非洲干旱環(huán)境鐵路路基填料壓實技術(shù)

黃濤，尤浩，周玉丁，李雨沁，李沛，曹忠露

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

非洲干旱環(huán)境鐵路路基填料壓實技術(shù)

黃濤1，尤浩1，周玉丁1，李雨沁1，李沛2，曹忠露2

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

非洲處于干旱地區(qū)，自然環(huán)境條件惡劣，蒸發(fā)量遠大于降水量，氣候異常干燥，土源均干燥缺水，壓實困難，并且施工用水來源困難?？刂铺盍虾?，確保壓實質(zhì)量，提高作業(yè)效率是必須攻克的難題之一。通過蒙內(nèi)鐵路項目第二標段的路基C料施工為例，應用燜料工藝來解決填料含水率問題，保證了路基的壓實質(zhì)量，為今后非洲干旱環(huán)境路基施工提供參考。

路基施工；干旱；粉質(zhì)黏土；含水率；燜料

蒙內(nèi)（蒙巴薩至內(nèi)羅畢）鐵路項目第二標段工程位于非洲肯尼亞Taita郡，起訖里程：DK70+ 000—DK 214+000。該地區(qū)常年炎熱干燥，風沙大，年平均降水量300～900 mm，年平均蒸發(fā)量1 650～2 400 mm，蒸發(fā)量遠大于降水量，土源干燥缺水。路基填料在干燥缺水狀態(tài)下，壓實困難[1]。以DK125+800—DK126+100試驗段路基填筑工程為例，路基填料為當?shù)胤圪|(zhì)黏土，應用燜料工藝確保粉質(zhì)黏土處于最佳含水狀態(tài)，保證路基壓實質(zhì)量，為非洲干旱環(huán)境路基施工提供參考。

1 路基填料

試驗段路基填料為當?shù)胤圪|(zhì)黏土：棕紅色，硬塑，粉粒含量高，土質(zhì)均勻，局部含砂類土及風化巖碎塊，表層一般含植物根系，分布廣泛，揭露層厚0.5～4.1 m，Ⅱ級普通土，σ0=150 kPa；棕紅色、灰色，硬塑～堅硬，含砂礫，含量約20%～40%，局部含有少量3～5 cm風化巖碎塊，層厚大于1.8 m，Ⅱ級普通土，σ0=180 kPa[2]。

根據(jù)TB 10001—2005《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》中路基填料分類標準，使用粒度成分法（或粒徑累積法），經(jīng)測試該粉質(zhì)黏土為C組料。

2 含水率對壓實度的影響

土體的壓實機理是當錘擊或者碾壓的功克服填料顆粒間的內(nèi)摩擦阻力和凝聚力，使土顆粒之間空隙比減少，填料內(nèi)摩擦阻力和凝聚力隨密實度增加而增加。填料的含水率小時，土顆粒間內(nèi)摩擦阻力大，壓實到一定程度后，壓實功不能克服土的抗力，壓實所得的干密度小；當填料含水率逐漸增加，水在土顆粒間起著潤滑作用，使填料的內(nèi)摩擦力減小，因此同樣的壓實功可以得到較大的干密度。當填料的含水率繼續(xù)增加到某一限度后，雖然土的內(nèi)阻力還在減小，但單位體積的空氣體積已減小到最小限度，而水的體積卻在不斷增加；由于水視為不可壓縮的，因此在同樣的壓實功下，土的干密度反而逐漸減小。

與最大干密度對應的含水率稱為最佳含水率，即在相同壓實功下，能使填料達到最大干密度時的含水率。反之，在一定的壓實功作用下，只有填料處于最佳含水率時，才能達到最大干密度[3]。

3 最佳含水率的確定

一般情況下，自然狀態(tài)下的填料很難達到最佳含水狀態(tài)，通常采取的措施是：1）過干的土，適當灑水；2）過濕的土，采取翻曬或者拌合吸水材料。簡單的增加壓實遍數(shù)是不可取的，考慮到作業(yè)效率、經(jīng)濟成本，施工中采取取土場燜料工藝確保粉質(zhì)黏土處于最佳含水狀態(tài)。

通過室內(nèi)擊實試驗，繪制填料干密度與含水率的關(guān)系曲線，試驗段路基填料為當?shù)胤圪|(zhì)黏土，經(jīng)試驗室擊實試驗測試的含水率與干密度的關(guān)系曲線如圖1所示，得到試驗段路基C料最佳含水率為12.8%，最大干密度為1.91 g/cm3。

圖1 含水率與干密度關(guān)系曲線圖Fig.1Relation between water content and dry density

4 燜料工藝

4.1 燜料含水率

燜料是解決填料缺水最為實用和簡便的方法之一。為了使填料達到最佳含水率，同時考慮運輸及攤鋪過程中水分的損失，經(jīng)測算，燜料過程中水分損失按1.5%計，施工攤鋪過程按3 h損失0.5%計。經(jīng)測試，原狀土天然含水率5.3%，最佳含水率應為12.8%，差值7.5%，燜料時含水率應達到12.8%+1.5%+0.5%=14.8%。

4.2 滲透參數(shù)及燜料時間

經(jīng)放水試驗，該處粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)約為1.0 m/d，根據(jù)燜料工藝及現(xiàn)場施工過程中的連續(xù)性，同時考慮取料深度，燜料時間定為2 d。

4.3 料場燜料

取土場位于線路左側(cè)紅線征地范圍內(nèi)，地質(zhì)情況與線路相同，C組料深度1.5 m左右。

先用推土機對取土場表面進行清理，表土存放在紅線邊界附近，取土結(jié)束后將表土回填。采取挖槽加水燜料方式使粉質(zhì)黏土達到最佳含水量。

燜土原理及方法：利用水的傳遞滲透原理，先開挖溝槽加水燜料，12 h后開挖堆料，繼續(xù)燜料24 h，加水量按下式計算：

式中：QW為擬加水量，t；QT為擬取土方量，m3；w0為填料最優(yōu)含水量，%；wt為填料天然含水量，%；ρt為填料天然干密度，t/m3；0.02為預計水量損失值。

具體燜料過程如下：

1）測量放線。測量放出水槽平面位置，水槽寬度按照挖機斗寬1.6 m控制，水槽按照1.6 m間距間隔分布。

2）開挖水槽。在放線區(qū)域用挖機開挖水槽，深度為取土深度的70%，取土深度1.5 m，則水槽開挖深度為1.05 m。第一道溝槽土方放置取土范圍外，具體開挖尺寸見圖2。

圖2 開挖尺寸示意圖Fig.2Sketch of excavation size

3）注水。采用水車拉水往水槽加水，加水深度計算如下：

單位米加水量QW=取土寬度×取土深度× 1 m×土最大干密度×摻水百分比÷水的密度，取土寬度為1.6 m+1.6 m=3.2 m，足點取土深度為1.5m，粉質(zhì)黏土最大干密度1.91 g/cm3，摻水百分比=最佳含水率-天然含水率+損失含水率=12.8%-5.3%+2%=9.5%，綜上，單位米加水量=0.87 m3，加水深度=0.58 m。

4）覆土。注水完成后，開挖下道溝槽，將開挖溝槽土放入已注水溝槽內(nèi)。

5）循環(huán)。開挖—加水—覆土，直至最后一道溝槽覆土完畢。

6）取料。覆土結(jié)束12 h后，開挖進行堆料。

7）燜料。此過程不少于24 h。

8）運料。燜料結(jié)束，裝料運往現(xiàn)場施工。

燜料作為整個施工環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，最佳含水量的控制對施工質(zhì)量、施工效率有極大的影響[4]。本次試驗燜料的成效顯著，填料含水量控制較好，且比較均勻。

5 填料壓實

5.1 壓實準備

首先，挖除原地表腐殖土，挖除樹根。對施工圖設(shè)計文件中的地基土地質(zhì)情況進行現(xiàn)場觀察、核對；若現(xiàn)場地基土地質(zhì)情況與施工圖設(shè)計文件不符時，應及時反饋監(jiān)理及設(shè)計方，以便采取相應的處理措施。

經(jīng)推土機整平，因機械作業(yè)的緣故，表面會有1～3 cm浮土，灑水（灑水量根據(jù)浮土厚度控制），鋼輪振動壓路機碾壓，碾壓開始時間以土不沾輪為準，最后靜壓收面，行走速度控制在3～4 km/h。

5.2 測量放樣

放出試驗段路基中樁，按照路基路肩高程和地面高程，按放坡比例算出路基寬度，在原地面上放出路基邊線。自卸汽車每車裝土15 m3，按松鋪厚度35 cm計算，則每車卸料面積為43 m2。在填土范圍內(nèi)按6.5 m×6.5 m方格灑灰線。

填筑采用縱向全斷面水平填筑，寬度按設(shè)計寬度每側(cè)加寬50 cm。

5.3 料場燜料

按照4.3節(jié)所述進行燜料。

5.4 運輸、攤鋪、精平

挖掘機裝車，由4輛自卸汽車運至試驗段現(xiàn)場，施工現(xiàn)場由專人指揮車輛按網(wǎng)格卸土，每格中卸料1車。

按照中樁及邊樁位置掛線控制松鋪厚度，采用推土機粗平2遍，平地機精平1遍。

具備一個碾壓工作面（約70 m長）需要3 h。

根據(jù)燜料工藝，開始燜料到攤鋪最快需2 d，此時含水量損失約為2%，含水量損失隨時間延長有所增加。上料后及時攤鋪，及時碾壓。

5.5 碾壓

DK125+800—DK126+100試驗段采用自重25 t振動壓路機進行路基壓實。壓實碾壓工藝：低速靜壓（1遍）→低速振壓（弱振3遍）→壓實度、地基系數(shù)檢測→低速靜壓（1遍）壓實度、地基系數(shù)檢測。

碾壓時先慢后快、先輕后重、由兩側(cè)至中間、輪跡重疊1/2，碾壓時應確保均勻，無漏壓、無死角、無明顯輪跡。若發(fā)現(xiàn)局部含水量過大翻漿或過小松散，按碾壓寬度人工挖除換填。

5.6 修整邊坡

測出頂面標高、橫坡度，恢復路線中、邊樁放樣，加寬50 cm撒控制灰線，用于修整邊坡及檢查填筑寬度。人工配合挖掘機修整邊坡。

5.7 路堤上料便道設(shè)置

為便于填料施工，在邊坡靠近便道側(cè)隨填筑高度修筑施工引道。同時為避免邊坡修整困難及質(zhì)量局部缺陷，引道修筑位置邊坡加寬2 m，待路基整體完工后挖除引道，按邊坡坡比刷坡。

5.8 壓實度、地基系數(shù)檢測

按壓實碾壓工藝要求，進行壓實度（灌砂法）和地基系數(shù)K30（平板載荷試驗）檢測[5-8]，經(jīng)檢測，所有點數(shù)均合格。

6 結(jié)語

本工程的路基施工實踐證明，開槽灌水燜料方法工效高，水份損失少，操作簡便，方法可行，適宜解決干旱環(huán)境下路基填料缺水問題，并使其達到最佳含水狀態(tài)，保證了路基的壓實質(zhì)量。

填筑施工過程中，需要注意精心組織，網(wǎng)格均勻布料，盡量縮短攤鋪、精平、碾壓施工周期；路基分層填筑一氣呵成。另外，由于粉質(zhì)黏土易失水返松，要求路堤連續(xù)施工，在填筑間隔超過1 d時，填筑前須灑水補壓。

[1]吳玉明.淺談沙漠地區(qū)風積沙路基施工[C]//全國工程地質(zhì)科技情報網(wǎng)技術(shù)交流會，2010.WU Yu-ming.Construction of aeolian sand subgrade in desert area [C]//Technology conference of national engineering geological science and technology information network,2010.

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

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SHEN Ai-qin,ZHENG Nan-xiang,SU Yi,et al.Study of compacting mechanism and construction technology of filling road bed with bearing sand silt of low liquid limit[J].China Journal of Highway and Transport,2000(4):14-17.

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LIU Ming-guo.Construction technology of railway subgrade engineering[M].Beijing:China Railway Publishing House,2014.

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YANG Guang-qing,LIU Shu-shan,LIU Tian-ming.Subgrade design and construction of high speed railway[M].Beijing:China Railway Publishing House,1999.

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[7]TZ 202—2008，客貨共線鐵路路基工程施工技術(shù)指南[S]. TZ 202—2008,Construction technical guide for subgrade engineering of mixed passenger and freight railways[S].

[8]TB 10414—2003，鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準[S]. TB 10414—2003,Standard for constructional quality acceptance of railway subgrade engineering[S].

Compaction technology of railway subgrade filling in Africa with dry condition

HUANG Tao1,YOU Hao1,ZHOU Yu-ding1,LI Yu-qin1,LI Pei2,CAO Zhong-lu2
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China；2.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

Africa is in arid region,with extremely bad natural environment condition and abnormal dry climate,its evaporation greater than the precipitation,so the soil is dry and lack of water.In addition,due to the shortage of water sources for subgrade construction,the compaction of subgrade is difficult.How to control the water content of filling materials,ensure the compaction quality and improve work efficiency is one of the problems that must be solved.Based on the subgrade construction of filling material C in section 2 of Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway,infiltrating technology was applied to solve the problem of water content of filling materials,it has ensured the compaction quality of subgrade,which can provide a reference for subgrade construction in Africa with dry condition.

subgrade construction;dry condition;silt clay;water content;infiltrating

U214

B

2095-7874（2017）06-0100-04

10.7640/zggwjs201706022

2017-03-23

黃濤（1982—），男，河南人，工程師，船舶工程專業(yè)。E-mail：huangt6399@foxmail.com