高鐵路基基床表層排水砂墊層結構設置分析

韋華東

（中鐵二十四局集團 安徽合肥 230022）

0 引言

高速鐵路路基基床結構對高速鐵路路基的整體穩定性及使用壽命有著顯著的影響?；步Y構一般采用A、B組料基床底層和級配碎石基床表層構成，根據以往經驗在多雨地區增加排水砂墊層[1]。砂墊層對結構和排水的影響缺少系統性研究，設置砂墊層的合理性需要進一步研究確定。

1 工程背景

商合杭鐵路路基填方分為基床以下、基床底層、砂墊層、基床表層，路塹地段換填填方為砂墊層（排毛細水）、基床底層、砂墊層（排地表下滲水）、基床表層。

無砟軌道路基工后沉降控制標準：工后沉降一般不應超過15mm，路基與橋梁、隧道或橫向構筑物交界處的沉降差不大于5mm。

基床底層AB料：基床底層填筑的為B組細角礫土，壓實系數K≥0.95，地基系數K30≥150MPa/m，動態變形模量Evd≥40MPa。

兩布一膜橫向斷裂強度≥20KN/m，CBR頂破強度≥2.5kN，滲透系數＜10-11cm/s，膜厚≥0.35mm。

基床表層級配碎石：壓實系數K≥0.97，地基系數K30≥190MPa/m，動態變形模量Evd≥55MPa。

2 基床表層結構對填筑質量的影響

2.1 試驗段填筑

選擇DK635+378～+593段作為路基基床表層試驗段，基床表層級配碎石厚40～50cm（漸變橫斷面），第一層級配碎石20cm厚，第二層級配碎石20～30cm厚。中粗砂10cm厚。

原擬定碾壓方案靜壓1遍+弱振2遍+強振2～4遍+靜壓1遍，初次施工后發現，強振會導致擠推和橫向裂紋，經分析認為是砂墊層的影響導致，碾壓試驗方案改為靜壓1遍+弱振5～6遍+靜壓1遍。根據試驗方案施工的結果均達不到驗收要求，考慮砂墊層的影響，項目部采取了灑水自然沉降后復壓的方式（每遍含灑水沉降兩天后再灑水濕潤弱振1遍，靜壓一遍），提高了碾壓質量，但是仍然不能滿足驗收要求。

2.2 調整砂墊層厚度

對路基結構進行優化，將中粗砂厚度分別設置為5cm、3cm和取消中粗砂，并同步加厚級配碎石厚度分別進行試驗。中粗砂為5cm和3cm時，兩布一膜直接鋪設于基床底層上，為防止基床底層碎石刺破兩布一膜，鋪設前對基床底層進行壓光處理。試驗段共分為3段，分別為：

（1）圖號81段路基DK635+167～+217段，5cm砂+25cm級配碎石；

（2）圖號81段路基DK635+097～+167段，3cm砂+27cm級配碎石；

（3）圖號81段路基DK635+072～+097段，不設置兩布一膜，30cm級配碎石；

DK635+401～+572段，采用10cm砂+20cm級配碎石，養護復壓前數據均不合格，養護復壓后Evd兩個點合格，K30一個點合格，K均不合格。

DK635+167～+217段，采用5cm砂+25cm級配碎石，養護復壓前除部分Evd合格外均不合格，養護復壓后Evd合格，K30合格，K個別點不合格。

DK635+097～+167段，采用3cm砂+27cm級配碎石，養護復壓前Evd合格，K30部分合格，養護復壓后均合格。

DK635+072～+097段，采用無砂+30cm級配碎石，養護復壓前K30合格，K不合格，養護復壓1遍后均合格。

為分析自然沉降對填筑密實度的影響，施工一個月后對試驗段再次進行檢測。

2.3 數據分析

對不同砂墊層結構厚度和不同碾壓組合方式的壓實情況進行對比見圖1。

圖1 壓實效果對比

2.3.1 碾壓方式對碾壓效果的影響

由以圖1、表1可見，一次性碾壓很難達到較好的效果，弱振6遍與弱振5遍相比對壓實效果提升很小，弱振6遍僅在沒有砂墊層時，各項指標為合格。在灑水復壓后，壓實效果有明顯提升，3cm砂墊層和5cm砂墊層各項指標均合格。自然沉降一個月后，10cm砂墊層EVd滿足要求，K和K30仍不滿足要求，說明自然沉降對碾壓密實度影響較小。

2.3.2 砂墊層對碾壓效果的影響

砂墊層越厚，碾壓效果越差，Evd均能合格，而在10cm砂墊層時K30和K均不合格。Evd反映的是淺層的壓實情況，而K30反映的是深層的壓實情況，說明在砂墊層較厚時可以將級配碎石表面壓密實，但內部難以密實。

設置砂墊層時，采用強振會出現橫向碾壓裂紋，砂墊層3～5cm厚采用弱振并增加灑水復壓才能確保碾壓合格，與無砂墊層相比成本大、工期長。

3 排水功能分析

基床底層下部設置了砂墊層排水，毛細水不會對基床底層產生影響，中粗砂夾兩布一膜主要作用為防止上層降水透過基床表層級配碎石滲入基床底層，對基床表層滲透性和不同厚度排水層排水速率進行滲水試驗測定。

砂墊層滲水試驗采用試坑法，由基床表層挖一個直徑20cm的試坑至兩布一膜，然后向試坑內注水，必需使試坑中的水位始終高出坑底約10cm，為了便于觀測坑內水位，在坑底要設置一個標尺，因砂墊層和級配碎石的滲透速度相差很大，級配碎石滲透可忽略不計[2]。求出單位時間內從坑底滲入的水量Q，除以砂墊層圓周面積F=π×d2/4，即得出平均滲透速度v=Q/F[3]。

表1 滲水試驗結果

基床表層級配碎石和基床底層采用單環法，在試坑底嵌入一個高20cm，直徑20cm的鐵環。鐵環壓入坑底部10cm深，環壁與填料間縫隙注入水泥漿保證緊密接觸，環內鋪2～3cm的反濾粗砂。在試驗開始時，用馬利奧特瓶控制環內水柱，保持在10cm高度上。試驗一直進行到滲入水量Q固定不變為止。除以坑底面積F，即得出該填料平均滲透速度v=Q/F。

設置砂墊層時，降水由基床表層滲入砂墊層，由砂墊層橫向排向兩側，防止滲水下滲影響基床表層及基床以下路堤。

不設置砂墊層時，降水由基床表層滲入基床底層，基床底層滲透速度大于基床表層，能夠快速排掉上層滲水，不會出現積水軟化路基的情況，不設置中粗砂夾兩布一膜能夠滿足排水要求。

4 小結

中粗砂層會削弱上覆基床表層的壓實效果，影響結構穩定性。分析基床結構排水功能，不設置砂墊層能夠滿足排水需要。

根據本標段試驗結果，商合杭鐵路取消了10cm中粗砂夾兩布一膜結構。