鐵路填石路基現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)研究

鄭密密，樊 敏

(1.貴州民族大學(xué);2.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1 引 言

填石路基作為一種特殊的路基結(jié)構(gòu)型式，在公路中有了廣泛的應(yīng)用。填石路基填料粒徑較大，所以在施工方面與填土路基是有一定區(qū)別的。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)填石路基的施工工藝都沒有較為完整的研究成果，施工過(guò)程缺少定量的技術(shù)指導(dǎo)。鐵路部門在這方面的研究甚少，本文主旨在為以后填石路堤在鐵路上的應(yīng)用提出一些參考意見本文結(jié)合在建的貴廣高速鐵路的聯(lián)絡(luò)線現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段，致力研究討論鐵路方面填石路堤的壓實(shí)技術(shù)。

2 試驗(yàn)過(guò)程中的變化參數(shù)

本次試驗(yàn)中所用的填料由現(xiàn)場(chǎng)山體爆破而得，屬硬質(zhì)石灰?guī)r。試驗(yàn)所用的填料最大粒徑控制為100 mm。經(jīng)綜合考慮原設(shè)計(jì)方案，施工條件和試驗(yàn)時(shí)間，經(jīng)費(fèi)等因素?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最后確定的有關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)選取范圍

3 碾壓機(jī)械的選擇

碾壓機(jī)械的種類非常多。不同的填料適用不同的壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)，如對(duì)于粘性土宜采用羊角碾，而對(duì)非粘性土就不適用。根據(jù)以往的的一些經(jīng)驗(yàn)，大能量的振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)填石料的壓實(shí)效果最好。振動(dòng)碾圧在振動(dòng)的過(guò)程中，填料會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而使不同粒徑之間顆粒的相互填充和擠密;同時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)的還能以連續(xù)、快速?zèng)_擊波的形式作用于填料，在石料中產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，使得顆?？朔舜酥g的阻力而重新擠密，利于壓實(shí)。一般而言，對(duì)于填石路基的壓路機(jī)械選用原則是:選用工作質(zhì)量大，激振力大，振動(dòng)頻率合適(30～35 Hz)，振幅較高(1.8 mm 以上)的機(jī)型。最好選用拖式振動(dòng)壓路機(jī)。因此，本次試驗(yàn)選用20 t 振動(dòng)壓路機(jī)作為壓實(shí)機(jī)具。

4 壓實(shí)方式

為了探討攤鋪厚度對(duì)壓實(shí)效果的影響，試驗(yàn)過(guò)程采用4種攤鋪厚度，即45 cm、50 cm、55 cm、60 cm，針對(duì)每種厚度的碾壓6～8 遍，檢測(cè)每遍碾壓后的沉降差和沉降率，初步地了解填料的壓實(shí)效果。碾壓時(shí)，第一遍通常是采用靜壓，然后再采用振動(dòng)碾壓。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在直線段上進(jìn)行的，碾壓由兩邊向中間，縱向進(jìn)退式進(jìn)行。碾壓時(shí)，橫向之間要求有20 cm 左右的橫向搭接。實(shí)驗(yàn)中還要討論碾壓速度對(duì)壓實(shí)效果的影響，所以碾壓時(shí)也采用不同的速度對(duì)不同的攤鋪厚度進(jìn)行碾壓。根據(jù)以往的研究知道，若碾壓速度變成原來(lái)的2 倍，要達(dá)到同樣的碾壓效果，碾壓遍數(shù)也要變成原來(lái)的2倍。所以，為達(dá)到最佳的壓實(shí)效率，碾壓速度必須合理選擇。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)攤鋪厚度

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段填料現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總體分析，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一填料在相同壓實(shí)條件下，填石路基的沉降率同攤鋪厚度存在一定的關(guān)系。從圖1 可總結(jié)出攤鋪厚度與沉降率的關(guān)系，

圖1 攤鋪厚度與沉降率的關(guān)系

由此可知，填料在相同的壓實(shí)條件下，在一定的層厚范圍內(nèi)沉降率隨著攤鋪厚度的增大而增大，在某個(gè)層厚達(dá)到最大值，之后又隨著攤鋪厚度的增大而減小。從圖中可以看到層厚從45～52 cm 時(shí)沉降率一直增大，而從層厚52 cm 繼續(xù)增大時(shí)沉降率反而在減小。以上結(jié)果表明，對(duì)于填石路堤而言，存在著一個(gè)較為合理的碾壓厚度，此時(shí)路堤的沉降最大，壓實(shí)效果最好。

(2)碾壓遍數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于不同碾壓遍數(shù)，路堤的沉降率也會(huì)有變化，每組填料在不同攤鋪厚度情況下的沉降率變化情況整理結(jié)果如下:

圖2 沉降率與壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系

由圖3 可知，在增加碾壓遍數(shù)的情況下，填料的沉降率都隨之增加，最后趨于穩(wěn)定。圖示里面攤鋪厚度為50 cm時(shí)，沉降率最大。究其原因可能是該層是地基處理后第一層攤鋪，地基在振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生了沉降，而且根據(jù)虛鋪厚度的分析結(jié)果可知，最優(yōu)的虛鋪厚度在52 cm 左右。從圖還可以看出不管是何種攤鋪厚度，在相同的壓實(shí)機(jī)械條件下，在第2～4 遍碾壓時(shí)沉降較為明顯，在第4～7 遍沉降變緩?？偟膩?lái)說(shuō):路基填筑體的密實(shí)程度隨碾壓遍數(shù)的增加而增加，而碾壓遍數(shù)增加到一定程度后，路基填筑體密實(shí)程度的增長(zhǎng)率變小，趨于緩和。

(3)碾壓速度

合適的碾壓速度對(duì)路基的壓實(shí)質(zhì)量及工程的經(jīng)濟(jì)性都有一定的影響，試驗(yàn)也對(duì)壓路機(jī)在快速和慢速的情況下進(jìn)行了研究。

圖3 碾壓速度與碾壓遍數(shù)以及沉降率的關(guān)系

從圖4 的曲線變化趨勢(shì)可以得出:三種填料在相同的碾壓遍數(shù)下的沉降率都是隨著碾壓速度的增大在減小。但是鑒于壓實(shí)效率的問題又不可能讓碾壓速度太慢，且從圖中可以看到填料的沉降率在2 km/h 和4 km/h 時(shí)相差并不是很大，所以可以采用4 km/h 的速度。

(4)含水量

在本次試驗(yàn)路段上，針對(duì)填料的含水量對(duì)路基壓實(shí)效果的影響問題也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方案是，在同樣攤鋪厚度55 cm 的情況下，其中一層料是在填料原始的天然含水量條件下進(jìn)行壓實(shí)施工。另一層料則是通過(guò)灑水車進(jìn)行灑水工作，灑水量控制在填方量的4%左右，這個(gè)數(shù)值主要是以室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果為參考。兩個(gè)斷面均用相同壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)控制在7 遍，然后進(jìn)行壓實(shí)效果對(duì)比。

表2 含水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上面表的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，灑水后的干密度與不灑水的干密度大0.073 g/cm3，灑水壓實(shí)后的沉降率比不灑水的大0.47%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并參考以往有關(guān)研究資料，可以看出，對(duì)于堅(jiān)硬類巖石的填石路基而言，其填料強(qiáng)度高，粒徑較大，透水性良好，含水量對(duì)粒徑較大的石料的影響很小，通過(guò)增加含水量來(lái)改變壓實(shí)效果，作用不會(huì)很明顯，反而會(huì)增加施工工序，增耗工程費(fèi)用，影響施工進(jìn)度。

6 結(jié) 論

(1)針對(duì)填料采取了四種不同的攤鋪厚度進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)沉降率的檢測(cè)指標(biāo)對(duì)其碾壓后的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。填石料的攤鋪厚度合理范圍在50～55 cm 之間。

(2)填石路基的碾壓速度宜選為2～4 km/h 之間，碾壓速度開始宜用慢速。

(3)填石路基的總沉降率隨碾壓遍數(shù)的增加而增加，但是增加到一定程度后，路基碾壓兩遍之間的沉降的增長(zhǎng)率變小，趨于緩和。

(4)對(duì)于硬質(zhì)巖石的填石路基，路基含水量對(duì)壓實(shí)效果的影響很小，可不作含水量的特殊要求。

［1］吳祥海.填石路基施工工藝的控制研究［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

［2］張小紅.淺談客運(yùn)專線鐵路路基施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［J］.科技資訊，2010，(15).

［3］客運(yùn)專線鐵路路基質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］沙愛民，賈侃.填石路基施工技術(shù)［M］.人民交通出版社，2007.