簡(jiǎn)述高速鐵路路基施工技術(shù)及質(zhì)量檢測(cè)方法

來旭俠

摘 要：根據(jù)高速鐵路路基的功能與特性，簡(jiǎn)要介紹路基地基處理、路基填筑、過渡段施工技術(shù)和質(zhì)量檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；路基；施工技術(shù)；檢測(cè)方法

中圖分類號(hào)： U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）17-73-2

1 高速鐵路路基特點(diǎn)

高速度、高密度、高舒適性、高安全性是高速鐵路的四大特點(diǎn)，高速鐵路路基工程，作為一個(gè)力學(xué)結(jié)構(gòu)的整體必須具備較高的抗變形能力與一定的剛度穩(wěn)定性，以達(dá)到工后沉降滿足運(yùn)行要求，特別是無砟軌道路基在運(yùn)行期間，通過調(diào)整軌道的變形量來彌補(bǔ)路基變形的空間是非常有限的，這就要求從設(shè)計(jì)到施工要嚴(yán)格控制路基、橋涵隧過渡段的工后沉降和不均勻沉降，高速鐵路控制線路的工后沉降量滿足要求是線下過程的最終目標(biāo)，追求差異沉降、不均勻沉降為零是高速鐵路線下工程的理想目標(biāo)，因此說路基工程的變形控制是高速鐵路質(zhì)量控制的關(guān)鍵，采用先進(jìn)科學(xué)的施工技術(shù)和檢測(cè)手段進(jìn)行路基施工質(zhì)量控制是非常必要的。

2 高速鐵路路基施工技術(shù)要求

普通鐵路路基把強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，高速鐵路路基把變形作為設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)，要求在路基材料的允許強(qiáng)度內(nèi)不能出現(xiàn)過量變形，高速鐵路路基結(jié)構(gòu)物主要由地基、基床以下路堤、基床底層、基床表層四大部分組成，各部分的主要結(jié)構(gòu)模式和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

2.1 地基處理方式及技術(shù)要求

高速鐵路路基工后沉降量的大小很大程度取決于地基處理的好壞，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和環(huán)境條件選取合適的地基處理方式。軟土、松軟土地基，當(dāng)?shù)乇硐?m范圍內(nèi)有軟弱夾層時(shí)，采用換填或重型碾壓處理，換填材料一般為改良土或粗粒料，處理后技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到相應(yīng)部位路基壓實(shí)控制指標(biāo)。地下水位較低且松軟土層較淺（7m以內(nèi)）的地基，采用強(qiáng)夯或強(qiáng)夯置換法加固，強(qiáng)夯加固的地基在施工過程采用靜力觸探儀確定孔隙水壓力消散過程，加固完成后采用復(fù)合地基承載力、標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)定加固效果。 埋深12m以內(nèi)的軟土及松軟土地基，采用攪拌樁、CFG樁或打入樁加固處理；位于地表硬殼下的松軟土及軟土地基，采用振沖擠密碎石樁、攪拌樁等方法加固。不論何種地基條件，在施工前必須進(jìn)行地質(zhì)核查，一般每100m布置一個(gè)斷面，在地層變化區(qū)加密核查，以確保地基加固方式正確，地質(zhì)核查采用靜力觸探儀復(fù)查地層地質(zhì)分布情況，加固后的地基技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)必須進(jìn)行分析，采取可靠的補(bǔ)充加固方式。

2.2 路基基床填筑技術(shù)要求

路基填筑包括基床以下路堤填筑、基床底層填筑、基床表層填筑三大部分，路基的變形大小取決于填筑材料的選擇和壓實(shí)狀況，填料的土體顆粒特征是決定路基物理力學(xué)性能的內(nèi)因，壓實(shí)效果是體現(xiàn)土體力學(xué)性能的外因，路基質(zhì)量的好壞取決于填料的選擇和應(yīng)用。

①路基填筑材料要求。路基填筑材料必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般基床以下路堤和基床底層采用A、B組填料或改良土進(jìn)行，A、B組填料為天然的粗粒土，經(jīng)過篩分加工制備，要求最大粒徑基床以下路堤≯15cm，基床底層≯10cm，不同等級(jí)填料分層D15/d85≤4，級(jí)配良好，新鮮堅(jiān)硬，若采用C組填料時(shí)必須經(jīng)過化學(xué)或物理改良，A、B組填料壓實(shí)效果不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)也需要根據(jù)料源的顆粒特性采取有效的改良措施?；脖韺邮锹坊苯映惺芰熊嚭奢d的載體，要具備強(qiáng)化、消散、防浸入、防滲、防凍脹等作用，填料必須采用級(jí)配良好的新鮮級(jí)配碎石或砂礫石，最大粒徑60mm，0.075顆粒含量4%-10%。

②路基填筑工藝要求。路基填筑施工工藝嚴(yán)格按照四區(qū)段六流程進(jìn)行，不同部位的填料，需進(jìn)行工藝性試驗(yàn)確定施工參數(shù)，料源要定期復(fù)查，通過室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)控制指標(biāo)，填筑過程為確保路基壓實(shí)質(zhì)量和均勻性，每層壓實(shí)厚度最厚≯30cm，最薄≮15cm，壓實(shí)機(jī)具采用重型振動(dòng)碾，一般為靜壓1遍，弱壓2遍，強(qiáng)壓2-4遍，再靜壓1遍，這種組合可以提高壓實(shí)效果，擊振力要求400-500kN，振動(dòng)頻率在25-50Hz，行進(jìn)速度3-6km/h，填料含水量控制在最優(yōu)含水2%范圍以內(nèi)，平整度和縱橫坡滿足驗(yàn)標(biāo)偏差要求。

2.3 路橋、路涵過渡段技術(shù)要求

橋涵與路基連接部位，橋涵為圬工結(jié)構(gòu)基本上不沉降或很少產(chǎn)生沉降，而路基作為土工結(jié)構(gòu)沉降是不可避免的，路橋、路涵過渡段是路基產(chǎn)生不均勻沉降和差異沉降的關(guān)鍵部位，設(shè)計(jì)上目前采用一定長(zhǎng)度的倒梯形結(jié)構(gòu)，用摻加3%-5%水泥的級(jí)配碎石分層填筑實(shí)現(xiàn)圬工結(jié)構(gòu)與路基的平順連接，在施工時(shí)要嚴(yán)格按照分層厚度進(jìn)行填筑，在與路基搭接部位采用臺(tái)階式實(shí)現(xiàn)過渡段與路基的密切結(jié)合，同時(shí)在圬工結(jié)構(gòu)與路基連接位置設(shè)置排水結(jié)構(gòu)、錐坡結(jié)構(gòu)等方式以控制過渡段的變形量。

3 路基施工質(zhì)量主要檢測(cè)方法

3.1 動(dòng)力觸探檢測(cè)方法

①檢測(cè)目的和原理。利用一定的錘擊能量，將一定規(guī)格的探頭和探桿打入土中，根據(jù)貫入過程土的抗阻大小判別土層變化，進(jìn)行力學(xué)分析，評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)。動(dòng)力觸探分為輕型、重型和特重型，可測(cè)定不同地層地基承載力和土體變形模量，它還可以用于查明地層在垂直和水平方向的均勻程度，確定樁基承載力。

②檢測(cè)要點(diǎn)。作業(yè)前機(jī)具安裝必須穩(wěn)固，在作業(yè)過程中心支座不得偏移，動(dòng)力觸探時(shí)應(yīng)始終保持重錘沿導(dǎo)桿垂直下落，錘擊頻率控制在15～30擊/min；動(dòng)力觸探的錘座距孔口高度不宜超過1.5m，探桿應(yīng)保持垂直。

③數(shù)據(jù)處理。輕型動(dòng)力觸探以每層實(shí)測(cè)擊數(shù)的算術(shù)平均值作為該層的觸探擊數(shù)平均值N10，按公式N10=8n-20計(jì)算地基承載力； 重型動(dòng)力觸探以每層實(shí)測(cè)擊數(shù)的算術(shù)平均值作為該層的觸探擊數(shù)平均值N63.5，根據(jù)場(chǎng)不同土層特性查表取得地基承載力。

3.2 靜力觸探檢測(cè)方法

①檢測(cè)目的和原理。用來劃分土層界面、土類定名、確定地基承載力和單樁極限荷載等。靜力觸探單橋探頭可測(cè)定土的比貫入阻力，雙橋探頭可測(cè)定土的端阻和側(cè)阻，為施工現(xiàn)場(chǎng)的工序銜接提供時(shí)間依據(jù)。

②檢測(cè)要點(diǎn)。安放觸探機(jī)，使用反力措施保持靜力觸探達(dá)到預(yù)定深度，調(diào)零后，勻速施壓，在整個(gè)貫入過程中不得提升探頭，每貫入0.1m或0.2m記錄一次數(shù)據(jù)，探頭拔出地面后，應(yīng)及時(shí)清洗、檢查，進(jìn)行下一觸探時(shí)，孔壓探頭的過濾片和應(yīng)變腔應(yīng)重新進(jìn)行脫氣處理。

③數(shù)據(jù)處理。單孔觸探成果資料應(yīng)包括：各觸探參數(shù)隨深度的分布曲線；土層的名稱、潮濕程度或塑性狀態(tài)、地下水位；各層土的觸探參數(shù)值和地基參數(shù)值；孔壓觸探時(shí)應(yīng)進(jìn)行孔壓隨時(shí)間變化的過程采集，必要時(shí)附端阻隨時(shí)間的過程曲線。

以深度為縱軸，以觸探參數(shù)為橫軸繪制觸探曲線，其中側(cè)阻值、修正的貫入孔壓值及端阻值之間的數(shù)值比例宜取1：10：100；根據(jù)觸探曲線劃分土層，對(duì)主要受力層應(yīng)纖細(xì)劃分，對(duì)工程有影響的軟弱下臥層應(yīng)單獨(dú)分出。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)方法

①檢測(cè)目的和原理。用于判斷砂類土密實(shí)程度或黏性土的塑性狀態(tài)，評(píng)定砂類土、粉土的地震液化，確定土層剖面并可取擾動(dòng)土樣進(jìn)行一般物理性試驗(yàn)。

②檢測(cè)要點(diǎn)。檢測(cè)時(shí)先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層高程以上15㎝處，將貫入器豎直打入土層中15㎝后，以小于30擊/min的錘擊頻率開始記錄打入10㎝的擊數(shù)，累計(jì)打入30㎝的擊數(shù)為實(shí)測(cè)擊數(shù)N；密實(shí)土層中貫入不足30㎝而擊數(shù)超過50擊時(shí)，應(yīng)終止試驗(yàn)，并記錄實(shí)際貫入度△s和累計(jì)擊數(shù)n，按式N=30n/△s換算成貫入擊數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)不宜少于3孔，各孔試驗(yàn)點(diǎn)的間距，在地基主要受力層內(nèi)宜為1～2m，且每一主要土層的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于6個(gè)，測(cè)試深度超過15m時(shí)，可放寬試驗(yàn)點(diǎn)的間距。

③數(shù)據(jù)處理。剔除數(shù)據(jù)中異常值，按照檢測(cè)結(jié)果確定砂類土的相對(duì)密度和密實(shí)狀態(tài)，確定粘性土的塑性狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)，用于評(píng)價(jià)地基加固效果。

3.4 路基壓實(shí)地基系數(shù)K30檢測(cè)方法

①檢測(cè)目的和原理。用于測(cè)定土體抗力指標(biāo)。其原理是用直徑30㎝的荷載板測(cè)定下沉量為1.25mm時(shí)地基承受荷載值。

②主要儀器設(shè)備及檢測(cè)要點(diǎn)。K30平板荷載儀由荷載板、加荷裝置、反力裝置、下沉量測(cè)定裝置及其他輔助設(shè)備組成，適用于填料最大粒徑不大于荷載板1/4的各類土、土石混合填料及級(jí)配碎石填料，測(cè)試面必須是平整無坑洞；試驗(yàn)采用逐級(jí)加載，當(dāng)下沉量超過規(guī)定的基準(zhǔn)值（1.25mm），或者荷載強(qiáng)度超過估計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最大接觸壓力，或者達(dá)到地基的屈服點(diǎn)，試驗(yàn)即可終止。

③數(shù)據(jù)處理。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算地基系數(shù)K30，繪制荷載與下沉量（P-S）關(guān)系曲線。

3.5 路基靜態(tài)彈性模量Ev2檢測(cè)方法

①試驗(yàn)?zāi)康暮驮怼v2靜態(tài)模量試驗(yàn)是通過圓形承載板和加載裝置對(duì)地面進(jìn)行第一次加載和卸載后，再進(jìn)行第二次加載，用測(cè)得的承載板下應(yīng)力和與之相應(yīng)的承載板中心沉降量，來計(jì)算變形模量Ev2及Ev2 /Ev1值的試驗(yàn)方法；適用于粒徑不大于荷載板1/4的各類土和土石混合料和級(jí)配碎石，其目的是測(cè)定路基在靜態(tài)下的剛度和二次加載后的變形模量，用于評(píng)定路基靜態(tài)剛度和變形性能。

②主要儀器設(shè)備及檢測(cè)要點(diǎn)。變形模量Ev2測(cè)試儀由承載板、加荷裝置、反力裝置、下沉量測(cè)定裝置組成。

Ev2測(cè)試場(chǎng)地應(yīng)平整，檢測(cè)時(shí)先預(yù)加0.01MPa荷載穩(wěn)定30s，第一次加載分為6級(jí)，并以大致相等的荷載量（0.08MPa）逐級(jí)加載，達(dá)到最大荷載0.5MPa時(shí)卸載，承載板卸載按最大荷載的50%、25%和0三級(jí)進(jìn)行；第二次加載應(yīng)與第一次荷載相同，直至第一次加載最大荷載的倒數(shù)第二級(jí)為止；每級(jí)加載或卸載過程必須在1min內(nèi)完成；加載或卸載時(shí)，每級(jí)荷載的保持時(shí)間為2min，在該過程中荷載應(yīng)保持恒定。

③數(shù)據(jù)處理。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制應(yīng)力—沉降量曲線圖，通過應(yīng)力—沉降量曲線在0.3σmax和0.7σmax之間割線的斜率確定Ev值，變形模量公式Ev=1.5r/（α1+α2σ1max），其中Ev2/Ev1的比值可用來評(píng)定檢測(cè)結(jié)果的正確性，一般不應(yīng)大于2.5。

3.6 路基動(dòng)態(tài)彈性模量

①試驗(yàn)?zāi)康暮驮?。采用?dòng)態(tài)變形測(cè)定儀來檢測(cè)土體承載力動(dòng)態(tài)指標(biāo)，能夠反映列車在高速運(yùn)行時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變的變化；Evd試驗(yàn)測(cè)試有效深度范圍400～500mm；其目的是評(píng)定路基在動(dòng)態(tài)荷載下的剛度和變形能力。

②檢測(cè)要點(diǎn)。動(dòng)態(tài)平板荷載試驗(yàn)儀由落錘儀和沉陷測(cè)定儀組成；測(cè)試面必須整平，檢測(cè)過程導(dǎo)向桿的垂直度和測(cè)試面的傾斜度不大于5°，檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格控制落距。

③數(shù)據(jù)處理。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算動(dòng)態(tài)彈性模量，公式 Evd=22.5/S。

4 結(jié)語

高速鐵路對(duì)路基從地基到路基本體的技術(shù)性能要求均比較高，我國(guó)在技術(shù)上注重吸收國(guó)際高速鐵路的先進(jìn)技術(shù)，制定了符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路設(shè)計(jì)、施工的新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)，路基地基處理按照一次到位，不留后患的原則，采取科學(xué)合理的加固處理措施對(duì)地基隱患進(jìn)行治理，路基填筑引進(jìn)了雙控壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的新概念，提出了強(qiáng)度與變形同步控制，這些完善的施工技術(shù)和先進(jìn)的檢測(cè)手段的應(yīng)用為保障高速鐵路建設(shè)質(zhì)量起到了極大的促進(jìn)作用。