渝萬鐵路長壽—墊江段改良土填料路基施工質(zhì)量控制

王明慧，邱立群，陳榮山，朱永波

(1.渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014;2.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011; 3.鐵科院(北京)工程咨詢有限公司，北京 100081)

渝萬鐵路長壽—墊江段改良土填料路基施工質(zhì)量控制

王明慧1，邱立群2，陳榮山2，朱永波3

(1.渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014;2.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011; 3.鐵科院(北京)工程咨詢有限公司，北京 100081)

我國西南地區(qū)多為山嶺重丘區(qū)，路基填料主要為路塹挖方及隧道棄渣等土石混合料，其填筑工藝及工法相對成熟，但西南地區(qū)仍有部分地段路基挖方為Ⅲ類土及Ⅳ級軟石，無法直接破碎加工后作為高速鐵路路基填料。本文通過渝萬鐵路客運(yùn)專線路基填筑工程實(shí)例，探討西南地區(qū)軟土改良后的填料施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，為我國西南地區(qū)高速鐵路類似工程提供借鑒。

西南地區(qū) 客運(yùn)專線 改良土 質(zhì)量控制

1 工程概況

渝萬鐵路又稱渝萬城際鐵路、渝萬客運(yùn)專線，是重慶主城到萬州區(qū)的一條高速鐵路，是中國鐵路網(wǎng)中長期規(guī)劃中的重要客運(yùn)專線鄭渝鐵路(鄭州—重慶)的重要組成部分，同時(shí)也是聯(lián)系西南地區(qū)和中原地區(qū)、華北地區(qū)的主要客運(yùn)快速通道，兼顧沿線城際及旅游客流運(yùn)輸。線路全長247.2 km，設(shè)計(jì)時(shí)速250 km。

渝萬鐵路正線路基線路長247.2 km，新建正線路基長70.772 km，區(qū)間路基長56.889 km。路基點(diǎn)多，分散，短小。對其縱向剛度均勻性要求高。

本線沿線路地質(zhì)情況復(fù)雜，主要以紅層砂泥巖、砂巖為主。根據(jù)工程具體情況，本著環(huán)保節(jié)能、綠色施工的原則就地取材，優(yōu)先選取挖方作為填料。其中長壽—墊江段路基挖方以強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉質(zhì)黏土為主，無法破碎加工后直接用作填料，采用破碎后摻加水泥進(jìn)行改良后用作路基填料。本文通過對改良土試驗(yàn)段填筑工藝的研究，探討改良土質(zhì)量的影響因素，為改良土施工質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。

2 改良土室內(nèi)試驗(yàn)及填料制備

2.1 改良土的室內(nèi)試驗(yàn)

相對于 A、B組填料，改良土填料的室內(nèi)試驗(yàn)較多，改良土的室內(nèi)試驗(yàn)主要包括原土料的性質(zhì)試驗(yàn)、外摻料(本文采用水泥)的性質(zhì)試驗(yàn)、改良土的配合比試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。原土料需進(jìn)行有機(jī)質(zhì)和硫酸鹽含量檢驗(yàn)，以及原土的基本物理指標(biāo)試驗(yàn)。外摻料(水泥)需檢測凝結(jié)時(shí)間、安定性和強(qiáng)度指標(biāo)。在原土料和外摻料的質(zhì)量合格后，需進(jìn)行配合比和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)。改良土拌和前，還需測定原土料和混合料的含水率，并根據(jù)測試結(jié)果和環(huán)境條件及時(shí)調(diào)整施工配合比，控制改良土混合料出場時(shí)的含水率在工藝試驗(yàn)確定的范圍內(nèi)。在改良土出場前，需進(jìn)行最大干密度和延遲時(shí)間試驗(yàn)，見表1。

表1 改良土室(場)內(nèi)試驗(yàn)名稱或指標(biāo)

2.2 改良土填料的制備

我國目前的改良土制備主要有廠拌法、路拌法和場拌法。其中廠拌法主要是將原土料、外摻料集中到一處，利用大型拌和設(shè)備集中拌制，統(tǒng)一運(yùn)往填筑現(xiàn)場。該施工方法需要大面積的場地、廠房和便利的交通，優(yōu)點(diǎn)是能夠較好控制拌和質(zhì)量，但是在鐵路這種線狀結(jié)構(gòu)中，成本較大，難于推廣。路拌法是在施工現(xiàn)場，先攤鋪原土料，后鋪撒外摻料，最后使用現(xiàn)場拌和機(jī)械進(jìn)行拌和。此方法的最大缺點(diǎn)是拌和的均勻性不足，施工質(zhì)量不易保證。綜合以上情況，目前通用的做法是場拌法，即將拌和的材料運(yùn)至一集中的就近拌和場地，將填料、摻合料進(jìn)行破碎、拌和，之后再將拌好的填料運(yùn)至待填路基，進(jìn)行攤鋪、整平、碾壓。場拌法的主要機(jī)械有穩(wěn)定土拌和設(shè)備、液壓碎土設(shè)備和液壓碎石設(shè)備。以下結(jié)合渝萬鐵路的施工實(shí)例介紹場拌法的場內(nèi)質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1)含水率控制

在場拌法施工中，含水率的大小直接影響著粉碎機(jī)械的粉碎功效和質(zhì)量。在現(xiàn)場應(yīng)試驗(yàn)不同含水率情況下的原土破碎效率，得出合理的含水率范圍。如遇雨水天氣，應(yīng)及時(shí)將取土場覆蓋，避免大面積的雨水浸泡造成原土含水率過高從而引起現(xiàn)場難于粉碎，影響施工工效。在拌和過程中，應(yīng)提前關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，不應(yīng)在雨天施工。如拌和過程出現(xiàn)下雨天氣，應(yīng)及時(shí)停止拌和，并將拌和料廢棄，不得強(qiáng)行運(yùn)至現(xiàn)場施工。在拌和過程中，應(yīng)安裝可準(zhǔn)確計(jì)量的加水設(shè)備，并在拌和前對原土料的含水率進(jìn)行測試，根據(jù)原土料的測試結(jié)果，結(jié)合配合比及環(huán)境情況，調(diào)整施工配合比，確保拌和出的改良土混合料的含水率在允許范圍內(nèi)。

2)顆粒粒徑控制

《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10751—2010)要求化學(xué)改良土混合料中不應(yīng)該含有＞15 mm的土塊，在原土破碎過程中，應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)破碎后的土粒顆粒大小，避免因篩網(wǎng)破損導(dǎo)致的顆粒過大，影響拌和效果。

3)外摻料劑量控制

外摻料的劑量直接關(guān)系著改良土混合料的質(zhì)量，是控制的重點(diǎn)。應(yīng)采用安設(shè)有可靠計(jì)量設(shè)施的拌和設(shè)備，在投入使用前進(jìn)行標(biāo)定，并按照生產(chǎn)規(guī)?；驎r(shí)間進(jìn)行校驗(yàn)，確保外摻料劑量在允許誤差范圍內(nèi)。

3 改良土現(xiàn)場檢驗(yàn)及質(zhì)量控制

1)外摻料劑量檢驗(yàn)

化學(xué)改良土在填筑前，應(yīng)對外摻料的劑量進(jìn)行檢驗(yàn)，允許偏差為試驗(yàn)配合比的外摻料劑量 －0.5% ～+1.0%，試驗(yàn)方法為EDTA滴定法。外摻料劑量檢驗(yàn)的試驗(yàn)流程此不贅述，其試驗(yàn)尤其需要注意試驗(yàn)時(shí)間的選擇，應(yīng)在改良土拌和后4 h(初凝時(shí)間)內(nèi)完成，否則水泥開始凝固，對試驗(yàn)結(jié)果的影響較大，試驗(yàn)結(jié)果偏小，數(shù)據(jù)失真。

2)壓實(shí)系數(shù)K

改良土的現(xiàn)場檢驗(yàn)主要是對壓實(shí)成果的檢驗(yàn)，按照TB 10751—2010的要求，其驗(yàn)收指標(biāo)見表2。

表2 化學(xué)改良土填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)行)

改良土與一般填料在現(xiàn)場檢驗(yàn)上存在較大區(qū)別，對其沒有地基系數(shù)K30的檢驗(yàn)要求，而增設(shè)了7 d飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的檢驗(yàn)指標(biāo)。查閱舊版的《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160號，已作廢)，其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)含地基系數(shù)K30的檢驗(yàn)指標(biāo)要求，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為K30≥90 MPa/m(見表3)。為此，在試驗(yàn)段做了K30的檢測試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在壓實(shí)系數(shù)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，K30的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過舊版驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求，可見K30的檢測對于改良土試驗(yàn)已經(jīng)沒有實(shí)際控制意義。

表3 基床以下路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)(舊版)

在壓實(shí)度的檢測試驗(yàn)中，現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水泥改良土的壓實(shí)度隨碾壓結(jié)束后齡期的增長而增長，圖1是現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)后的一組檢測數(shù)據(jù)(檢測數(shù)據(jù)來自基層以下路基的頂層)。

圖1 壓實(shí)度與齡期的關(guān)系

由圖1可見，在碾壓結(jié)束后即進(jìn)行壓實(shí)度檢測，壓實(shí)系數(shù)偏低。其在后期有一定增長，甚至在28 d齡期時(shí)出現(xiàn)了“超百”現(xiàn)象，說明水泥改良土的壓實(shí)度具有可增長性，有一定的安全儲備。

3)7 d飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu

qu是化學(xué)改良土特有的一項(xiàng)檢測指標(biāo)。在改良土填筑碾壓結(jié)束后，按照區(qū)間正線路基沿線路縱向連續(xù)長度每100 m抽樣檢測3組無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。樣品在選取后應(yīng)及時(shí)送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，待養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

本試驗(yàn)的缺點(diǎn)是檢測指標(biāo)需要7 d的養(yǎng)護(hù)后方可檢驗(yàn)，且每層均需檢測，將導(dǎo)致現(xiàn)場施工無法連續(xù)。如一層填筑碾壓結(jié)束后，7 d后方可確定該層的強(qiáng)度指標(biāo)是否合格，進(jìn)而確定是否允許進(jìn)入下一層的施工，嚴(yán)重制約了現(xiàn)場施工進(jìn)度。目前施工單位的普遍做法是在每層填筑后將抽檢的取樣送入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)，并在現(xiàn)場檢驗(yàn)壓實(shí)系數(shù)K合格后即進(jìn)入下一層的施工，待7 d后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，通過修正得出現(xiàn)場強(qiáng)度，如試驗(yàn)結(jié)果合格，則判定合格;如某一層不合格，則將該層以上填筑部分挖除，重新填筑。此施工方法可保證現(xiàn)場連續(xù)作業(yè)，但是一旦7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不合格，則需要進(jìn)行返工，成本較大。

目前的改良土檢測指標(biāo)采用壓實(shí)度與7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行雙控存在一定的缺陷，尤其是7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)需要填筑后7 d方可得出試驗(yàn)結(jié)果。該指標(biāo)可作為檢驗(yàn)性指標(biāo)，但不適合過程控制，給施工帶來了一定的不便。如果能增設(shè)灰劑量或其他關(guān)鍵指標(biāo)，能及時(shí)檢驗(yàn)填筑質(zhì)量，將有利于改良土填筑質(zhì)量控制，可作為今后改進(jìn)的方向。

4)現(xiàn)場填筑工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)

改良土填筑階段的主要工序包括拌和、攤鋪整平、碾壓、檢測等。

拌和。拌和之前應(yīng)檢測土料含水率，如含水率偏高，應(yīng)將土料翻曬晾干。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水泥摻和比及試驗(yàn)得出的最佳含水率，計(jì)算加水量和加水泥量，進(jìn)行試拌。對試拌成品進(jìn)行EDTA滴定，檢測摻和量是否足夠，摻和施工是否均勻。試拌結(jié)束后方可規(guī)模化生產(chǎn)。

攤鋪整平。拌和料檢驗(yàn)后應(yīng)迅速運(yùn)至現(xiàn)場。應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段確定的虛鋪厚度計(jì)算卸車密度，以便于一次性攤鋪整平，并分別用推土機(jī)初平和平地機(jī)精平。為爭取在改良土水泥初凝前完成碾壓，需使用平地機(jī)進(jìn)行精平，提高平整效率。場地整平應(yīng)形成4%的橫向拱坡。

碾壓。碾壓是改良土填筑的關(guān)鍵工序。根據(jù)試驗(yàn)段確定的填筑工藝成果，采用了20 t壓路機(jī)，按照基床以下路基靜壓1遍→弱振1遍→強(qiáng)振3遍→靜壓1遍和基床底層靜壓1遍→弱振1遍→強(qiáng)振4遍→靜壓1遍的碾壓組合施工。

檢測。碾壓結(jié)束后，進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)K檢驗(yàn)及抽取7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，送實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

在現(xiàn)場施工中尤其要注意水對改良土施工質(zhì)量的影響，要點(diǎn)如下:

1)基底是否含水。在填筑底層改良土前，應(yīng)確?；谉o涌水、滲水等水害，確保改良土填筑后不會被基底水浸泡。

2)填筑前應(yīng)開挖好排水溝、側(cè)溝等臨時(shí)排水設(shè)施，確保改良土填筑后遇下雨天氣不會造成雨水浸泡路基基腳。

3)填筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料的含水率，控制在最佳含水率的±2%范圍內(nèi)。每個(gè)填筑層應(yīng)設(shè)置4%的橫向路拱。施工前應(yīng)準(zhǔn)備篷布等防雨設(shè)施，填筑過程遇雨水天氣，應(yīng)及時(shí)覆蓋已碾壓成型的部分，避免雨水浸泡。對未碾壓完成的部分，待雨天結(jié)束后應(yīng)挖除重新填筑。

另外，水泥改良土的強(qiáng)度經(jīng)歷摻合料的水化反應(yīng)和壓實(shí)過程而產(chǎn)生，除了與水泥摻量有關(guān)，也與填筑工藝有關(guān)。在試驗(yàn)段進(jìn)行填筑強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)改良土的強(qiáng)度隨碾壓時(shí)間的延遲而降低。這是因?yàn)楦牧纪猎诎韬秃蠹撮_始水化反應(yīng)，如不及時(shí)碾壓，將導(dǎo)致水泥顆粒與周圍松散土體形成土團(tuán)，而再次碾壓時(shí)無法有效壓實(shí)，并將導(dǎo)致已發(fā)生水化反應(yīng)的水泥失去與周圍土顆粒的粘結(jié)作用，致使混合料松散，也進(jìn)一步降低了混合料的強(qiáng)度。為此，填筑碾壓過程應(yīng)盡快完成(4 h內(nèi))，現(xiàn)場施工時(shí)切忌長段攤鋪，而應(yīng)攤鋪一段，碾壓一段，成型一段。

4 實(shí)例分析

4.1 改良土試驗(yàn)段的填料選材

選擇渝萬鐵路DK104+197.5—DK104+267.5作為基床以下改良土路基試驗(yàn)段。試驗(yàn)段填料選自挖方泥巖夾砂巖的強(qiáng)風(fēng)化巖層及粉質(zhì)黏土，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)繪制干密度—含水率關(guān)系曲線，確定最大干密度為2.17 g/cm3，最優(yōu)含水率為8.2%(見圖2)。經(jīng)篩析法顆粒分析，得到的顆粒級配曲線(見圖3)Cu=d60/d10=19.79，Cc=d230/(d10×d60)=1.12，判定原土顆粒級配良好(Cu≥5且Cc=1～3)。

圖2 試驗(yàn)段干密度—含水率關(guān)系曲線

圖3 顆粒級配曲線

4.2 試驗(yàn)段現(xiàn)場檢測試驗(yàn)

1)壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系

為得到最優(yōu)碾壓遍數(shù)，在同一個(gè)層厚的壓實(shí)度檢測中，取得了壓實(shí)系數(shù)與碾壓遍數(shù)的關(guān)系曲線，如圖4?？芍?，使用20 t壓路機(jī)在碾壓6遍以上時(shí)，檢測的壓實(shí)系數(shù)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，且隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加，壓實(shí)系數(shù)的增長緩慢，可選擇6遍作為最優(yōu)碾壓遍數(shù)。

圖4 壓實(shí)系數(shù)與碾壓遍數(shù)的關(guān)系

2)壓實(shí)度與含水率的關(guān)系

為得到壓實(shí)度與含水率的關(guān)系，在不同的含水率、同樣的碾壓方式和遍數(shù)(6遍)的情況下，檢測碾壓后的壓實(shí)度，得到壓實(shí)系數(shù)與含水率關(guān)系曲線，見圖5。由圖可知，在最優(yōu)含水率(8.2%)時(shí)，壓實(shí)系數(shù)達(dá)到最大值。含水率超出最優(yōu)含水率后，隨著含水率的增加，壓實(shí)系數(shù)降低明顯?？梢?，在現(xiàn)場施工中，應(yīng)將含水率控制在最優(yōu)含水率附近，過大的含水率將導(dǎo)致填料無法壓實(shí)。

圖5 壓實(shí)系數(shù)與含水率的關(guān)系

3)試驗(yàn)結(jié)果

按照上述試驗(yàn)得出的最優(yōu)含水率和最優(yōu)碾壓遍數(shù)，確定了試驗(yàn)段的填筑方法。填筑結(jié)束后，通過灌砂法測得試樣的干密度，與最大干密度的比值即為壓實(shí)系數(shù)K，并抽樣檢測7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，按規(guī)范進(jìn)行修正。檢測結(jié)果見表4，均滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 試驗(yàn)段現(xiàn)場檢測結(jié)果

5 結(jié)語

雖然改良土填料在我國高速鐵路建設(shè)中已廣泛應(yīng)用，但在西南地區(qū)以強(qiáng)風(fēng)化泥巖、粉質(zhì)黏土作為原土料的應(yīng)用并不廣泛。在這些地區(qū)改良土的施工質(zhì)量控制應(yīng)注意以下方面:

1)理清室內(nèi)試驗(yàn)要求，嚴(yán)格把關(guān)原土料、外摻料的質(zhì)量。

2)拌和過程應(yīng)采用場拌法施工，控制好原土料的含水率和外摻料的劑量。

3)填筑碾壓過程應(yīng)提前做好試驗(yàn)段總結(jié)，選擇好松鋪厚度和最優(yōu)碾壓遍數(shù)的組合，碾壓過程中須控制改良土含水率在最優(yōu)含水率允許偏差范圍內(nèi)，并及時(shí)攤鋪碾壓，在水泥的初凝時(shí)間內(nèi)碾壓成型。

4)做好施工過程的臨時(shí)排水和防降雨工作，并做好成型路基的保濕養(yǎng)護(hù)。

目前，我國高速鐵路對改良土填筑采用壓實(shí)度與7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度雙控檢驗(yàn)方式，其中7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度無法及時(shí)提供檢驗(yàn)成果，用于施工過程質(zhì)量控制存在一定的缺陷。如能增加一項(xiàng)現(xiàn)場檢驗(yàn)指標(biāo)，有利于改良土施工過程質(zhì)量控制。這可作為今后改進(jìn)的方向。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10751—2010 高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB 10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］160號 客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中華人民共和國鐵道部，2005.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB 10102—2010 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10077—2001 鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［6］傅代正.高速鐵路改良填料路基施工工藝試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑，2004(3):42-43.

［7］舒海明.高速鐵路軟巖改良土試驗(yàn)及施工工藝研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2008.

［8］張智.客運(yùn)專線鐵路路基變形模量檢測與路基壓實(shí)質(zhì)量評價(jià)分析［J］.鐵道建筑，2010(7):84-86.

［9］葉陽升.論鐵路路基填料分類［J］.中國鐵道科學(xué)，2004，25 (2):35-41.

［10］王仲錦，張千里，葉陽升.鐵路路基填料分類深化研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2012，33(2):13-20.

(責(zé)任審編 李付軍)

U213.1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.20

2015-03-06;

:2015-05-10

王明慧(1964— )，男，教授級高級工程師，博士。

1003-1995(2015)11-0065-04