孟加拉國(guó)常用路基填料及其填筑壓實(shí)工藝分析

邢富強(qiáng)，李慶海，李安洪，蔣楚生

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

1 概述

孟加拉國(guó)位于南亞次大陸東北部的三角洲平原上，全境85%的地區(qū)為平原，東南部和東北部為丘陵地帶。孟加拉國(guó)被人稱為“水澤之鄉(xiāng)”和“河塘之國(guó)”，是世界上河流最稠密的國(guó)家之一。全國(guó)有大小河流230多條，全國(guó)約有50至60萬(wàn)個(gè)池塘，平均每平方公里約有4個(gè)池塘。中國(guó)中鐵中標(biāo)的孟加拉國(guó)增建二線，線路全長(zhǎng)64.2 km，全線98%以上路基為路堤，路基填料來(lái)源及填筑壓實(shí)工藝關(guān)系到項(xiàng)目的成敗。而孟加拉國(guó)內(nèi)填料缺乏，來(lái)源單一。道路修建主要采用河流沉積的粉細(xì)砂進(jìn)行填筑，但沉積砂普遍具有含水量大、失水快、滲透性強(qiáng)、壓縮性高、松散、流變明顯、抗剪強(qiáng)度低等特性，工程施工性質(zhì)差，此類填料的填筑及壓實(shí)控制是本項(xiàng)目的主要難題之一。

2 本線的路基填料劃分標(biāo)準(zhǔn)及填料性質(zhì)指標(biāo)

對(duì)于路基填料，招標(biāo)文件僅規(guī)定了下列材料不能用于路堤填筑。

(1)《土壤統(tǒng)一分類系統(tǒng)》中“Pt”(腐殖土)和“O”(有機(jī)質(zhì)土)等有機(jī)質(zhì)土。

(2)《土壤統(tǒng)一分類系統(tǒng)》中“ML”類土，液限小于50%、塑性指數(shù)小于4以及細(xì)粒含量(通過(guò)200號(hào)篩即0.075 mm篩孔)大于35%的粉土(silts)。

而招標(biāo)文件的土壤分類系統(tǒng)采用的是《統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)》，主要通過(guò)代表不同含義的2個(gè)字母對(duì)土壤進(jìn)行分類，表1為每個(gè)字母代表的土壤性質(zhì)及類別。

表1 《統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)》字母標(biāo)識(shí)

按照表1兩個(gè)代號(hào)，對(duì)土壤進(jìn)行分類，各個(gè)字母組合所代表的土類詳見(jiàn)表2。

根據(jù)上述規(guī)定，《土壤統(tǒng)一分類系統(tǒng)》中不能用于路堤填料的土類主要是Pt、OL、OH以及粉土(含有字母“M”的土)中部分土不能用，含有字母M的土類主要有ML、MH類土，根據(jù)招標(biāo)文件，ML類土不能用，但是對(duì)于液限≥50%、塑性指數(shù)≥4以及細(xì)粒含量＜35%的MH類土能夠用于路堤填筑;除上述不能用的土外，下列土類均可用于路堤填筑:GW、GP、GM、GC、SW、SP、SM、SC以及 MH(液限≥50%、塑性指數(shù)≥4以及細(xì)粒含量＜35%部分)。

孟加拉國(guó)大部分位于河流沖積平原上，在河流下游及河口地帶有大量的粉細(xì)砂，為孟加拉國(guó)最主要的路基填料，本項(xiàng)目中主要的路堤填料即為粉細(xì)砂，其篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

3 路基壓實(shí)控制指標(biāo)

招標(biāo)文件要求的路堤結(jié)構(gòu)及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

招標(biāo)文件中明確采用ASTM D—1557擊實(shí)試驗(yàn)作為壓實(shí)度控制的標(biāo)準(zhǔn)，而ASTM D—1557標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)基本一致，詳見(jiàn)表5。

表2 《統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)》填料劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 現(xiàn)場(chǎng)填筑用砂篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 不同路堤結(jié)構(gòu)及壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)

表5 擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

目前，國(guó)際上對(duì)路堤填筑壓實(shí)度均比較重視，但是對(duì)于壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)又不盡相同，國(guó)際上比較通用的主要是普氏擊實(shí)及其衍生的修正普氏擊實(shí)兩種擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)方法，其主要區(qū)別在于擊實(shí)功的大小:普氏擊實(shí)的單位體積擊實(shí)功大約為600 kJ/m3，修正普氏單位體積擊實(shí)功大約為2 700 kJ/m3。

各國(guó)在設(shè)計(jì)路堤填料時(shí)，均是首先確定采用何種填料進(jìn)行填筑，再在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該填料進(jìn)行普氏擊實(shí)(修正普氏擊實(shí))試驗(yàn)，確定試驗(yàn)室最大干密度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓后，獲得碾壓后的最大干密度，與實(shí)驗(yàn)室最大干密度進(jìn)行對(duì)比，其百分?jǐn)?shù)即為壓實(shí)度。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)本線常用的粉細(xì)砂填料，采用ASTM-D1557進(jìn)行試驗(yàn)，得到了其最佳含水率和最大干密度，并對(duì)不同壓實(shí)度下的粉細(xì)砂的CBR值進(jìn)行了試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 最大干密度及最佳含水率及不同壓實(shí)度下的CBR值試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述試驗(yàn)方法獲得填料的最大干密度后，工程師會(huì)根據(jù)本國(guó)相關(guān)規(guī)范對(duì)壓實(shí)度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，表7為中國(guó)、德國(guó)、英國(guó)對(duì)不同等級(jí)鐵路路堤填料的壓實(shí)度控制指標(biāo)。

4 現(xiàn)場(chǎng)填筑流程及施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

(1)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

表7 各國(guó)對(duì)不同等級(jí)鐵路路堤填料的壓實(shí)度控制指標(biāo)

核對(duì)施工地段的地基條件，并核對(duì)已獲得工程師認(rèn)可的地面線數(shù)據(jù)、地質(zhì)填圖及線路圖設(shè)計(jì)，然后利用批準(zhǔn)使用的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，在找平層路基上放出路基中樁和邊樁，邊樁按一定加寬值進(jìn)行布設(shè)，并順序記錄中樁、邊樁位置，實(shí)測(cè)地面高程。做好復(fù)測(cè)和放樣記錄，并整理好這些資料報(bào)工程師審核認(rèn)可。

(2)填料試驗(yàn)

對(duì)所有用于填筑的填料進(jìn)行取樣，并進(jìn)行填料室內(nèi)試驗(yàn)(天然含水率、液限、塑限、有機(jī)質(zhì)含量及顆粒篩分試驗(yàn))，并按ASTM Designation 1557進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，獲得填料的最大干密度和最佳含水率。

(3)按照招標(biāo)文件要求，清除地表至少150 mm范圍內(nèi)(工程師另有指示的除外)的所有表層土或雜草、淤泥等非適宜性材料。清表后盡量保證地表平順，并采用重型壓路機(jī)將地表至少碾壓3遍。對(duì)需進(jìn)行地基處理(包括砂墊層、排水板、砂樁、預(yù)制打入樁)的地段，待地基處理施工完畢后方可進(jìn)行路堤填筑。

(4)按照招標(biāo)文件要求，路基橫斷面間距不大于25 m，在施工地段曲線范圍內(nèi)，適當(dāng)加密邊樁，并標(biāo)明里程樁號(hào)，測(cè)出縱斷面及橫斷面高程，并按照經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可后的圖紙確定路基填筑寬度，放出路基邊坡線。

4.2 孟加拉國(guó)現(xiàn)場(chǎng)路基填筑流程

孟加拉國(guó)80%以上的地區(qū)為恒河和布拉馬普特拉河三角洲，水道縱橫，河運(yùn)發(fā)達(dá)，河流和湖泊約占全國(guó)面積的10%，當(dāng)?shù)芈返烫钪嗖捎么瞪撤ㄟM(jìn)行施工，其代表性施工斷面圖如圖1所示。

圖1 吹沙法填筑路堤典型斷面

其施工步驟如下所述。

(1)路堤清表。(2)開(kāi)挖需填筑區(qū)域基礎(chǔ)范圍內(nèi)2～3 m深區(qū)域，以獲得原始地面表層可以用于包邊的粉質(zhì)黏土或者黏土及表層腐殖質(zhì)土壤，獲得的土壤存放待用，當(dāng)不足時(shí)從其他取土坑獲得。(3)利用上述粉質(zhì)黏土實(shí)施包邊土施工，包邊土寬度以路堤高度1～4 m時(shí)為1 m寬、大于4 m時(shí)為1.5 m寬為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施過(guò)程中一般大于上述寬度以進(jìn)行必要的碾壓工作及進(jìn)行后期的邊坡修整。(4)在線路沿線選擇與線路交叉的河流或者離線路距離不超過(guò)3 km的河流，并利用直徑20～40 cm的鋼管或PVC管從河道位置開(kāi)始鋪設(shè)吹沙管至路堤填筑區(qū)域或作為施工用沙的備料區(qū)域。(5)利用上述河流，使用吹沙船從河流下游獲得粉細(xì)沙填料，并通過(guò)吹沙船運(yùn)輸至指定位置。(6)使用吹沙船通過(guò)吹沙管將液態(tài)形狀的粉細(xì)沙填料與水混合物直接抽送至已進(jìn)行包邊土施工的區(qū)域或者備料區(qū)域;首先對(duì)于已開(kāi)挖的低于地表的2～3 m區(qū)域先進(jìn)行吹沙填筑，吹填方向從臨近河流處向遠(yuǎn)離處進(jìn)行，每次吹填距離以20～30 m為宜，利用接長(zhǎng)吹沙管的方法向遠(yuǎn)處進(jìn)行吹填;利用附近河流、低地或者通過(guò)地下水流系統(tǒng)排除粉細(xì)沙內(nèi)的多余水分;吹沙時(shí)使用推土機(jī)對(duì)出沙口附近堆積的沙土進(jìn)行攤鋪工作，每層吹填高度以40～100 cm厚度為宜;當(dāng)吹填高度高于原始地面時(shí)，利用排水管穿過(guò)包邊土向路堤外排除水分(排水管進(jìn)口采用編制袋包裹以免粉細(xì)沙流出)，排出的水通過(guò)路堤外設(shè)置的過(guò)濾池，沉淀過(guò)濾后通過(guò)排水溝排至至吹沙船所在河流內(nèi)，對(duì)吹填沙通過(guò)排水及晾曬至合適含水率后(通過(guò)試驗(yàn)室內(nèi)最大干密度試驗(yàn)確定合適的含水率)，通過(guò)推土機(jī)初平、平地機(jī)精平，采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。(檢測(cè)時(shí)應(yīng)先清除表層10～15 cm內(nèi)由于壓路機(jī)碾壓走動(dòng)可能導(dǎo)致的松土層，再進(jìn)行灌沙法檢測(cè))。(7)當(dāng)吹沙距離大于3 km或壓力不足時(shí)，利用備料區(qū)域的粉細(xì)沙通過(guò)卡車運(yùn)輸至填筑區(qū)域，并晾曬至合適含水率后，通過(guò)推土機(jī)初平、平地機(jī)精平，采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓后再進(jìn)行一遍灑水、排水過(guò)程，利用水密法提高粉細(xì)沙的壓實(shí)效果。(8)重復(fù)上述6～7項(xiàng)工作，直至吹填至設(shè)計(jì)路堤高程。(9)路堤填筑完成后，采用鏟車或人工對(duì)路基邊坡土邊坡修整至設(shè)計(jì)坡度，并利用清表獲得的腐殖質(zhì)土在邊坡外形成不小于10 cm厚的種植土層，利用路堤外草皮或者通過(guò)撒草籽的方式對(duì)邊坡進(jìn)行植草防護(hù)。

該施工流程可以大大減少粉細(xì)砂的壓實(shí)難度，提高路基整體壓實(shí)效果，避免人力、物力浪費(fèi)，降低材料運(yùn)輸困難，壓實(shí)后的壓實(shí)度檢測(cè)均達(dá)到了招標(biāo)文件的技術(shù)要求，解決了采用粉細(xì)砂填筑路堤不易壓實(shí)的難題，獲得了監(jiān)理工程師的認(rèn)可。

5 結(jié)語(yǔ)

以孟加拉國(guó)某段增建二線施工項(xiàng)目為依托，介紹了一種國(guó)際上比較通用的《統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)》;并對(duì)中、德、英國(guó)常用的各類擊實(shí)試驗(yàn)試驗(yàn)準(zhǔn)則和壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比和總結(jié);通過(guò)篩分實(shí)驗(yàn)、CBR試驗(yàn)、ASTM-D1557實(shí)驗(yàn)獲得了當(dāng)?shù)爻Ｓ梅奂?xì)砂填料的工程性質(zhì)和壓實(shí)性能;通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的填筑施工，總結(jié)了孟加拉國(guó)常用的吹沙法施工工藝流程，解決了采用粉細(xì)砂填筑路堤不易壓實(shí)的難題。