石武客運專線河南段路基試驗段填筑工藝性試驗研究

皮 銀

(中鐵七局集團第三工程有限公司,西安 710068)

新建石家莊至武漢鐵路客運專線設計時速為 350 km/h,標準高、技術含量大、施工難度系數要比普通鐵路大,路基工程做為結構物已經上升到一定的高度,是客運專線工程中的薄弱環節,更是施工全過程的重中之重。主要通過路基試驗段填筑工藝性試驗施工技術的研究,總結出一套合理的工藝流程和施工方法,從而確定填料最佳攤鋪層厚度及松鋪系數,最佳壓實方法及合理的壓實遍數,為類似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

新建鐵路石家莊至武漢客運專線 ZXDK6+332.66～ZXDK6+854.4段為路基工程,位于河南省鄭州市。根據施工圖描述 ZXDK6+332.66～ZXDK6+854.4段為松軟土、液化土及浸水地層路基,將施工階段勘察地層情況描述如下:管內地層為第四系全新統、上更新統沖洪積形成的黏性土、粉土及砂類土,根據《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—2006)及勘察數據,管內飽和的砂土和粉土可能液化,應判定本場地土層具有地震液化性,經分析淺層地基土細砂、粉土層具有地震液化性,土壤液化層深度在 15m左右,地基處理為 CFG樁加固,整個路基為填方路基。試驗段位置選擇在 ZXDK6+512.35～ZXDK6+618.13段,試驗段長度為 105.78m,填土高度 7.5～8m,全部采用細礫類 A、B組填筑,填筑方量6326m3。

2 施工方法

2.1 施工測量[1]

(1)根據復核后的設計圖紙的逐樁坐標表,用全站儀放出線路的中樁,根據實測的橫斷面推算出坡腳線寬度(兩側均加寬 50cm),用石灰線撒出坡腳線;

(2)填筑每層前選取本段里程內 2～3個斷面,放出中邊線的位置,定出樁位后,分別測出填筑前各斷面左、中、右的高程,按照設計縱向和橫向的坡率來控制各點位的填筑高度。

2.2 施工工藝

(1)填土 、攤鋪 、灑水、翻挖、平整

填土區段按照網格化布料[2],根據本試驗段采用的運土車容積,現場采用 10m×10m的方格網進行布料。布料后,用推土機初平,根據最佳含水量進行灑水,然后進行翻挖,使料充分拌勻;拌勻后平地機精平,壓路機靜壓 1遍后,人工局部修整,使填層在縱向和橫向平順均勻,以保證壓路機碾壓輪表面能基本均勻接觸層面進行壓實,達到最佳碾壓效果。推土機攤鋪平整的同時,對路肩進行初步壓實,保證壓路機進行壓實時,壓到路肩而不致滑坡。

(2)碾壓

進行碾壓前對填筑層的分層厚度和大致平整程度進行檢查[3],確認層厚和平整程度符合要求方能進行碾壓。施工過程中基床以下路堤填筑采用灌砂法、K30地基系數、Ev2、孔隙率 n等指標加以控制。壓路機直線段走行先兩邊后中間,曲線段先內側后外側,相鄰兩行碾壓輪跡至少重疊 40cm,保證不漏壓。碾壓試驗施工要點:按初壓慢速、復壓中速、終壓快速 3個步驟進行。碾壓遍數為 6～8遍,靜壓 1遍、弱振 1遍、強振2～4遍、弱振 1遍、靜壓 1遍進行,采用晾曬或灑水的方法控制實際含水量在最佳含水率范圍。

3 試驗段填筑工藝性試驗施工技術

3.1 確定最佳松鋪厚度

改變不同的松鋪厚度[4],采用相同的碾壓工藝進行施工以確定最佳松鋪厚度。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。

第一層松鋪厚度 35cm,碾壓 7遍后,壓實厚度 26 cm,地基系數 K30＞160.1MPa/m,孔隙率 n為 15.5%,含水率 5.2%,計算出松鋪系數為 1.35;

第二層松鋪厚度 37cm,碾壓 7遍后,壓實厚度 27 cm,地基系數 K30＞160.1MPa/m,孔隙率 n為 16.3%,含水率 5.4%,計算出松鋪系數為 1.37;

第三層松鋪厚度 39cm,碾壓 7遍,壓實厚度 30 cm,地基系數 K30＞160.1MPa/m,Ev2為 165.1MPa,Ev2/Ev1為 1.80,孔隙率 n為 16.4%,含水率 5.3%,計算出松鋪系數為 1.3。

試驗段三層填筑施工現場試驗檢測數據整理見表1。

表1 不同松鋪厚度下壓實效果對照

根據《客運專線路基工程施工質量驗收標準》及相關標準規定,路堤本體按地基系數 K30和Ev2、孔隙率n指標控制,基床以下路堤壓實標準、檢驗數量及檢驗方法見表2。

表2 基床底層以下路堤壓實標準、檢驗數量及檢驗方法

試驗證明:碾壓遍數均為 7遍時,按 3種不同的松鋪厚度填筑,均可滿足壓實標準,但當松鋪厚度為 35 cm和 37cm時,檢測結果遠高于壓實標準,浪費機械功,故最佳松鋪厚度確定為 39cm。

3.2 確定最佳碾壓遍數

按上述得出的最佳松鋪厚度值,以不同碾壓遍數進行壓實,確定最佳碾壓遍數。

第 4層松鋪厚度 39cm,靜壓 1遍、弱振 1遍、強振 2遍、弱振1遍后檢測各項指標并記錄數值,此時壓實厚度 30cm,地基系數 K30＞160.1MPa/m,動態變形模量Evd為 56.55MPa,孔隙率 n為 19.1%,含水率為 5.6%,Ev2為 130.4MPa,Ev2/Ev1為 1.77,碾壓 6遍后檢測各項指標并記錄數值,地基系數 K30＞160.1MPa/m,動態變形模量 Evd為 62.57MPa,孔隙率 n為 15.6%,含水率為5.7%,Ev2為 154.2MPa,Ev2/Ev1為 1.83,碾壓 7遍后檢測各項指標并記錄數值地基系數K30＞160.1MPa/m,動態變形模量 Evd為 59.8MPa,孔隙率 n為 16.7%,含水率5.7%,Ev2為 183.2MPa,Ev2/Ev1為 1.89。

壓實試驗記錄(松鋪厚度 39cm)見表3。

表3 不同碾壓遍數下壓實效果對照

試驗證明:在松鋪厚度為 39cm時,碾壓 7遍效果最佳,因此確定最佳碾壓遍數為 7遍。

3.3 確定最佳施工含水率[5]

試驗得出,本試驗段采用的 A、B組填料最佳含水率為 6.0%,現場填筑過程中含水量控制在最佳值的±2﹪范圍內,即 4%～8%,取土場內取出的 A、B組填料含水量在 4%～8%。根據上述確定最佳松鋪厚度和最佳碾壓遍數的試驗顯示,本取土場的 A、B組填料最佳含水率控制在 4%～8%最為合理,取出的土進行晾曬或灑水,直接進行填筑。

4 施工中出現的問題及處理措施

在試驗段填筑工藝性試驗施工中,不可避免地出現了一些問題,結合現場施工的實際情況,通過對問題的歸納總結,提出應對方法,取得了良好的效果。

4.1 邊坡壓實不到位,路肩不順直,橫坡控制不好

處理措施:認真檢驗填料的各項技術指標,不合格填料堅決不使用。同時選擇正確的填筑方法,沿縱向分層逐層均勻填壓,密實度、干容重等檢驗合格后,報監理工程師批準認可。配置小型壓實機具,技術、試驗人員跟班作業,對涵側、邊坡等壓路機壓不到的部位進行單獨處理,確保無填筑死角。邊坡、路肩掛線整修,確保尺寸標準、線條美觀。路基橫坡提前調整,要嚴格控制高程和線形,每隔 30m設置橫坡高程控制樁,施工時掛線隨時調整。

4.2 施工過程中出現局部填料離析或集窩現象

處理措施:機械攤鋪完填料后,由 2名工人組成的區段小組若干,對施工過程中出現局部填料離析或集窩現象及時進行局部處理,可以較好地消除這種現象。

4.3 沉降觀測元件的保護

由于沉降觀測元件設置在線路中心位置,填筑過程中如何保證沉降觀測元件不被損害,已經成為客運專線路基工程一個亟待解決的共性問題。為此,采取的方法是制作一 1.5m×1.5m×1.5m的正方體鋼筋籠,猶如圍欄一樣圍住沉降觀測元件,而沉降觀測元件附近填料采用小型打夯機進行夯實處理,取得了非常好的效果,如圖1所示。

圖1 設置鋼筋籠保護沉降觀測元件

5 工藝性試驗研究成果總結

(1)通過試驗確定最佳松鋪厚度為 39cm;

(2)松鋪厚度按照 39cm進行控制,施工松鋪系數為1.3;

(3)填料含水率為 4%～8%,進行碾壓作業效果最為理想;

(4)機械匹配:推土機初平后,平地機精平,壓路機靜壓 2遍,弱振 1遍,強振 2遍,弱振 1遍,靜壓收光1遍,碾壓 7遍,碾壓后指標均同時滿足規范要求。

6 結語

通過對試驗段填筑施工工藝性試驗施工技術研究,總結了一套行之有效的工藝流程和施工方法,并提供了大量真實、客觀的第一手數據資料,將試驗段工藝性試驗的整個流程全部展現出來。尤其針對試驗段施工過程中出現的一些問題,提出了詳細的處理措施和方法,并取得了非常好的效果,這對于提高客運專線路基大規模的填筑施工具有非常好的實際意義,同時積累了成功的經驗和數據,更為施工和設計單位提供極為寶貴的借鑒價值。

[1]鐵建設[2005]160號,客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準[S].

[2]TZ212—2005,客運專線鐵路路基工程施工技術指南[S].

[3]楊廣慶.高速鐵路路基設計與施工[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[4]TB10001— 2005,鐵路路基設計規范[S].

[5]TB10102—2004,鐵路工程土工試驗規程[S].