張愛忠

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

青藏鐵路格拉段全長(zhǎng)1 142 km，其中穿越連續(xù)多年凍土區(qū)550 km。塊石路基是青藏鐵路格拉段高原多年凍土區(qū)路基采取的主要工程措施之一，其結(jié)構(gòu)形式是在路堤下部設(shè)置塊石層，利用塊石層的冷開關(guān)作用，降低堤身和路基基底的地溫，從而達(dá)到保護(hù)多年凍土的目的。多年以來，國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)多次進(jìn)行了多年凍土區(qū)塊石路基的試驗(yàn)研究，并取得了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)。2001年，鐵道部青藏鐵路建設(shè)指揮部組織科研、施工單位在青藏鐵路清水河試驗(yàn)段、北麓河試驗(yàn)段對(duì)塊石路基進(jìn)行了試驗(yàn)研究，取得了階段性試驗(yàn)成果，從而使塊石路基在青藏鐵路高原多年凍土區(qū)路基工程中得以廣泛應(yīng)用。

不凍泉至可可西里段(第六和第十一標(biāo)段)位于青藏高原多年凍土區(qū)，大部分土質(zhì)為細(xì)粒土。本段線路長(zhǎng)度為73.253 km，路基長(zhǎng)度為50.683 km，其中高含冰量?jī)鐾恋囟尾扇×藟K石路基，全長(zhǎng)17.665 km，填塊石總量為63萬m3(不含熱融湖塘路基工程量)。在施工過程中，中鐵十二局集團(tuán)有限公司成立了課題組，對(duì)塊石路基施工技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 塊石路基施工

青藏鐵路第六和第十一標(biāo)段采用的塊石路基設(shè)計(jì)措施是在路基基底設(shè)一層土路拱，路拱最小厚度為30 cm，原地面為平地時(shí)，路拱做成人字坡，原地面為斜坡時(shí)，路拱做成單面坡。路拱上設(shè)1.0～1.2 m厚塊石層，其頂部分別設(shè)0.2 m厚碎礫石和0.2 m厚中粗砂反濾層。塊石粒徑要求為20～40 cm。圖1為塊石路基橫斷面設(shè)計(jì)圖。

圖1 塊石路基橫斷面設(shè)計(jì)(單位:m)

1.1 路拱施作、地表處理采取的措施

1)路拱的作用。在塊石層下設(shè)土路拱，作用是防止地表水進(jìn)入路基基底，避免減弱塊石層的效果。

2)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問題。青藏鐵路第六標(biāo)段部分地段路基范圍地表低洼，如按30 cm厚度填筑路拱，則不能有效防止地表水進(jìn)入塊石層的底部，將減弱塊石路基的效果。

3)解決措施。將低洼地段路基范圍及附近的坑洼采用粗粒土填平，然后填筑路拱，使路基坡腳高于路基以外地面，避免地表水進(jìn)入路基基底，取得了相當(dāng)好的效果。

1.2 塊石生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制

1)清水河試驗(yàn)段塊石路基施工質(zhì)量控制

2001年9月—11月，在清水河試驗(yàn)段DK1 025+550—DK1 025+600段塊石路基的施工中，采石場(chǎng)采取人工配合挖掘機(jī)挑選塊石，施工工效低，且容易使大小石塊混入，施工進(jìn)度緩慢，平均每臺(tái)挖掘機(jī)每臺(tái)班選料不足200 m3。

2)2002年塊石生產(chǎn)工藝的改進(jìn)情況

2002年3月至6月在五道梁GK3022左采石場(chǎng)進(jìn)行了塊石生產(chǎn)工藝試驗(yàn)，對(duì)塊石粒徑控制采取了多種措施進(jìn)行試驗(yàn)。選料是控制塊石質(zhì)量的關(guān)鍵。在采石場(chǎng)工作面設(shè)置了篩分臺(tái)，篩分臺(tái)采用工字鋼搭建。長(zhǎng)9 m的I20工字鋼，按20 cm間距布置，倒扣放置，坡度為1∶1，臺(tái)下凈空滿足裝載機(jī)作業(yè)要求。采用挖掘機(jī)進(jìn)行初選，將＞40 cm塊石挑選出來，進(jìn)行解小或采用沖擊氣錘分解;初選出的料用裝載機(jī)裝運(yùn)至篩分臺(tái)進(jìn)行篩分，將 ＜20 cm的石塊篩除，用于塊石層頂面找平，篩分后的塊石運(yùn)至工地。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)分析，PC200挖掘機(jī)每臺(tái)班可選料400～450 m3。采石場(chǎng)在配置一套篩分臺(tái)，一臺(tái)沖擊氣錘(用 PC200挖掘機(jī)改裝)，7～8臺(tái)挖掘機(jī)的情況下，每日可選料3 500 m3。

1.3 塊石層填筑成型工藝的研究

1)清水河試驗(yàn)段塊石路基填筑成型工藝試驗(yàn)

清水河試驗(yàn)段DK1 025+550—DK1 025+600段塊石層設(shè)計(jì)厚度為1.5 m，塊石粒徑要求為20～40 cm，塊石層下填筑30 cm厚粗粒土，塊石層上設(shè)30 cm厚圓礫石墊層，墊層頂設(shè)一層防滲土工布。

2001年9月—10月，進(jìn)行了塊石現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)。首先采用壓路機(jī)對(duì)原地面進(jìn)行了碾壓，填筑了30 cm厚礫砂土，填層頂面做成4%的人字形橫坡，碾壓密實(shí)。塊石填筑采用先低后高、先兩側(cè)后中央傾填、水平分層填筑的方法，分層厚度為50 cm，采取人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行填筑，邊坡采用人工整理成型。采用YZ18t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)先兩側(cè)后中間縱向進(jìn)行，反復(fù)碾壓，行與行之間重疊0.4 m以上，前后相鄰地段重疊2.0 m以上，碾壓遍數(shù)試驗(yàn)確定為4～6遍。

2)第六標(biāo)段塊石層填筑成型工藝試驗(yàn)

第六標(biāo)段DK1 041+730—DK1 042+910段塊石路基，塊石層設(shè)計(jì)厚度為1.2 m，塊石層下設(shè)30 cm厚土路拱，塊石層以上依次設(shè)20 cm厚碎礫石反濾層和20 cm厚中粗砂反濾層。

2002年5月—6月，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了成型工藝試驗(yàn)。路拱填料采用礫砂土，采取全寬填筑。采取“半幅施工、半幅通車”的方法填筑塊石層，解決車輛行駛問題?？偨Y(jié)清水河試驗(yàn)段的施工經(jīng)驗(yàn)，將塊石層一次傾填到高程，采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行填筑，塊石層頂面用粒徑為5～10 cm小石塊找平封閉。采用YZ18t壓路機(jī)振動(dòng)碾壓6～8遍，碾壓時(shí)先兩側(cè)后中間縱向進(jìn)行，行與行之間重疊0.4 m以上，前后相鄰地段重疊2.0 m以上。反濾層填筑從一端依次推進(jìn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝試驗(yàn)，得出塊石層、反濾層填筑碾壓工藝參數(shù)見表1。塊石層邊坡采取人工進(jìn)行整理。經(jīng)施工中統(tǒng)計(jì)，1臺(tái)挖掘機(jī)需50人配合，每日可完成填筑塊石700～750 m3。

表1 塊石層、碎礫石、中粗砂層填筑碾壓工藝參數(shù)

在試驗(yàn)過程中，針對(duì)存在的問題，并采取了下列措施:

1)采用插鋼筋縱橫向掛線的方法，控制塊石層的厚度，防止超欠填。

2)在第二個(gè)半幅塊石層填筑前對(duì)路拱重新整平碾壓，確保路拱的平整度;左右幅塊石層搭接處預(yù)留1 m寬的搭接臺(tái)階，保證塊石層的整體性。

3)塊石層頂面先用5～10 cm小石塊找平封閉，再填10 cm厚的碎石層人工掛線整平，然后采用自重不小于18 t的壓路機(jī)碾壓。

4)塊石層完成后在護(hù)道和邊坡上蓋上彩條布，防止散落下的填料堵塞塊石層孔隙。

2 塊石路基施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

塊石路基施工工藝流程見圖2。

圖2 塊石路基施工工藝流程

2.2 施工工藝要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

1)料源選擇及備料:開工前進(jìn)行料源調(diào)查，根據(jù)環(huán)保要求選擇采石場(chǎng)位置，及早備料。

2)施工機(jī)械、勞力配備:根據(jù)工程量和運(yùn)距合理配備施工機(jī)械、車輛、勞力，適當(dāng)留有富余。

3)熟悉資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查:認(rèn)真熟悉設(shè)計(jì)圖紙及文件，充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖;詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)情況，以便確定合理的施工方案和切合實(shí)際的處理措施。

4)測(cè)量放樣:準(zhǔn)確進(jìn)行路基邊樁放樣，在邊線上插彩旗，設(shè)限界標(biāo)志，防止超欠填現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.2 基底處理及路拱填筑

根據(jù)《高原多年凍土區(qū)路基(含環(huán)保)施工技術(shù)細(xì)則》要求，進(jìn)行路基基底處理和路拱填筑。路拱填料采用粗粒土，最小厚度控制在30 cm，使路基坡腳位置高出路基以外地面。路拱頂面做成人字形排水坡或單面坡，坡度控制在2% ～4%。

2.2.3 塊石開采及質(zhì)量控制

塊石的粒徑控制的好壞，直接關(guān)系著通風(fēng)效果。因此，塊石的生產(chǎn)是塊石路堤施工中的質(zhì)量控制關(guān)鍵。在采石場(chǎng)控制塊石質(zhì)量，可有效防止不合格塊石進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

2.2.4 塊石層填筑

1)塊石施工現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)工作面設(shè)備機(jī)具配備見表2，相應(yīng)配備勞力50人。

表2 塊石通風(fēng)路基現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備機(jī)具配備

2)塊石層填筑施工。塊石層按設(shè)計(jì)一次傾填到位。采取后傾法填筑塊石，人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行塊石層整形，邊卸車邊整理。按順序一次整理成型。

2.2.5 碎礫石及中粗砂反濾層施工

1)塊石施工完畢經(jīng)驗(yàn)收合格并經(jīng)監(jiān)理工程師簽認(rèn)后，方可進(jìn)行碎礫石施工。

2)碎礫石施工前，先行在塊石邊坡鋪設(shè)彩條布或其它材料(伸入護(hù)道頂面50 cm)，以防碎礫石滑入邊坡堵塞空隙，從而影響通風(fēng)效果。

3)填筑前，在塊石頂面上用白灰線劃出方格網(wǎng)，按照方格網(wǎng)進(jìn)行布料。

4)插桿掛線控制碎礫石虛鋪厚度，推土機(jī)配合人工攤平，YZ18t壓路機(jī)碾壓，碾壓采用靜壓法。檢測(cè)合格后，進(jìn)行中粗砂填筑。

5)中粗砂施工前，首先需對(duì)中粗砂進(jìn)行外觀、篩分檢驗(yàn)，要求選用顆粒級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬耐久的中粗砂，砂中不得含有雜草、垃圾及粒徑＞10 mm的石塊等雜質(zhì)，含泥量不得大于5%。

6)中粗砂填筑方法與碎礫石基本相同。

2.2.6 路基土方填筑

塊石路基完成后，其上部的路基土方填筑嚴(yán)格按照“四區(qū)段、八流程”工藝施工。為防止在施工過程中造成塊石層邊坡塊石孔隙的堵塞，路基填筑過程中仍然在邊坡上覆蓋彩條布。

2.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)路拱填筑。嚴(yán)格控制填料質(zhì)量，并確保路拱面平整度、高程、橫坡及壓實(shí)度達(dá)到驗(yàn)標(biāo)要求。

2)塊石層填筑。重點(diǎn)控制塊石粒徑，在料源上把關(guān)，不合格的塊石嚴(yán)禁運(yùn)往工地。另外要保證塊石層的厚度符合設(shè)計(jì)要求，頂面找平時(shí)將孔洞堵塞嚴(yán)密，保證通風(fēng)效果。

3)反濾層鋪設(shè)。嚴(yán)格進(jìn)行碎礫石層、中粗砂的選料，嚴(yán)格控制粒徑、級(jí)配、細(xì)度模量、含泥量等各項(xiàng)指標(biāo)。填筑時(shí)，控制好虛鋪厚度、碾壓遍數(shù)，保證壓實(shí)度和平整度。

3 小結(jié)

1)塊石路基施工宜安排在暖季初進(jìn)行，以減少帶入路基的熱量。如在暖季施工，將路拱施工安排在每日溫度較低時(shí)段進(jìn)行。

2)路拱采用粗粒土填筑，厚度不小于30 cm，路拱橫坡達(dá)到4%是必要的，其目的是保證地表水不進(jìn)入路基基底。路拱填料、塊石、碎礫石、中粗砂的備料應(yīng)提前進(jìn)行。

3)施工中，嚴(yán)格控制塊石粒徑。塊石粒徑要在采石場(chǎng)控制，從源頭上解決。振動(dòng)氣錘用于大石塊解小，效率較高。

4)嚴(yán)格做好塊石層頂面的封閉，防止上部的碎礫石滲入塊石層的孔隙中影響通風(fēng)效果。

5)在反濾層和上部路基填筑時(shí)，在塊石層邊坡上覆蓋彩條布，可有效地防止填料落入塊石層。

[1]田亞護(hù)，溫立光，劉建坤.季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基變形監(jiān)測(cè)及凍害原因分析[J].鐵道建筑，2010(7):104-107.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

[3]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10035—2002 鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10102—2010 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

[6]石剛強(qiáng)，王珣.哈大鐵路客運(yùn)專線路基填料凍脹性試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2011(10):61-63.