(qū)段交接處，應(yīng)互相重疊壓實(shí)，縱向搭接長度不少于2m，沿線路縱向行與行之間壓實(shí)重疊不應(yīng)小于40cm，上下兩層填筑接頭應(yīng)錯(cuò)開不小于3.0m。

按照第一層檢測結(jié)果及第一層的操作步驟，進(jìn)行第一、第二層的實(shí)驗(yàn)，對檢測結(jié)果進(jìn)行比較。

壓實(shí)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，恢復(fù)每段面左右各6m樁、中樁及左右邊樁位置，測出各控制點(diǎn)標(biāo)高，并計(jì)算各點(diǎn)的壓實(shí)厚度，通過松鋪厚度和壓實(shí)厚度計(jì)算松鋪系數(shù)。

2 檢測方法、標(biāo)準(zhǔn)

2.1 檢測方法

每個(gè)填筑層分區(qū)布置不少于3個(gè)檢測斷面，每個(gè)檢測斷面在線路中心和兩側(cè)各布置一個(gè)檢測點(diǎn)。

強(qiáng)振從第3遍開始，每碾壓一遍對布置的檢測點(diǎn)進(jìn)行K30、Evd、密實(shí)度（可采用灌砂、水法和核子密度濕度儀測定）、孔隙率、松鋪厚度、松鋪系數(shù)測定和取樣進(jìn)行篩分（確定碾壓遍數(shù)條件下的顆粒級配、粒徑等）。檢測位置選取見圖2。

圖2 振動(dòng)碾壓地段碾壓工藝檢測平面布置示意圖

2.2 檢測標(biāo)準(zhǔn)

基床底層采用粗粒土填料填筑時(shí)，填料的最大粒徑不得大于10cm?；驳讓犹盍蠅簩?shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表1的規(guī)定，采用地基系數(shù)K30、動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)K（或孔隙率n）三項(xiàng)指標(biāo)控制。檢測標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 基床底層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

注：壓實(shí)系數(shù)K為重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

路堤本體采用粗粒土填料填筑時(shí)，路堤本體填料的最大粒徑不得大于15cm。路堤本體填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表2的規(guī)定，采用地基系數(shù)K30、壓實(shí)系數(shù)K（或孔隙率n）二項(xiàng)指標(biāo)控制。檢測標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 路堤填料及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

注: K為重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

為確保填料的碾壓密實(shí)和均勻，要求達(dá)到路堤本體和基床底層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的填料中＜5mm粒徑的含量不小于20%，不均勻系數(shù)Cu＝16～50，曲率系數(shù)Cc＝1～3。

壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最大干密度對于碎石路堤，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，按＞5mm的碎石含量與最大干密度曲線來確定。對于塊石路堤，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）T0133表面振動(dòng)壓實(shí)儀法或振動(dòng)臺(tái)法確定塊石填料的最大干密度。

3 填筑過程試驗(yàn)檢測

第一層填料來源為DK149+786.00～DK150+215.00工點(diǎn)的弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖局部夾砂巖、含礫砂巖巖塊，填料粒徑分為≤15cm和≤10cm兩種，個(gè)別較大的礫石，運(yùn)至現(xiàn)場敲擊破碎或挑選剔除至路基外緣運(yùn)走。

第二層填料來源為南城車站挖方地段的弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖局部夾砂巖、含礫砂巖巖塊，填料粒徑分為≤15cm和≤10cm兩種，個(gè)別較大的礫石，運(yùn)至現(xiàn)場敲擊破碎或挑選剔除至路基外緣運(yùn)走。

第三層填料來源為南城車站挖方地段的弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖局部夾砂巖、含礫砂巖巖塊，填料粒徑分為≤15cm和≤10cm兩種，個(gè)別較大的礫石，運(yùn)至現(xiàn)場敲擊破碎或挑選剔除至路基外緣運(yùn)走。

根據(jù)填料進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

3.1 篩分實(shí)驗(yàn)

根據(jù)《不同填料粒徑不同碾壓遍數(shù)條件下的篩分結(jié)果對比表》分析，第一層填料在靜壓1遍，弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值。

在碾壓7遍之后，第一層填料粒徑≤15cm（DK147+240～DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在21.55%～30.35%之間，不均勻系數(shù)Cu在19.56～36.45之間，曲率系數(shù)Cc在1.6～2.4；下部15cm小于5mm顆粒含量在16.05%～19.58%之間，不均勻系數(shù)Cu在14.25～15.95之間，曲率系數(shù)Cc在0.62～0.89；均能滿足要求。

在碾壓7遍之后，第一層填料粒徑≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在20.64%～29.68%之間，不均勻系數(shù)Cu在17.83～19.86之間，曲率系數(shù)Cc在1.53～2.05；下部15cm小于5mm顆粒含量在14.68%～18.36%之間，不均勻系數(shù)Cu在13.98～15.95之間，曲率系數(shù)Cc在0.64～0.95，均能滿足要求。

第二層填料在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值。

在碾壓7遍之后，第二層填料粒徑≤15cm（DK147+240～ DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在19.21%～21.67%之間，不均勻系數(shù)Cu在19.21～49.7之間，曲率系數(shù)Cc在1.53～2.7；下部15cm小于5mm顆粒含量在17.23%～19.34%之間，不均勻系數(shù)Cu在14.05～54.1之間，曲率系數(shù)Cc在3.07～13.4；均能滿足要求。

在碾壓7遍之后，第二層填料粒徑≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在26.5%～62.61%之間，不均勻系數(shù)Cu在32.6～40.1之間，曲率系數(shù)Cc在1.8～2.7；下部15cm小于5mm顆粒含量在15.7%～54.25%之間，不均勻系數(shù)Cu在50.4～52.8之間，曲率系數(shù)Cc在0.89～23.6，均能滿足要求。

第三層填料在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值。

在碾壓7遍之后，第三層填料粒徑≤15cm（DK147+240 ～DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在21.87%～30.72%之間，不均勻系數(shù)Cu在18.74～35.49之間，曲率系數(shù)Cc在1.73～2.31；下部15cm小于5mm顆粒含量在17.23%～19.34%之間，不均勻系數(shù)Cu在15.97～12.84之間，曲率系數(shù)Cc在0.71～1.01；均能滿足要求。

在碾壓7遍之后，第三層填料粒徑≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm顆粒含量在16.24%～23.41%之間，不均勻系數(shù)Cu在18.44～26.34之間，曲率系數(shù)Cc在1.85～2.01；下部15cm小于5mm顆粒含量在18.92%～19.89%之間，不均勻系數(shù)Cu在14.92～20.49之間，曲率系數(shù)Cc在0.94～1.32；均能滿足要求。

3.2 密實(shí)度

根據(jù)《不同檢測方法條件下的密實(shí)度對比表》分析：

第一層密實(shí)度檢測采用核子密度、濕度儀和壓實(shí)度K值雙控，在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后填料粒徑≤15cm的核子密度、濕度儀檢測值在96.9～99.8，K值在93.4～98.6，填料粒徑≤10cm的核子密度、濕度儀檢測值在96.4～98.7，K值在93.6～99.7，均能滿足要求。

第二層密實(shí)度檢測采用核子密度、濕度儀和壓實(shí)度K值雙控，在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后填料粒徑≤15cm的核子密度、濕度儀檢測值在95.3～99.6，K值在93.5～98，填料粒徑≤10cm的核子密度、濕度儀檢測值在96.4～98.7，K值在94.1～98.7，均能滿足要求。

第三層密實(shí)度檢測采用核子密度、濕度儀和壓實(shí)度K值、灌水法三控，在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后填料粒徑≤15cm的核子密度、濕度儀檢測值在95.96～98.43，K值在95.3～96.7，灌水法在20.9～31.3，填料粒徑≤10cm的核子密度、濕度儀檢測值在95.53～99.06，K值在95.8～96.3，灌水法在28.4～31.3，均能滿足要求。

3.3 密實(shí)度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd

根據(jù)《不同填料粒徑、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)檢測結(jié)果一覽表》分析。

第一層密實(shí)度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后填料粒徑≤15cm的密實(shí)度（灌砂法）值在96.9～99.8，K30在184～196，孔隙率ｎ在23.5～27.6，Evd值在40.8～70.8，均能滿足要求。填料粒徑≤10cm的密實(shí)度（灌砂法）值在95.9～99.2，K30在178～210，孔隙率ｎ在23.9～26.1，Evd值在41.7～66.2，均能滿足要求。

第二層密實(shí)度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后填料粒徑≤15cm的密實(shí)度（灌砂法）值在95.2～99.6，K30在157～205，孔隙率ｎ在24.1～27.3，Evd值在45.6～52.3，均能滿足要求。填料粒徑≤10cm的密實(shí)度（灌砂法）值在95.3～99.6，K30在163～208，孔隙率ｎ在23.5～27.4，Evd值在40.2～48.2，均能滿足要求。

第三層密實(shí)度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍之前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有部分偏離標(biāo)準(zhǔn)值，在強(qiáng)振碾壓7遍之后，填料粒徑≤15cm的密實(shí)度（灌砂法）值在96.81～99.06，K30在167～178，孔隙率ｎ在24.1～30.2，Evd值在41.8～60.3，均能滿足要求。填料粒徑≤10cm的密實(shí)度（灌砂法）值在95.53～99.27，K30在158～170，孔隙率ｎ在29.6～31.3，Evd值在41.8～61.8，均能滿足要求。

3.4 松鋪系數(shù)

根據(jù)《不同碾壓遍數(shù)條件下的松鋪系數(shù)表》分析。

第一層在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振3遍后，填料粒徑≤15cm的平均松鋪系數(shù)為1.15，強(qiáng)振4遍平均松鋪系數(shù)為1.19，強(qiáng)振5遍平均松鋪系數(shù)為1.2，強(qiáng)振6遍平均松鋪系數(shù)為1.17，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.19；填料粒徑≤10cm的強(qiáng)振3遍后平均松鋪系數(shù)為1.11，強(qiáng)振4遍平均松鋪系數(shù)為1.14，強(qiáng)振5遍平均松鋪系數(shù)為1.14，強(qiáng)振6遍平均松鋪系數(shù)為1.15，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.15。

第二層在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振3遍后，填料粒徑≤15cm的平均松鋪系數(shù)為1.05，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.07；填料粒徑≤10cm的強(qiáng)振3遍后平均松鋪系數(shù)為1.03，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.03。

第三層在靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振6遍后，填料粒徑≤15cm的平均松鋪系數(shù)為1.13，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.14；填料粒徑≤10cm的強(qiáng)振6遍后平均松鋪系數(shù)為1.15，強(qiáng)振7遍平均松鋪系數(shù)為1.16。

4 結(jié)束語

通過多次針對性的工藝試驗(yàn)，本段選擇曲線不均勻系數(shù)Cu>5，曲率系數(shù)Cc＝1～3，<2mm含量不小于5％的級配良好、均勻的泥巖、紅砂巖改良填料，依據(jù)現(xiàn)場天氣情況適當(dāng)灑水以改良填料性質(zhì)，碾壓工藝選擇靜壓1遍、弱振2遍、強(qiáng)振7遍，基本滿足填筑工藝要求。

由于本段路基可用合格填料很少，缺少大量的填料，如果不用泥巖、紅砂巖等風(fēng)化軟巖作填料，就必須遠(yuǎn)運(yùn)取土并另選取土、棄土場，這將大大地增加工程用地，并造成環(huán)境污染和水土流失，增加工程投資。采用改良的泥巖、紅砂巖等風(fēng)化軟巖作填料，確定其工藝參數(shù)，對向莆鐵路具有指導(dǎo)施工和降低施工費(fèi)用等意義，而且還有廣泛的社會(huì)效益，既節(jié)約了投資，又解決了取棄土占地和對環(huán)境的影響等問題。

[1] 杜永昌.高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 2006.

[2] 呂有盛.浙中地區(qū)以紅砂巖作為路基填料的探討[J].山西建筑，2007,11（22）：57-59.