京滬高鐵路基工程施工質量控制探討

陳 強 上海鐵路局安全監察室

1 前言

由于路基結構隨時間、荷載等影響產生自然沉降、工后沉降等變形問題，路基工程質量控制一直是鐵路施工質量控制的重點，特別是隨著客運專線和高速鐵路建設的發展，對路基工程施工質量要求更高。隨著工程技術的發展，把路基工程作為一種“土工結構物”，按照結構物進行設計和施工的路基工程理論是當前滿足客運專線及高速鐵路路基工程要求的基本共識；而路基“土工結構物”理論中尤為關鍵的一點就是確保路基施工質量，促使路基填料以結構形式受力，因此路基施工質量控制是路基“土工結構物”的重要保證。

京滬高鐵正線全長1 318 km，路基工程162 km，約占全長的12.3%；京滬高鐵土建工程四標段路基工程共62.876 km，占總體路基工程量約40%。該段路基工程位于江蘇、安徽兩省北部黃淮沖積平原，地質條件以軟體和松軟土為主，路基填料全部采用A、B組填料填筑。

2 路基填料技術指標要求

根據京滬高鐵設計及驗收標準規定，基床底層應采用A、B組填料或改良土填筑，基床以下路堤優先選用級配良好的A、B組填料和C組碎石、礫石類填料，當選用C組細粒土填料時，必須根據土源性質進行改良。基床底層填料的粒徑不應大于100 mm，不均勻系數Cu應大于20；基床以下路堤填料的粒徑不得大于150 mm，不均勻系數Cu應大于12。對不符合上述要求的填料，可采用物理改良的方法，改善其粒徑級配。

3 填料生產及控制措施

3.1 選料

調查料源時，首先通過外觀檢查對填料進行野外地質特征判斷，選擇硬質巖石塊、棄碴、強風化硬質巖及構造和風化影響呈碎塊土狀的填料備用，并取樣進行物理力學性能試驗。取抗風化和耐崩解性較好、膨脹性等指標滿足要求的母巖或土料，作為生產A、B組碎石土或礫石土的原料。若開挖或破碎后發現含有較細、質軟顆粒等疑似膨脹性成分則取樣進行礦物成分分析。部分填料的礦物成分分析試驗結果見表1。

表1 部分工區路堤填料礦物成分分析試驗結果

根據鐵路規范要求，采用自由膨脹率、蒙脫石含量、陽離子交換量等三項指標作為膨脹土的判定依據，當符合其中的兩項指標時，即可判定為膨脹土，具體的判定指標見表2。

表2 膨脹土的詳判指標

由表1可以看出，各填料都以抗風化性能較好的石英、長石或角閃石為主，無膨脹性，且具有很好的耐崩解性能，說明填料的穩定性良好，可經加工破碎后作為A、B組填料。當填料發生變化或更換料場時都應進行填料性質鑒定。

3.2 生產

采用與建筑材料相同的工廠化集中生產控制方式，確保填料質量。

（1）設立專門的A、B組填料加工場，建立健全機構和管理制度，由專業人員負責填料的開采和生產。加工場配備破碎機、挖掘機、裝載機和過篩設備等，及時對生產出來的填料進行篩選和倒運，倒運過程中保證成品填料顆粒級配的均勻性，避免顆粒發生離析。

（2）開采前提前把山皮、草根、樹根、表土、耕植土和粘土清除干凈，對爆破出來的石料及時進行分選，只有滿足要求的石料方可用于A、B組填料的加工。

（3）料場設置生產區、合格區、待檢區等。生產出來的填料首先進入待檢區，經試驗室取樣檢驗合格后再倒運入合格區，不合格的填料則根據情況進行重新加工或者改良，滿足要求后方可倒運入合格區備用。

3.3 粒徑和級配控制

鑒于在生產過程中會面臨同時為基床底層和基床以下路堤供應填料的情況，統一控制填料的最大粒徑小于100mm，限定圓孔篩的篩孔直徑不得大于90 mm，若使用方孔篩，則篩孔邊長不得大于80 mm，避免振動篩的孔徑因填料磨損逐漸擴大后導致粒徑超標。當發現填料粒徑超出控制范圍時，采取調節破碎機牙板間距或者更換振動篩等措施進行調整。

填料應具有一定的級配，如果填料級配不良，或者細粒含量過少，則容易在路基表面形成集料窩，難以壓實，Ev2指標也難以滿足要求。這是由于填料在壓實功的作用下并沒有形成一個密實的整體，內部還存在很多空隙，在外部荷載的作用下會發生較大的變形。當填料級配不能滿足規范要求時，可采用物理改良的方式改善其級配性能。

圖1是相同的兩種填料通過不同的比例進行摻配后的顆粒分析曲線。可以看出，曲率系數Cc=7.11和Cc=20.31的兩種填料在曲線上的某一位置均出現了水平段或曲線陡降，說明在該粒組的顆粒含量為0或者過多，填料級配不連續，而曲率系數Cc=13.68的填料曲線最為緩和，粒度變化范圍寬，級配最好，說明通過合適的摻配比例能夠得到級配良好的填料。

圖1 不同曲率系數填料的顆粒分析曲線

擊實是用機械方法將固體土粒聚集到更緊密的過程，通過外力功的作用使土的干密度增加，不同的土質、含水量和壓實方法，對土的壓實效果也不一樣。通過擊實試驗，可以得知在給定的擊實功條件下，土的干密度和含水量的關系，以及最有效的擊實含水量和土的最大干密度，該試驗結果能從一定程度上反應出土的壓實特性。

圖2是不同最大粒徑的填料在不同曲率系數條件下模擬重型擊實試驗的數據曲線，可以看出，不同級配的填料在相同的擊實功作用下得到不同的最大干密度，具有不同的壓實特性。結合圖1的數據分析，說明填料的級配越好，可壓實性越高，施工中就能夠得到更大的密度，更有利于路基的壓實和穩定。

通過顆粒分析試驗控制填料級配時，得到的級配曲線應接近圓順。當需要物理改良時，必須先在室內進行不同粒級填料的顆粒分析試驗，計算出摻配比例，在料場旁另辟一塊場地用于填料的改良拌和，填料必須按室內試驗確定的摻配比例經拌和均勻后方可裝車運往填筑現場，嚴禁采用邊拌和邊裝車或按配料比例裝車的方式進行改良。

圖2 填料不同曲率系數與最大干密度關系曲線

3.4 含水量控制

填料必須具備適宜的含水量才能碾壓密實，不同填料的最佳含水量應根據室內試驗確定。試驗室應提前進行不同含水量狀態下填料的重型擊實試驗，確定其最佳含水量。

傳統的路基填筑施工中，通常采用在路基填筑現場采取灑水或晾曬的方式來調節填料的含水量，但這些方式只能解決填料表層的含水量，而且灑水后不易拌合均勻，填層不同部位的含水量不一致，會導致碾壓不均勻，影響整體壓實效果，因此在填料出場前必須解決含水量問題。

為了保證填料出場前具有均勻的含水量，在每個填料傳送帶的下料口處都加裝了灑水設備，下料的同時加水濕潤。需要改良的填料則在進行改良拌和時適量噴水濕潤，使其含水量略高于最佳含水量1%～2%，用挖掘機翻拌均勻后，運至儲存區悶料2～3天備用。

3.5 A、B組填料的生產工藝流程

試驗室在生產過程中按照規范要求的檢驗項目和頻率對填料質量進行檢驗。當發現粒徑或級配有明顯變化時要加大檢測頻率，并將結果及時反饋給技術主管，以便采取相應的處理措施，確保填料質量滿足規范和技術要求。

A、B組填料的生產工藝流程見圖3。

圖3 A、B組填料的生產工藝流程

4 結束語

京滬高鐵路基工程已通過驗收，該段路基工程質量評定優良。隨著京滬高鐵的開通運行，路基施工質量將會不斷得到檢驗，鐵路專業技術部門將繼續對路基沉降變形等進行觀測和評價，對路基“土工結構物”理論進行豐富，促進鐵路路基工程施工技術的發展。