既有線高速鐵路路基加寬施工技術(shù)研究

張 帆

(中鐵七局集團鄭州工程有限公司， 鄭州 450052)

既有線高速鐵路路基加寬施工技術(shù)研究

張 帆

(中鐵七局集團鄭州工程有限公司， 鄭州 450052)

文章針對既有線高速鐵路路基加寬施工技術(shù)不成熟的情況，分析了既有線高速鐵路路基加寬設(shè)計隨著全國重要城市東西南北高速鐵路匯入平行交叉逐漸增多，既有線高速鐵路路基加寬施工經(jīng)驗存在不足，并結(jié)合新建鄭機城際鐵路引入既有350 km/h石武高速鐵路二郎廟ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43段路基加寬的實際，研究了具有良好整體穩(wěn)定性、施工性和受力均勻特點的既有線高速鐵路兩側(cè)四個斷面同時填筑平行穿插作業(yè)方法，既有路基兩側(cè)邊坡坡腳區(qū)域地基處理由內(nèi)向外跳樁法CFG樁施工技術(shù)，基床以下路堤、基床底層試驗段填筑工藝，以及新老路基結(jié)合處、排水處理和沉降變形觀測技術(shù)等既有線高速鐵路路基加寬施工關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用效果良好，可為類似工程提供借鑒。

既有線； 高速鐵路； 路基加寬； 施工技術(shù)

1 工程概況

新建鄭州東站至新鄭國際機場城際鐵路引入既有石武高速鐵路二郎廟線路所，引入段致使石武客運專線跨隴海鐵路特大橋與跨機場高速公路特大橋之間既有石武客運專線路基兩側(cè)加寬[1-2]，里程范圍為：ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43，長477.126 m。在以往路基加寬施工中，既有線一般為有砟軌道普通鐵路，多采取臺階開挖、分層碾壓的方法進行施工。但零沉降要求的路基加寬施工中，既有線為精調(diào)過的無砟軌道高速鐵路[3]。本方案采用既有路基兩側(cè)跳樁法施工CFG樁，且對稱同時填筑，合理配置機械，優(yōu)化施工工藝，確保加寬路基的壓實質(zhì)量，又保證了既有路基的安全。

2 施工方案和工藝流程

2.1 施工方案

既有路基兩側(cè)合理劃分出4個施工斷面，4個斷面同時填筑進行平行穿插作業(yè)，布局緊湊。有效防止既有路基兩側(cè)受力不均勻出現(xiàn)壓力對既有路基整體穩(wěn)定性造成的影響，同時避免了設(shè)備閑置，提高了機械使用效率。既滿足施工質(zhì)量要求又符合高速鐵路路基加寬施工實際情況的施工機具組合形式和施工工藝。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程[4]如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3 施工操作要點

3.1 CFG樁基礎(chǔ)施工

(1)既有高速鐵路路基兩側(cè)加寬段坡腳區(qū)域地基采用CFG樁[4-5]處理，樁徑0.5 m，樁長18～24 m，樁間距1.6 m，正方形布置。既有路基兩側(cè)CFG樁同時施工。為了減小在樁基施工過程中對既有路基的擾動，既有路基邊坡坡腳區(qū)域采用由內(nèi)向外及跳樁法施工，避免既有路基隆起、下沉等情況。

(2)CFG-26型鉆機鉆孔，鉆進速度應(yīng)先慢后快，控制鉆桿搖晃。樁頭到設(shè)計標(biāo)高后開始長螺旋鉆孔管內(nèi)HBT-90KW型泵送混凝土，鉆桿桿芯充滿混凝土后開始拔管，拔管速度宜控制在2～3 m/min。灌注樁混凝土配合比為：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水=1∶4.17∶5.94∶0.67∶0.017∶1，混凝土坍落度為160～200 mm。

(3)樁頭截取后，對樁身質(zhì)量進行無損檢測，檢驗合格后方可進行樁帽施工。成型樁帽如圖2所示。

圖2 成型樁帽

3.2 填料選定

所選填料取自與既有高速鐵路路基所用B組填料相同的取土場，保證了填料來源的一致性，使新建路基與既有路基整體平穩(wěn)。

通過室內(nèi)試驗得出，所選填料的顆粒密度為2.73 g/cm3，最大干密度為2.36 g/cm3,最佳含水率為4.1%。所選填料的顆粒分布如表1所示。

表1 填料的顆粒分布

3.3 路堤填筑試驗

3.3.1 確定最佳松鋪厚度

本試驗段在確定最佳松鋪厚度時采用的壓實工藝為：靜壓1遍、弱振1遍、強振3遍、弱振1遍、靜壓收光1遍，共碾壓7遍。改變不同的松鋪厚度，采用相同的碾壓工藝進行施工以確定最佳松鋪厚度。

第1層松鋪厚度36 cm, 碾壓7遍后，壓實厚度為30 cm，地基系數(shù)K30>130.1 MPa/m，孔系率n為23.7%，含水率4.5%，計算出松鋪系數(shù)為 1.20 ；

第2層松鋪厚度38 cm, 碾壓7遍后，壓實厚度為32 cm，地基系數(shù)K30>130.1 MPa/m，孔系率n為25.6%，含水率4.7%，計算出松鋪系數(shù)為 1.19；

第3層松鋪厚度40 cm，碾壓7遍后，壓實厚度為35 cm，地基系數(shù)K30>130.1 MPa/m，孔系率n為24.6%，含水率4.5%，計算出松鋪系數(shù)為 1.14。

試驗段3層填筑施工現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同松鋪厚度下壓實效果對照表

根據(jù)《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》及設(shè)計規(guī)定，基床以下路堤按地基系數(shù)K30和孔隙率n、壓實系數(shù)K指標(biāo)控制，如表3所示。

表3 基床以下路堤壓實標(biāo)準(zhǔn)、檢驗數(shù)量及檢驗方法

試驗證明：碾壓遍數(shù)均為7遍時，按3種不同的松鋪厚度填筑，均可滿足壓實標(biāo)準(zhǔn)。顯而易見，最佳松鋪厚度確定為40 cm。

3.3.2 確定最佳碾壓遍數(shù)

第4層、第5層分別以最佳松鋪厚度40 cm，以不同碾壓遍數(shù)進行壓實，確定最佳碾壓遍數(shù)。具體實驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同碾壓遍數(shù)下壓實效果對照表

試驗證明：在松鋪厚度40 cm時，壓實厚度35 cm， 最佳碾壓遍數(shù)為7遍。

3.3.3 確定最佳施工含水率

試驗得出，本試驗段采用的A、B組填料最佳含水率為4.4%，現(xiàn)場填筑過程中含水量控制在最佳值的±2﹪范圍內(nèi)，即3.5%～4.5%，取土場內(nèi)取出的B組填料含水量在3.5%～4.5%之間。根據(jù)上述確定最佳松鋪厚度和最佳碾壓遍數(shù)的試驗顯示，本取土場的B組填料最佳含水率控制在3.5%～4.5%之間最為合理，取出的土不需進行晾曬或灑水，可以直接進行填筑。

3.4 過渡段基床表層以下填料填筑試驗

3.4.1 確定最佳松鋪厚度

第1層松鋪厚度25 cm，碾壓7遍后，壓實厚度為20 cm，地基系數(shù)K30>160 MPa/m，孔系率n為20，含水率5.7%，計算出松鋪系數(shù)為 1.25 。

第2層松鋪厚度27 cm，碾壓7遍后，壓實厚度為23 cm，地基系數(shù)K30>160 MPa/m，孔系率n為20.3，含水率5.4%，計算出松鋪系數(shù)為 1.17。

第3層松鋪厚度30 cm，碾壓7遍后，壓實厚度為25 cm，地基系數(shù)K30>160 MPa/m，孔系率n為19.8，含水率5.6%，計算出松鋪系數(shù)為 1.20。

試驗段3層填筑施工現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 不同松鋪厚度下壓實效果對照表

根據(jù)《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》及設(shè)計規(guī)定，基床表層以下過渡段級配碎石填層按地基系數(shù)K30和孔隙率n、Evd指標(biāo)控制，如表6 所示。

表6 過渡段基床表層以下級配碎石填層壓實

試驗證明：碾壓遍數(shù)均為7遍時，按3種不同的松鋪厚度填筑，均可滿足壓實標(biāo)準(zhǔn)。顯而易見，最佳松鋪厚度確定為30 cm。

3.4.2 確定最佳碾壓遍數(shù)

第4層最佳松鋪厚度30 cm，分別以6、7、8碾壓遍數(shù)進行壓實，確定最佳碾壓遍數(shù)。具體實驗數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 不同碾壓遍數(shù)下壓實效果對照表

試驗證明：在松鋪厚度30 cm時，壓實厚度25 cm， 最佳碾壓遍數(shù)為7遍。

3.4.3 確定最佳施工含水率

試驗得出，本試驗段采用的級配碎石摻5%水泥填料最佳含水率為6.3%，現(xiàn)場填筑過程中含水量控制在最佳值的±2﹪范圍內(nèi)，即4%～8%，拌和站拌和的級配碎石填料含水量控制在7%左右。根據(jù)上述最佳松鋪厚度和最佳碾壓遍數(shù)的試驗顯示，以及水泥的凝結(jié)時間，拌和站拌和的級配碎石，應(yīng)直接進行填筑，宜在2 h內(nèi)完成施工。

3.5 與既有路基銜接處施工

(1)拆除與既有路基銜接的骨架防護工程，臺階開挖既有路基邊坡。骨架間填料部分每層開挖高度為0.7 m，長度為填料寬度，寬度為2 m。

(2)開挖完成后，填筑碾壓過程中，靠近既有路基邊坡2 m范圍內(nèi)，減小攤鋪厚度，采用人工配合小型機具進行壓實。在新老路基結(jié)合的部位設(shè)置1道寬3 m的25 kN/m的土工格柵，使其更好地銜接，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4 填筑控制標(biāo)準(zhǔn)

基床以下路堤、基床底層填筑標(biāo)準(zhǔn)按表8控制。

表8 基床以下路堤、基床底層填筑標(biāo)準(zhǔn)

5 路基排水

(1)既有高速鐵路路基兩線間每40 m設(shè)置1個集水井，水流匯集至集水井并通過φ200 mmPVC管道將水排至路基以外，PVC管道埋設(shè)在基床表層底位置處。路基加寬后，在新老路基之間設(shè)置線間縱向排水溝，如圖3所示，溝底標(biāo)高低于既有路基集水井PVC管道底標(biāo)高，水流至路基北頭的蒸發(fā)池。

圖3 新老路基間縱向排水溝

(2)新建加寬路基外側(cè)骨架護坡上面設(shè)置RCP-X715D型滲排水管。

6 測量控制點布置

(1)沉降[7-8]觀測點設(shè)置于既有路基左線、兩線中間、右線、幫寬兩側(cè)路基護肩位置，每隔約50 m設(shè)置1處沉降管和位移邊樁(過渡段地段適當(dāng)加密觀測點)，共設(shè)觀測點22個。路基觀測點設(shè)置如圖4、圖5所示。

圖4 既有路基觀測點

圖5 新建路基觀測點

(2)觀測頻率按照表9進行。

表9 路基沉降觀測頻次表

(3)新建路基最大總沉降量為22.9 mm，根據(jù)觀測成果判定加寬路基施工沒有對既有路基整體穩(wěn)定性造成影響。沉降觀測曲線如圖6所示。

圖6 沉降觀測曲線

7 結(jié)束語

(1)在鄭機城際鐵路引入石武高速鐵路二郎廟線路所ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43段路基加寬填筑，合理劃分的4個施工斷面同時填筑進行平行穿插作業(yè)，保證既有路基兩側(cè)受力均勻。

(2)既有路基兩側(cè)加寬段坡腳區(qū)域地基同時由內(nèi)向外跳樁法施工CFG樁，加強路基基礎(chǔ)處理，有效控制路基沉降。

(3)通過路基填筑試驗段施工，確定了最佳松鋪厚度、最佳壓實遍數(shù)和最佳施工含水率，確保路基壓實質(zhì)量。

(4)與既有路基邊坡2 m范圍內(nèi)銜接使用臺階開挖、土工格柵加強、減小攤鋪厚度、小型機具壓實，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

(5)研究路基排水和沉降變形觀測整套處理技術(shù)，確保既有高速鐵路路基的穩(wěn)定性。

同時有效降低了勞力及機械費用的投入，節(jié)省了成本，應(yīng)用效果良好，可為類似工程提供借鑒。

[1] 梁生武.既有線框構(gòu)橋加寬接長分段法施工技術(shù)探討[J].鐵道建筑，2011,51(5)：35-37. Liang Shengwu. Existing Frame Structure Bridge Widening Extension Fractionation Method Construction Technique Discussion [J].Journal of Railway Engineering, 2011, 51(5)：35-37.

[2] 張云祥.淺談既有行車線路抬道施工[J].路基工程, 2003,21(3)：64-66. Zhang Yunxiang.Discuss Both the Best Routes Up the Road Construction [J].Journal of Subgrade Engineering,2003,21(3)：64-66.

[3] 呂續(xù)臣.京九鐵路K334路基道碴陷槽病害整治[J].路基工程，2006,24(2)：117-118. Lv Xuchen. On Beijing-Kowloon Railway Ballast K334 Roadbed Sink Groove Defect [J].Journal of Subgrade Engineering, 2006,24(2)：117-118.

[4] 中鐵一局集團有限公司.京滬高速鐵路軟土地基處理與路基填筑施工工藝及質(zhì)量檢驗研究報告 [R].西安：中鐵一局集團有限公司，2007. China Railway No.1 Bureau Group Co., Ltd. The Beijing-Shanghai High Speed Railway Embankment of Soft Soil Foundation Treatment and Embankment Construction Technology and Quality Inspection Report [R].Xi an: China Railway No.1 Bureau Group Co., Ltd.,2007.

[5] 聶耀俊.旋噴樁在重載既有鐵路路肩加固加寬中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010,36(13)：255-256. Nie Yaojun. Rotary Spray Pile in Overloading Shoulder Strengthening Existing Railways Widened the Application [J].Journal of Shanxi Building, 2010 ,36(13) ：255-256.

[6] 黃賢生.鐵道工務(wù)論文集 (第1冊)[C].北京：中國鐵路出版社，2003. Huang Xiansheng. Proceedings of the Railway Works (vol. 1) [C]. Beijing: China Railway Publishing House, 2003.

[7] 蘇藝,許兆義,王連俊,等.青藏鐵路路基加寬的變形特征研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2003,11(3)：288-296. Su Yi,Xu Zhaoyi, Wang Lianjun,et al. Deformation Characteristics of the Qinghai-Tibet Railway Embankment Widening Research [J].Journal of Engineering Geology, 2003,11(3):288-296.

[8] 李耐振.既有線改造新舊路基結(jié)合部位的沉降規(guī)律研究[D].北京:北京交通大學(xué),2009. Li Naizhen.Existing Lines of Combining Site Renovation of Old and New Embankment Settlement Rule Research [D].Beijing: Beijing Jiaotong University, 2009.

Research on Construction Technology for Widening the Subgrade of Existing High Speed Railways

ZHANG Fan

(China Railway Group in Seven Innings Zhengzhou Engineering Co.,Ltd., Zhengzhou 450052,China)

Aiming at the immature of construction technology in widening the subgrade of existing in high speed railway, this paper analyzes the design on the increasing high speed railways from each directions leading in parallel intersections in China’s main cities and points out the shortcomings in construction experience of widening the existing high speed railway subgrade. Combining the widening subgrade at ZWDK717+589.304～ZWDK718+066.43 Erlangmiao section, in which the newly-built Zhengzhou east station-Xinzheng national airport intercity railway is introduced into the existing ShiWu high speed railway, construction key technologies in widening subgrade are researched and applied effectively, which provide reference for similar engineering. These technologies are including working methods of filling four cross sections simultaneously on both sides of the railway whose subgrade is favorable overall stability, constructability and stress uniformity, and the GFC pile construction technology of inside-out for ground treatment of toe of slope on each side of existing subgrade, filling technology for test section of embankment and bottom under bedding, drainage treatment and settlement deformation observation technologies at old and new subgrade joint.

existing lines; high speed railway; widening subgrade; construction technology

2015-09-28

張帆(1965-)，男，工程師。

1674—8247(2016)01—0091—05

U213.1

A