鐵路路基水溝基底輕型壓實方法及標準研究

孫嘉良

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

水是造成路基病害發生和發展、影響路基穩定與安全的重要原因，路基排水溝就是為了保證地表和地下水順利匯集、排出所采取的措施。地表排水設施主要有側溝、邊溝、天溝、截水溝、吊溝(急流槽)等[1－3]。地下水的滲流和侵入也會對路基強度和耐久性造成影響，圬工加固強度、水溝地基強度及圬工與地基的結合強度，都是影響排水設施強度的重要因素[4－8]。排水設施應與地基良好結合，防止初期破壞，當地基強度較低時，地基土遇水變形過程中可能導致排水設施破壞，當圬工與地基間結合不密貼時，可能出現圬工與地基土間發生位移、掏空等病害[9－10]。現場實際情況表明，水溝基底的壓實質量對水溝的整體質量和壽命有很大影響。因此，路堤排水溝開挖后，需要對底部進行壓實處理，以免水溝因溝底沉降而發生開裂等損壞。但目前我國現行的《鐵路工程路基施工質量驗收標準》(TB 10414—2018)中尚無對水溝溝底壓實標準的要求，且由于受到場地邊界等因素的影響，水溝基底無法使用大型壓實設備進行碾壓。因此，有必要對水溝基底的壓實方法、壓實質量控制指標和控制標準進行研究。

2 水溝基底壓實方法

由于水溝溝底較窄，大約只有30～50 cm，即使小型壓路機都無法進入，同時，相對于路基等重要承載部位，水溝基底對壓實標準要求相對較低。課題組選用振動平板夯、手扶壓路機、振動沖擊夯對路堤邊溝和站場排水溝基底進行碾壓遍數和壓實系數K、動態變形模量Evd的對比試驗研究[11－12]。

課題組對路堤邊溝進行對比試驗，根據篩分資料，路堤邊溝基底屬于粉土(原狀土)。試驗結果如圖1、圖2所示。

圖1 不同壓實機械壓實路堤邊溝基底碾壓遍數與壓實系數關系曲線

圖2 不同壓實機械壓實路堤邊溝碾壓遍數與動態變形模量Evd關系曲線

由試驗結果可知，無論采用哪種壓實方法均能將該試驗路堤邊溝基底壓實。其中振動平板夯和手扶壓路機的壓實效果基本相同，動態變形模量Evd、壓實系數K均隨著碾壓次數的增加而增加，當壓實到第5遍時趨于平穩，再增加壓實遍數動態變形模量Evd、壓實系數K均變化不大。振動沖擊夯在壓實到第4遍時檢測數據趨于平穩，再次增加壓實遍數動態變形模量Evd、壓實系數K均變化不大。由于振動沖擊夯的壓實次數較難統計和計算，壓實次數受操作人員影響很大[13－14]。

課題組又對站場排水溝基底進行對比試驗，根據篩分資料，站場排水溝基底屬于B組填料，是在已壓實的路堤上開挖而成。試驗結果如圖3、圖4所示。

圖3 不同壓實機械壓實站場排水溝基底碾壓遍數與壓實系數關系曲線

圖4 不同壓實機械壓實站場排水溝基底碾壓遍數與動態變形模量Evd關系曲線

無論采用哪種壓實方法均能將該試驗站場排水溝基底壓實。其中振動平板夯和手扶壓路機的壓實效果基本相同，動態變形模量Evd、壓實系數均隨著碾壓次數的增加而增加，當壓實到第6遍時趨于平穩，再增加壓實遍數動態變形模量Evd、壓實系數均變化不大。振動沖擊夯在壓實到第7遍時檢測數據趨于平穩，再次增加壓實遍數動態變形模量Evd、壓實系數均變化不大。

3 壓實質量控制參數

德國相關標準規定管道坑槽的回填材料應碾壓密實，壓實質量控制參數采用壓實系數Dpr(輕型擊實標準的壓實系數)控制，與我國《給水排水管道工程施工及驗收規范》(GB 50268—2008)類似。另外，由于動態平板載荷試驗省時省力，且可以在狹窄空間作業，動態平板載荷檢測方法在管道溝渠開掘中獲得廣泛應用。一般是，通過動態平板載荷試驗與密度試驗的對應關系，因地制宜地確定溝槽壓實質量的動態平板載荷試驗值，但是在較重要的場地(部位)，必須至少進行一次密度測試來驗證動態平板載荷試驗檢測結果的可靠性。

澳大利亞有的州，為保證溝槽施工質量，公路部門對于溝槽回填施工制定了壓實標準。溝槽包括敷設管道的溝槽和穿過路堤設置涵洞溝槽，溝槽壓實要求為:槽底的壓實系數K(輕型擊實標準)不小于1.0，回填壓實系數K(輕型擊實標準)不少于0.95。對于一般管道的地基要求壓實系數K(重型擊實標準)不小于0.93，回填壓實系數K(重型擊實標準)不少于0.95。

我國鐵路路基驗收標準中沒有對水溝溝底壓實標準的要求，《給水排水管道工程施工及驗收規范》(GB 50268—2008)中規定，對于剛性管道溝槽回填土灰石土墊層壓實系數K不小于0.93(重型擊實標準)，壓實系數K(輕型擊實標準)不少于0.95，柔性管道溝槽回填土管底基礎壓實系數K(輕型擊實標準)不少于0.90。

從國內外情況看，水溝基底壓實質量控制參數主要采用密度指標壓實系數，但由于水溝溝底空間狹小，在壓實系數試驗中，往往操作較為困難，且易產生誤差。動態變形模量Evd指標已廣泛應用于我國鐵路路基壓實質量控制，其操作簡便、檢測速度快、便攜的特點，適合用于路基特殊部位檢測，且德國已有相關應用。因此，課題組研究采用動態變形模量Evd指標評價水溝基底壓實質量的可行性和相關標準。

4 水溝基底壓實標準研究

在鐵路路基工程中，無論是路堤排水溝還是路塹側溝，其大多位于天然地層中，而天然地層細粒土往往較多。因此，課題組對粉土(細粒土)和B組填料(粗粒土)進行了壓實系數K和動態變形模量Evd對比試驗，試驗結果如圖5、圖6所示。

圖5 粉土Evd與壓實系數擬合關系

圖6 B組填料Evd與壓實系數擬合關系

通過數據擬合分析，分別對上述兩種填料進行分析，其擬合公式如下:

粉土擬合公式為:y＝268.12x－212.08；R＝0.889 8。

B組填料擬合公式為:y＝265.65x－205.53；R＝0.844 5。

參考《給水排水管道工程施工及驗收規范》(GB 50268—2008)中對管道溝槽基礎填土壓實系數K應不小于0.90的規定，根據現場試驗數據分析結果，給出初步的鐵路水溝溝底基礎壓實質量控制指標建議值，具體分析如下所示:

粉土擬合公式為:Evd＝268.12K－212.08，當壓實系數K等于0.9時，動態變形模量Evd為29.2 MPa。

B組填料擬合公式為:Evd＝265.65K－205.53，當壓實系數K等于0.9時，動態變形模量Evd為33.6 MPa。

粉土(細粒土)的動態變形模量Evd與壓實系數K之間的相關系數為0.889 8，B組填料(粗粒土)的動態變形模量Evd與壓實系數K之間的相關系數為0.844 5，說明粉土和B組填料的動態變形模量Evd與壓實系數K存在著一定的相關性，采用動態變形模量Evd指標控制壓實質量具有可行性。

通過以上分析可知，當壓實系數K等于0.9時，粉土(細粒土)和B組填料(粗粒土)其動態變形模量有些許差別，因此對不同類型的水溝溝底填料，宜制定不同的動態變形模量Evd壓實標準，即細粒土地基Evd≥30 MPa，粗粒土地基Evd≥35 MPa。

5 結束語

(1)無論采用哪種小型壓實機械均能將水溝基底壓實，其中振動平板夯和手扶壓路機的壓實效果基本相同。但因為水溝基底空間狹小，更宜使用平板振動夯或振動沖擊夯進行碾壓。

(2)從動態變形模量試驗特點及現場試驗得出的粉土和B組填料的動態變形模量Evd與壓實系數K相關關系可以看出，采用動態變形模量指標控制水溝基底壓實質量具有可行性。

(3)建議在具體工程中可采用動態變形模量指標作為快速檢測手段判斷水溝基底壓實質量，抽檢壓實系數指標作為補充驗證。采用動態變形模量指標時，可參考以下建議值，如表1所示。

表1 水溝基底壓實控制指標及控制標準建議值