中風化花崗巖資源在高速鐵路附屬工程建設中的應用

陳文祥鄒繼伯王霏胡清濤趙可昕楊永民

(1 中鐵廣州局有限公司第三分公司；2 華南理工大學；3 仲愷農業工程學院城鄉建設學院)

0 引言

近年來，隨著基礎設施建設的大力開展和天然河砂的禁采政策，我國混凝土粗骨料碎石和細骨料的天然砂資源越來越少[1-3]。而骨料是混凝土的主要組成材料之一，占比重較大，起骨架和填充作用，對混凝土的各項性能指標具有重要影響。基于此，多數工程采用就地取材的方式，在工程臨近的礦山建設石料廠，進行人工骨料的開采和加工，以保證工期和工程成本[4-6]。與天然河砂相比，機制砂開采加工技術成熟，其性能穩定性和質量較高。但由于母巖和原巖中存在軟弱夾層，風化變質層中或生產過程中場地上混入的泥土與石粉混在一起等因素，對混凝土性能產生不同程度的負面影響[7-9]。

本文基于廣東粵東某新建高速鐵路的混凝土工程，為了降低工程成本，確保工期等因素，在項目附近的礦山就地取材，開采和加工人工骨料，但該礦山區域的花崗巖母巖平均表觀密度為2.60g/cm3，較普通傳統花崗巖密度偏小，母巖的平均抗壓強度為62.7MPa，屬于中風化花崗巖。通過一系列的工藝和不同強度混凝土制備技術研究，得出可以將中風化花崗巖骨料應用于該工程的附屬工程部位混凝土中的結論，最終在該工程附屬工程中的排水溝、擋墻、邊坡以及鐵路過渡段等部位進行了應用，并對應用效果進行了評價，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

某新建高速鐵路前站工程正線總長37.157km，其中路基工程：路基長14.459km/14 段，路基長度全線占比38.92%。橋梁工程：橋梁22.697km/15 座（其中特大橋22.065km/13 座，大橋0.632km/2 座），簡支梁共696孔（其中本標段預制架設679 孔，負責SSZQ-2 標段預制架設17 孔），橋梁長度全線占比61.08%。站場工程：陸豐東站。軌道工程：73.496 鋪軌公里（僅含雙塊式無道床鋪設施工，其中：路基地段無道床27.466 鋪軌公里，橋梁地段無砟道床46.02鋪軌公里）。

本工程混凝土用量總計約99 萬方，其中樁基混凝土約14 萬方、承臺混凝土約5.7 萬方、墩柱混凝土約6.8 萬方、路基工程約40.4 萬方、預制梁混凝土約21.1萬方、連續梁混凝土1.02萬方、其他附屬約10萬方。其中中粗砂用量76.3萬噸，碎石109.1萬噸。中風化花崗巖資源主要應用于路基工程的排水溝、擋墻、過渡段和其他附屬工程。

2 中風化花崗巖資源在高速鐵路中的應用

2.1 中風化花崗巖資源在排水渠中的應用

為了節省工程成本，本工程路基兩邊的排水渠以及預制混凝土格柵的混凝土由中風化花崗巖作為粗細骨料制備而成，混凝土強度等級為C25，混凝土格柵采用預制場預制，現場預制拼裝。排水渠具體的施工工藝如下：①根據測量放樣定出水溝中線，并測量標高計算出水溝開挖深度；人工配合機械，參照水溝設計斷面開挖基槽，清除基槽浮土，夯實基礎。②在基坑底部設標高控制樁，澆筑溝槽底板，水溝底板澆筑寬度各放寬10cm，便于墻身模板的加固；底板混凝土澆筑過程中，底板澆筑范圍內不得有積水，混凝土須采用振搗棒搗凅密實。③底板施工完畢后，根據水溝斷面、溝頂標高、溝底標高架立槽身模板。④在線間水溝施工過程中，當基礎與墻身、墻身與板座分次澆筑混凝土時，需要預埋連接筋，并對混凝土表面進行鑿毛處理。⑤水溝施工過程中，在靠近新建線路一側，基床表層底部，土工膜上方，設置泄水孔。站線設置在溝頂以下25cm 的位置，正線在溝頂以下50cm 的位置設置預埋泄水孔；泄水孔孔徑不小于10cm，縱向間距1.0m。⑥各類模板加固完畢后，經監理和主管工程師檢查合格后方可澆筑混凝土，且其澆筑過程中必須逐段分層振搗澆筑。⑦墻身及基礎每隔15m 設立一道寬3cm 的沉降縫，沉降縫材料采用泡沫板或瀝青木板。⑧混凝土澆筑完畢初凝后對混凝土加以覆蓋并保濕養護，常溫下養護期不得少于7d。

圖1 排水溝

圖2 混凝土格柵

2.2 中風化花崗巖資源在擋墻中的應用

本工程路基兩邊的六角塊體和重力式混凝土擋墻由中風化花崗巖作為粗細骨料的混凝土澆筑而成，混凝土強度等級為C35，混凝土六角塊體采用預制廠預制成型。具體施工工藝如下：①制定澆筑工藝，明確結構分段分塊的間隔澆筑順序，先澆筑基礎混凝土，由于墻身較高，墻身混凝土分兩次澆筑完成。②根據結構截面尺寸大小研究確定必要的防溫防裂措施。③施工前應仔細檢查模板、預埋件的緊固程度。④混凝土澆筑應連續進行，當因故間歇時，其間歇時間應小于前層混凝土的初凝時間或重塑時間。⑤混凝土澆筑過程中，應隨時對混凝土進行振搗并使其均勻密實，振搗宜采用插入式振搗器垂直點振。⑥混凝土振搗過程中，應避免重復振搗，防止過振。應加強檢查模板支撐的穩定性和接縫的密合情況，防止在振搗混凝土過程中產生漏漿。⑦混凝土振搗完成后，應及時修整、抹平混凝土裸露面，待定漿后再抹第二遍并壓光。

圖3 混凝土邊坡

圖4 混凝土擋墻

2.3 中風化花崗巖資源在鐵路過渡段中的應用

本工程過渡段由中風化花崗巖作為粗細骨料制備而成，混凝土強度為C50。具體施工工藝如下：①清除填筑料底部范圍內及路基順坡向的浮土雜物，及時整平碾壓，壓實強度跟基坑回填要求一致。②根據結構截面尺寸大小研究確定必要的防溫防裂措施。③支架模板，混凝土澆筑施工前應仔細檢查模板、預埋件的緊固程度。④混凝土澆筑應連續進行，當因故間歇時，其間歇時間應小于前層混凝土的初凝時間或重塑時間。⑤混凝土澆筑過程中，應隨時對混凝土進行振搗并使其均勻密實，振搗宜采用插入式振搗器垂直點振。⑥混凝土振搗過程中，應避免重復振搗，防止過振。⑦混凝土振搗完成后，應及時修整、抹平混凝土裸露面，待定漿后再抹第二遍并壓光。

圖5 鐵路過渡段

圖6 混凝土泵送

3 工程應用效果分析

通過現場鉆芯法對工程應用的部位進行了效果評價。排水渠部位（C25）混凝土、擋墻部位（C35）混凝土以及鐵路過渡段（C50）混凝土的芯樣如圖7～圖9所示，現場取芯后進行切割和磨平，進行混凝土抗壓強度試驗。

圖7 排水渠部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

圖8 混凝土擋墻部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

圖9 鐵路過渡段部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

通過對應用工程的部位進行混凝土抗壓強度試驗結果如表1 所示，試驗結果表明，工程應用的混凝土抗壓強度全部達到預期的強度等級要求。對于C25 強度等級混凝土，檢測結果范圍為30.1～31.6MPa，平均值為30.2MPa；對于C35 強度等級混凝土，檢測范圍為35.1～45.4MPa，平均值為38.7MPa，過渡段C50 強度等級混凝土，檢測范圍為51.0～63.8MPa，平均值為57.1MPa。

表1 各個工程部位的混凝土芯樣抗壓強度

4 工程經濟效益分析

路基工程中排水渠、擋墻和過渡段及其他附屬工程砂石用量約30 萬噸，中風化花崗巖機制砂用量約10 萬噸，中風化花崗巖碎石用量約20 萬噸。將中風化花崗巖代替河砂、碎石，河砂現在綜合單價約278元/m3，碎石綜合單價為250元/m3，中風化花崗巖機制砂綜合單價約100元/m3，中風化花崗巖碎石綜合單價約97元/m3，節約費用68000×278+130000×250-68000×100+130000×97=31994000（元），所以該技術帶來的經濟效益約為319.94萬元。

5 結語

⑴利用中風化花崗巖作為粗細骨料成功制備出C25、C35、C50 等級的混凝土，并在路基工程排水渠、擋墻、過渡段及其他附屬工程結構中進行了工程應用。

⑵通過對應用工程的部位進行現場鉆芯取樣檢測，三個強度等級的混凝土全部達到設計要求，應用效果良好，且具有顯著的經濟效益。