陳 強 上海鐵路局安全監(jiān)察室

1 前言

由于路基結(jié)構(gòu)隨時間、荷載等影響產(chǎn)生自然沉降、工后沉降等變形問題，路基工程質(zhì)量控制一直是鐵路施工質(zhì)量控制的重點，特別是隨著客運專線和高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，對路基工程施工質(zhì)量要求更高。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，把路基工程作為一種“土工結(jié)構(gòu)物”，按照結(jié)構(gòu)物進行設(shè)計和施工的路基工程理論是當(dāng)前滿足客運專線及高速鐵路路基工程要求的基本共識；而路基“土工結(jié)構(gòu)物”理論中尤為關(guān)鍵的一點就是確保路基施工質(zhì)量，促使路基填料以結(jié)構(gòu)形式受力，因此路基施工質(zhì)量控制是路基“土工結(jié)構(gòu)物”的重要保證。

京滬高鐵正線全長1 318 km，路基工程162 km，約占全長的12.3%；京滬高鐵土建工程四標(biāo)段路基工程共62.876 km，占總體路基工程量約40%。該段路基工程位于江蘇、安徽兩省北部黃淮沖積平原，地質(zhì)條件以軟體和松軟土為主，路基填料全部采用A、B組填料填筑。

2 路基填料技術(shù)指標(biāo)要求

根據(jù)京滬高鐵設(shè)計及驗收標(biāo)準規(guī)定，基床底層應(yīng)采用A、B組填料或改良土填筑，基床以下路堤優(yōu)先選用級配良好的A、B組填料和C組碎石、礫石類填料，當(dāng)選用C組細粒土填料時，必須根據(jù)土源性質(zhì)進行改良?；驳讓犹盍系牧讲粦?yīng)大于100 mm，不均勻系數(shù)Cu應(yīng)大于20；基床以下路堤填料的粒徑不得大于150 mm，不均勻系數(shù)Cu應(yīng)大于12。對不符合上述要求的填料，可采用物理改良的方法，改善其粒徑級配。

3 填料生產(chǎn)及控制措施

3.1 選料

調(diào)查料源時，首先通過外觀檢查對填料進行野外地質(zhì)特征判斷，選擇硬質(zhì)巖石塊、棄碴、強風(fēng)化硬質(zhì)巖及構(gòu)造和風(fēng)化影響呈碎塊土狀的填料備用，并取樣進行物理力學(xué)性能試驗。取抗風(fēng)化和耐崩解性較好、膨脹性等指標(biāo)滿足要求的母巖或土料，作為生產(chǎn)A、B組碎石土或礫石土的原料。若開挖或破碎后發(fā)現(xiàn)含有較細、質(zhì)軟顆粒等疑似膨脹性成分則取樣進行礦物成分分析。部分填料的礦物成分分析試驗結(jié)果見表1。

表1 部分工區(qū)路堤填料礦物成分分析試驗結(jié)果

根據(jù)鐵路規(guī)范要求，采用自由膨脹率、蒙脫石含量、陽離子交換量等三項指標(biāo)作為膨脹土的判定依據(jù)，當(dāng)符合其中的兩項指標(biāo)時，即可判定為膨脹土，具體的判定指標(biāo)見表2。

表2 膨脹土的詳判指標(biāo)

由表1可以看出，各填料都以抗風(fēng)化性能較好的石英、長石或角閃石為主，無膨脹性，且具有很好的耐崩解性能，說明填料的穩(wěn)定性良好，可經(jīng)加工破碎后作為A、B組填料。當(dāng)填料發(fā)生變化或更換料場時都應(yīng)進行填料性質(zhì)鑒定。

3.2 生產(chǎn)

采用與建筑材料相同的工廠化集中生產(chǎn)控制方式，確保填料質(zhì)量。

（1）設(shè)立專門的A、B組填料加工場，建立健全機構(gòu)和管理制度，由專業(yè)人員負責(zé)填料的開采和生產(chǎn)。加工場配備破碎機、挖掘機、裝載機和過篩設(shè)備等，及時對生產(chǎn)出來的填料進行篩選和倒運，倒運過程中保證成品填料顆粒級配的均勻性，避免顆粒發(fā)生離析。

（2）開采前提前把山皮、草根、樹根、表土、耕植土和粘土清除干凈，對爆破出來的石料及時進行分選，只有滿足要求的石料方可用于A、B組填料的加工。

（3）料場設(shè)置生產(chǎn)區(qū)、合格區(qū)、待檢區(qū)等。生產(chǎn)出來的填料首先進入待檢區(qū)，經(jīng)試驗室取樣檢驗合格后再倒運入合格區(qū)，不合格的填料則根據(jù)情況進行重新加工或者改良，滿足要求后方可倒運入合格區(qū)備用。

3.3 粒徑和級配控制

鑒于在生產(chǎn)過程中會面臨同時為基床底層和基床以下路堤供應(yīng)填料的情況，統(tǒng)一控制填料的最大粒徑小于100mm，限定圓孔篩的篩孔直徑不得大于90 mm，若使用方孔篩，則篩孔邊長不得大于80 mm，避免振動篩的孔徑因填料磨損逐漸擴大后導(dǎo)致粒徑超標(biāo)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)填料粒徑超出控制范圍時，采取調(diào)節(jié)破碎機牙板間距或者更換振動篩等措施進行調(diào)整。

填料應(yīng)具有一定的級配，如果填料級配不良，或者細粒含量過少，則容易在路基表面形成集料窩，難以壓實，Ev2指標(biāo)也難以滿足要求。這是由于填料在壓實功的作用下并沒有形成一個密實的整體，內(nèi)部還存在很多空隙，在外部荷載的作用下會發(fā)生較大的變形。當(dāng)填料級配不能滿足規(guī)范要求時，可采用物理改良的方式改善其級配性能。

圖1是相同的兩種填料通過不同的比例進行摻配后的顆粒分析曲線。可以看出，曲率系數(shù)Cc=7.11和Cc=20.31的兩種填料在曲線上的某一位置均出現(xiàn)了水平段或曲線陡降，說明在該粒組的顆粒含量為0或者過多，填料級配不連續(xù)，而曲率系數(shù)Cc=13.68的填料曲線最為緩和，粒度變化范圍寬，級配最好，說明通過合適的摻配比例能夠得到級配良好的填料。

圖1 不同曲率系數(shù)填料的顆粒分析曲線

擊實是用機械方法將固體土粒聚集到更緊密的過程，通過外力功的作用使土的干密度增加，不同的土質(zhì)、含水量和壓實方法，對土的壓實效果也不一樣。通過擊實試驗，可以得知在給定的擊實功條件下，土的干密度和含水量的關(guān)系，以及最有效的擊實含水量和土的最大干密度，該試驗結(jié)果能從一定程度上反應(yīng)出土的壓實特性。

圖2是不同最大粒徑的填料在不同曲率系數(shù)條件下模擬重型擊實試驗的數(shù)據(jù)曲線，可以看出，不同級配的填料在相同的擊實功作用下得到不同的最大干密度，具有不同的壓實特性。結(jié)合圖1的數(shù)據(jù)分析，說明填料的級配越好，可壓實性越高，施工中就能夠得到更大的密度，更有利于路基的壓實和穩(wěn)定。

通過顆粒分析試驗控制填料級配時，得到的級配曲線應(yīng)接近圓順。當(dāng)需要物理改良時，必須先在室內(nèi)進行不同粒級填料的顆粒分析試驗，計算出摻配比例，在料場旁另辟一塊場地用于填料的改良拌和，填料必須按室內(nèi)試驗確定的摻配比例經(jīng)拌和均勻后方可裝車運往填筑現(xiàn)場，嚴禁采用邊拌和邊裝車或按配料比例裝車的方式進行改良。

圖2 填料不同曲率系數(shù)與最大干密度關(guān)系曲線

3.4 含水量控制

填料必須具備適宜的含水量才能碾壓密實，不同填料的最佳含水量應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗確定。試驗室應(yīng)提前進行不同含水量狀態(tài)下填料的重型擊實試驗，確定其最佳含水量。

傳統(tǒng)的路基填筑施工中，通常采用在路基填筑現(xiàn)場采取灑水或晾曬的方式來調(diào)節(jié)填料的含水量，但這些方式只能解決填料表層的含水量，而且灑水后不易拌合均勻，填層不同部位的含水量不一致，會導(dǎo)致碾壓不均勻，影響整體壓實效果，因此在填料出場前必須解決含水量問題。

為了保證填料出場前具有均勻的含水量，在每個填料傳送帶的下料口處都加裝了灑水設(shè)備，下料的同時加水濕潤。需要改良的填料則在進行改良拌和時適量噴水濕潤，使其含水量略高于最佳含水量1%～2%，用挖掘機翻拌均勻后，運至儲存區(qū)悶料2～3天備用。

3.5 A、B組填料的生產(chǎn)工藝流程

試驗室在生產(chǎn)過程中按照規(guī)范要求的檢驗項目和頻率對填料質(zhì)量進行檢驗。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粒徑或級配有明顯變化時要加大檢測頻率，并將結(jié)果及時反饋給技術(shù)主管，以便采取相應(yīng)的處理措施，確保填料質(zhì)量滿足規(guī)范和技術(shù)要求。

A、B組填料的生產(chǎn)工藝流程見圖3。

圖3 A、B組填料的生產(chǎn)工藝流程

4 結(jié)束語

京滬高鐵路基工程已通過驗收，該段路基工程質(zhì)量評定優(yōu)良。隨著京滬高鐵的開通運行，路基施工質(zhì)量將會不斷得到檢驗，鐵路專業(yè)技術(shù)部門將繼續(xù)對路基沉降變形等進行觀測和評價，對路基“土工結(jié)構(gòu)物”理論進行豐富，促進鐵路路基工程施工技術(shù)的發(fā)展。