高原多年凍土區塊石路基施工技術問題探討

張愛忠

(中鐵十二局集團有限公司，山西 太原 030024)

青藏鐵路格拉段全長1 142 km，其中穿越連續多年凍土區550 km。塊石路基是青藏鐵路格拉段高原多年凍土區路基采取的主要工程措施之一，其結構形式是在路堤下部設置塊石層，利用塊石層的冷開關作用，降低堤身和路基基底的地溫，從而達到保護多年凍土的目的。多年以來，國內外多家科研機構多次進行了多年凍土區塊石路基的試驗研究，并取得了豐富的試驗數據，積累了可貴的經驗。2001年，鐵道部青藏鐵路建設指揮部組織科研、施工單位在青藏鐵路清水河試驗段、北麓河試驗段對塊石路基進行了試驗研究，取得了階段性試驗成果，從而使塊石路基在青藏鐵路高原多年凍土區路基工程中得以廣泛應用。

不凍泉至可可西里段(第六和第十一標段)位于青藏高原多年凍土區，大部分土質為細粒土。本段線路長度為73.253 km，路基長度為50.683 km，其中高含冰量凍土地段采取了塊石路基，全長17.665 km，填塊石總量為63萬m3(不含熱融湖塘路基工程量)。在施工過程中，中鐵十二局集團有限公司成立了課題組，對塊石路基施工技術進行了研究。

1 塊石路基施工

青藏鐵路第六和第十一標段采用的塊石路基設計措施是在路基基底設一層土路拱，路拱最小厚度為30 cm，原地面為平地時，路拱做成人字坡，原地面為斜坡時，路拱做成單面坡。路拱上設1.0～1.2 m厚塊石層，其頂部分別設0.2 m厚碎礫石和0.2 m厚中粗砂反濾層。塊石粒徑要求為20～40 cm。圖1為塊石路基橫斷面設計圖。

圖1 塊石路基橫斷面設計(單位:m)

1.1 路拱施作、地表處理采取的措施

1)路拱的作用。在塊石層下設土路拱，作用是防止地表水進入路基基底，避免減弱塊石層的效果。

2)現場發現的問題。青藏鐵路第六標段部分地段路基范圍地表低洼，如按30 cm厚度填筑路拱，則不能有效防止地表水進入塊石層的底部，將減弱塊石路基的效果。

3)解決措施。將低洼地段路基范圍及附近的坑洼采用粗粒土填平，然后填筑路拱，使路基坡腳高于路基以外地面，避免地表水進入路基基底，取得了相當好的效果。

1.2 塊石生產工藝及質量控制

1)清水河試驗段塊石路基施工質量控制

2001年9月—11月，在清水河試驗段DK1 025+550—DK1 025+600段塊石路基的施工中，采石場采取人工配合挖掘機挑選塊石，施工工效低，且容易使大小石塊混入，施工進度緩慢，平均每臺挖掘機每臺班選料不足200 m3。

2)2002年塊石生產工藝的改進情況

2002年3月至6月在五道梁GK3022左采石場進行了塊石生產工藝試驗，對塊石粒徑控制采取了多種措施進行試驗。選料是控制塊石質量的關鍵。在采石場工作面設置了篩分臺，篩分臺采用工字鋼搭建。長9 m的I20工字鋼，按20 cm間距布置，倒扣放置，坡度為1∶1，臺下凈空滿足裝載機作業要求。采用挖掘機進行初選，將＞40 cm塊石挑選出來，進行解小或采用沖擊氣錘分解;初選出的料用裝載機裝運至篩分臺進行篩分，將 ＜20 cm的石塊篩除，用于塊石層頂面找平，篩分后的塊石運至工地。根據現場統計分析，PC200挖掘機每臺班可選料400～450 m3。采石場在配置一套篩分臺，一臺沖擊氣錘(用 PC200挖掘機改裝)，7～8臺挖掘機的情況下，每日可選料3 500 m3。

1.3 塊石層填筑成型工藝的研究

1)清水河試驗段塊石路基填筑成型工藝試驗

清水河試驗段DK1 025+550—DK1 025+600段塊石層設計厚度為1.5 m，塊石粒徑要求為20～40 cm，塊石層下填筑30 cm厚粗粒土，塊石層上設30 cm厚圓礫石墊層，墊層頂設一層防滲土工布。

2001年9月—10月，進行了塊石現場工藝試驗。首先采用壓路機對原地面進行了碾壓，填筑了30 cm厚礫砂土，填層頂面做成4%的人字形橫坡，碾壓密實。塊石填筑采用先低后高、先兩側后中央傾填、水平分層填筑的方法，分層厚度為50 cm，采取人工配合挖掘機進行填筑，邊坡采用人工整理成型。采用YZ18t振動壓路機進行碾壓，碾壓時先兩側后中間縱向進行，反復碾壓，行與行之間重疊0.4 m以上，前后相鄰地段重疊2.0 m以上，碾壓遍數試驗確定為4～6遍。

2)第六標段塊石層填筑成型工藝試驗

第六標段DK1 041+730—DK1 042+910段塊石路基，塊石層設計厚度為1.2 m，塊石層下設30 cm厚土路拱，塊石層以上依次設20 cm厚碎礫石反濾層和20 cm厚中粗砂反濾層。

2002年5月—6月，在現場進行了成型工藝試驗。路拱填料采用礫砂土，采取全寬填筑。采取“半幅施工、半幅通車”的方法填筑塊石層，解決車輛行駛問題。總結清水河試驗段的施工經驗，將塊石層一次傾填到高程，采用人工配合挖掘機進行填筑，塊石層頂面用粒徑為5～10 cm小石塊找平封閉。采用YZ18t壓路機振動碾壓6～8遍，碾壓時先兩側后中間縱向進行，行與行之間重疊0.4 m以上，前后相鄰地段重疊2.0 m以上。反濾層填筑從一端依次推進。經過現場碾壓工藝試驗，得出塊石層、反濾層填筑碾壓工藝參數見表1。塊石層邊坡采取人工進行整理。經施工中統計，1臺挖掘機需50人配合，每日可完成填筑塊石700～750 m3。

表1 塊石層、碎礫石、中粗砂層填筑碾壓工藝參數

在試驗過程中，針對存在的問題，并采取了下列措施:

1)采用插鋼筋縱橫向掛線的方法，控制塊石層的厚度，防止超欠填。

2)在第二個半幅塊石層填筑前對路拱重新整平碾壓，確保路拱的平整度;左右幅塊石層搭接處預留1 m寬的搭接臺階，保證塊石層的整體性。

3)塊石層頂面先用5～10 cm小石塊找平封閉，再填10 cm厚的碎石層人工掛線整平，然后采用自重不小于18 t的壓路機碾壓。

4)塊石層完成后在護道和邊坡上蓋上彩條布，防止散落下的填料堵塞塊石層孔隙。

2 塊石路基施工技術要點

2.1 施工工藝流程

塊石路基施工工藝流程見圖2。

圖2 塊石路基施工工藝流程

2.2 施工工藝要點

2.2.1 施工準備

1)料源選擇及備料:開工前進行料源調查，根據環保要求選擇采石場位置，及早備料。

2)施工機械、勞力配備:根據工程量和運距合理配備施工機械、車輛、勞力，適當留有富余。

3)熟悉資料和現場調查:認真熟悉設計圖紙及文件，充分領會設計意圖;詳細調查現場地形地質情況，以便確定合理的施工方案和切合實際的處理措施。

4)測量放樣:準確進行路基邊樁放樣，在邊線上插彩旗，設限界標志，防止超欠填現象發生。

2.2.2 基底處理及路拱填筑

根據《高原多年凍土區路基(含環保)施工技術細則》要求，進行路基基底處理和路拱填筑。路拱填料采用粗粒土，最小厚度控制在30 cm，使路基坡腳位置高出路基以外地面。路拱頂面做成人字形排水坡或單面坡，坡度控制在2% ～4%。

2.2.3 塊石開采及質量控制

塊石的粒徑控制的好壞，直接關系著通風效果。因此，塊石的生產是塊石路堤施工中的質量控制關鍵。在采石場控制塊石質量，可有效防止不合格塊石進入施工現場。

2.2.4 塊石層填筑

1)塊石施工現場每個工作面設備機具配備見表2，相應配備勞力50人。

表2 塊石通風路基現場設備機具配備

2)塊石層填筑施工。塊石層按設計一次傾填到位。采取后傾法填筑塊石，人工配合挖掘機進行塊石層整形，邊卸車邊整理。按順序一次整理成型。

2.2.5 碎礫石及中粗砂反濾層施工

1)塊石施工完畢經驗收合格并經監理工程師簽認后，方可進行碎礫石施工。

2)碎礫石施工前，先行在塊石邊坡鋪設彩條布或其它材料(伸入護道頂面50 cm)，以防碎礫石滑入邊坡堵塞空隙，從而影響通風效果。

3)填筑前，在塊石頂面上用白灰線劃出方格網，按照方格網進行布料。

4)插桿掛線控制碎礫石虛鋪厚度，推土機配合人工攤平，YZ18t壓路機碾壓，碾壓采用靜壓法。檢測合格后，進行中粗砂填筑。

5)中粗砂施工前，首先需對中粗砂進行外觀、篩分檢驗，要求選用顆粒級配良好、質地堅硬耐久的中粗砂，砂中不得含有雜草、垃圾及粒徑＞10 mm的石塊等雜質，含泥量不得大于5%。

6)中粗砂填筑方法與碎礫石基本相同。

2.2.6 路基土方填筑

塊石路基完成后，其上部的路基土方填筑嚴格按照“四區段、八流程”工藝施工。為防止在施工過程中造成塊石層邊坡塊石孔隙的堵塞，路基填筑過程中仍然在邊坡上覆蓋彩條布。

2.3 質量控制要點

1)路拱填筑。嚴格控制填料質量，并確保路拱面平整度、高程、橫坡及壓實度達到驗標要求。

2)塊石層填筑。重點控制塊石粒徑，在料源上把關，不合格的塊石嚴禁運往工地。另外要保證塊石層的厚度符合設計要求，頂面找平時將孔洞堵塞嚴密，保證通風效果。

3)反濾層鋪設。嚴格進行碎礫石層、中粗砂的選料，嚴格控制粒徑、級配、細度模量、含泥量等各項指標。填筑時，控制好虛鋪厚度、碾壓遍數，保證壓實度和平整度。

3 小結

1)塊石路基施工宜安排在暖季初進行，以減少帶入路基的熱量。如在暖季施工，將路拱施工安排在每日溫度較低時段進行。

2)路拱采用粗粒土填筑，厚度不小于30 cm，路拱橫坡達到4%是必要的，其目的是保證地表水不進入路基基底。路拱填料、塊石、碎礫石、中粗砂的備料應提前進行。

3)施工中，嚴格控制塊石粒徑。塊石粒徑要在采石場控制，從源頭上解決。振動氣錘用于大石塊解小，效率較高。

4)嚴格做好塊石層頂面的封閉，防止上部的碎礫石滲入塊石層的孔隙中影響通風效果。

5)在反濾層和上部路基填筑時，在塊石層邊坡上覆蓋彩條布，可有效地防止填料落入塊石層。

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