薛馬峰

(蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引言

新建鐵路蘭新第二雙線位于甘肅省、青海省、新疆維吾爾自治區(qū)三省區(qū)，途經(jīng)地區(qū)多為戈壁地貌，氣候特殊、環(huán)境惡劣。該線路采用無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)，是迄今為止國(guó)內(nèi)高等級(jí)鐵路路基比例最高的鐵路。其中甘青段線路總長(zhǎng)1 065.8 km，路基長(zhǎng)度602.7 km(含站場(chǎng))，占正線總長(zhǎng)度的56.5%。全線土石方數(shù)量巨大，如何利用現(xiàn)場(chǎng)填料，在惡劣環(huán)境下保證路基填筑質(zhì)量，成為新建鐵路蘭新第二雙線路基施工成敗的關(guān)鍵。為了充分深入地研究戈壁地區(qū)填料特性及填筑工藝要點(diǎn)，甘青公司組織相關(guān)單位開(kāi)展了卵礫石土填筑施工系統(tǒng)試驗(yàn)，獲取了相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。

1 試驗(yàn)段基本情況

試驗(yàn)段位于DK719+500～DK719+700，全長(zhǎng)200 m，基底寬度16 m，填土高度2.3 m，共填筑6層，路基邊坡坡率1∶1.5，路基面橫向坡度2%，碾壓采用20 t壓路機(jī)，施工期間最高氣溫35℃，最低氣溫12℃，晝夜溫差大，干旱，多風(fēng)，少雨。

2 試驗(yàn)段的目的

1)通過(guò)填料的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析研究提出能滿足本工程路基填料的基本要求。

2)通過(guò)進(jìn)行填筑工藝性試驗(yàn)，總結(jié)出此類填料施工工序及工藝要求。

3)針對(duì)戈壁地區(qū)的水文及氣候特點(diǎn)，通過(guò)不同加水及拌和工藝的比較，確定路基填料增濕用水最佳方案。

3 填料及工藝參數(shù)的確定

試驗(yàn)段共填筑六層，分別試驗(yàn)了不同填料種類、粒徑、含水率及碾壓遍數(shù)、松鋪厚度的試驗(yàn)情況。

3.1 不同填料種類的試驗(yàn)情況

3.1.1 填料的分類情況

(A):未過(guò)篩的天然B組填料(人工揀除大于15 cm粒徑礫石)，平均每立方米填料利用率為90%。

(B):過(guò)篩后粒徑不大于10 cm的B組填料，平均每立方米填料篩分后利用率為77%。

(C):過(guò)篩后粒徑不大于8 cm的B組填料，平均每立方米填料篩分后利用率為65%。

(D):過(guò)篩后粒徑不大于6 cm的B組填料，平均每立方米填料篩分后利用率為55%。

(E):4 cm～6 cm碎石∶1 cm～4 cm碎石∶粒徑不大于0.5 cm的石粉∶過(guò)篩后粒徑不大于6 cm的填料經(jīng)過(guò)1∶2∶1∶3拌和之后的混合料。

(F):用過(guò)篩后粒徑不大于10 cm的B組填料摻加3%水泥后的水泥改良填料。

3.1.2 不同填料填筑檢測(cè)情況比對(duì)

對(duì)上述六種填料進(jìn)行填筑試驗(yàn)，填料控制含水率為3.1%左右，虛鋪厚度40 cm，推土機(jī)粗平，平地機(jī)精平后進(jìn)行三強(qiáng)兩弱振動(dòng)碾壓，分別進(jìn)行K30，Evd，壓實(shí)系數(shù)K，含水率指標(biāo)檢測(cè)，在虛鋪厚度、振壓遍數(shù)相同的條件下，檢測(cè)結(jié)果如下:

Evd檢測(cè)結(jié)果:水泥改良土Evd值最大，粒徑不大于8 cm、粒徑不大于6 cm填料Evd值均大于40 MPa，符合驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)要求，其余三種填料Evd值有40%以上的點(diǎn)滿足不了驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表1。

表1 Evd檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 MPa

K30檢測(cè)結(jié)果:K30值均大于150 MPa/m，符合驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)，其中水泥改良土K30值高于其余五種填料，檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表2。

表2 K30檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 MPa/m

壓實(shí)系數(shù)K檢測(cè)結(jié)果:粒徑不大于8 cm、粒徑不大于6 cm兩種填料壓實(shí)系數(shù)大于其余四種填料，其中粒徑不大于6 cm填料壓實(shí)系數(shù)值最大，檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表3。

表3 壓實(shí)系數(shù)K檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)結(jié)論:六種填料的K30、壓實(shí)系數(shù)K均滿足驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)要求，其中天然填料粒徑不大于15 cm、粒徑不大于10 cm的兩種填料Evd值有40%以上不合格，且碾壓完成后有明顯離析、集窩現(xiàn)象;水泥改良土檢測(cè)結(jié)果符合要求，但施工工序多，且投資增大;碎石改良土Evd值有40%以上不合格，并且碎石改良土由于當(dāng)?shù)厥腺Y源緊缺不能滿足大面積施工，現(xiàn)場(chǎng)可操作性差，且投資增大;粒徑不大于8 cm、粒徑不大于6 cm填料，各項(xiàng)指標(biāo)均衡，粒徑不大于8 cm填料盡管主要指標(biāo)均滿足試驗(yàn)要求，但現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有輕微度離析、集窩現(xiàn)象，因此建議采用粒徑不大于6 cm的填料。

3.2 填料的增濕方法及施工用水量的試驗(yàn)情況

試驗(yàn)段按取土場(chǎng)灑水悶料、現(xiàn)場(chǎng)灑水滲透、取土場(chǎng)挖坑灌水滲透三種不同的方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。取土場(chǎng)悶料是在取土場(chǎng)采用挖掘機(jī)挖土并過(guò)篩，過(guò)篩后用挖掘機(jī)邊拌和邊灑水，拌和后悶料一晝夜?，F(xiàn)場(chǎng)灑水滲透是在試驗(yàn)段填料攤鋪完成后，用灑水車進(jìn)行灑水滲透，試驗(yàn)時(shí)滲透一晝夜。取土場(chǎng)挖坑灌水滲透是在取土場(chǎng)用挖掘機(jī)挖約3 m～5 m長(zhǎng)、2 m寬、0.5 m～1 m深的滲水坑，將水放入坑內(nèi)，待水完全滲透后用挖掘機(jī)取土填筑(一般滲透1 d～2 d)。

試驗(yàn)期間日最高氣溫35℃，日最低氣溫12℃，日平均氣溫26℃，風(fēng)速為3 m/s～10 m/s，運(yùn)距0.3 km，取土場(chǎng)天然填料含水量1.6%。通過(guò)含水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，水分損耗、施工拌水方法的優(yōu)缺點(diǎn)詳見(jiàn)表4。

表4 不同悶料方法的水分損耗及適用性分析

試驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)對(duì)以上三種施工拌水方法優(yōu)缺點(diǎn)和水分損耗對(duì)比分析，為確保工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，建議施工中用取土場(chǎng)挖坑灌水滲透方法進(jìn)行填料增濕施工。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)含水率的驗(yàn)證

在碾壓方式相同的條件下采用粒徑不大于6 cm的填料按虛鋪厚度 40 cm，含水率分別為 2.3%，2.5%，2.7%，3.3%進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 最優(yōu)含水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)結(jié)果:從表5檢測(cè)結(jié)果可以看出，填料粒徑不大于6 cm，最佳含水率為3.1%，最大干密度2.36 g/cm3，壓實(shí)系數(shù) K值最大，壓實(shí)度最好，各項(xiàng)指標(biāo)符合驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)砂礫土的特點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)同現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最優(yōu)含水率誤差為±0.5%。由室內(nèi)試驗(yàn)可看出施工含水率控制在2.6%～3.6%之間，由現(xiàn)場(chǎng)施工可看出含水率控制在2.3%～3.3%之間碾壓效果均較好，綜合室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，最優(yōu)含水率為3%。

3.4 碾壓遍數(shù)的驗(yàn)證

為驗(yàn)證碾壓遍數(shù)與壓實(shí)指標(biāo)，第五層填料采用粒徑不大于6 cm、含水率控制在2.3%～3.3%、虛鋪厚度40 cm，采用一靜壓二強(qiáng)振一靜壓(A)、一靜壓三強(qiáng)振一靜壓(B)、一靜壓三強(qiáng)振二弱振二靜壓(C)三種碾壓工藝進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表6。

表6 三種不同碾壓工藝檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)結(jié)論:(A)組合碾壓工藝K30結(jié)果不合格;三種工藝壓實(shí)系數(shù)值均滿足驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)要求，但(C)組合碾壓工藝的Evd、壓實(shí)系數(shù)K值均優(yōu)于其他兩組碾壓組合，壓實(shí)效果好。因此推薦(C)組合為最佳碾壓方式。

3.5 松鋪系數(shù)的確定

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同的虛鋪厚度，按照試驗(yàn)確定的最優(yōu)含水率，填料含水量控制在3%左右，采用一靜壓三強(qiáng)振二弱振二靜壓的碾壓方式，按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行施工，測(cè)定的平均松鋪系數(shù)為1.088，詳見(jiàn)表7。

表7 松鋪系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.6 虛鋪厚度的確定

試驗(yàn)段第六層分為相等的四個(gè)區(qū)域，虛鋪厚度分別為30 cm，35 cm，40 cm，45 cm，進(jìn)行虛鋪厚度驗(yàn)證試驗(yàn)，所用填料均為粒徑不大于6 cm的填料，含水率控制在2.3%～3.3%，采用一靜壓三強(qiáng)振二弱振二靜壓碾壓工藝。在4種虛鋪厚度測(cè)得Evd，K30，壓實(shí)系數(shù)K值均滿足驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)現(xiàn)行高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南要求，采用碎石類土進(jìn)行基床以下路堤填筑時(shí)，分層的最大壓實(shí)厚度不應(yīng)大于40 cm，基床底層最大壓實(shí)厚度不應(yīng)大于35 cm，結(jié)合填料松鋪系數(shù)，建議基床以下路堤最佳虛鋪厚度為40 cm，基床底層最佳虛鋪厚度為35 cm。

4 綜合試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)段的現(xiàn)場(chǎng)施工和獲取的檢測(cè)數(shù)據(jù)、工藝控制參數(shù)等，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)情況，綜合考慮試驗(yàn)段實(shí)施過(guò)程中的相關(guān)外界因素，為確保大面積施工過(guò)程中的主體工程施工質(zhì)量，綜合試驗(yàn)結(jié)論為:

1)填料:6種填料中粒徑不大于6 cm的填料各項(xiàng)指標(biāo)均衡，其他5種填料均有個(gè)別指標(biāo)不符合要求，建議采用粒徑不大于6 cm的填料。

2)填料拌水方法及水分損耗:通過(guò)對(duì)三種填料拌水方法對(duì)比，推薦采用現(xiàn)場(chǎng)挖坑灌水滲透方法施工為最佳方案，此方法含水量損耗為4.4%。

3)含水率:通過(guò)不同含水率試驗(yàn)分析，現(xiàn)場(chǎng)填筑施工最優(yōu)含水率為3%，推薦現(xiàn)場(chǎng)施工含水率控制在2.5%～3.5%范圍之內(nèi)。

4)路基填筑碾壓工藝:根據(jù)不同碾壓工藝組合，一靜壓三強(qiáng)振二弱振二靜壓的碾壓工藝，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)要求，建議采用此種碾壓工藝組合施工。

5)虛鋪厚度:根據(jù)現(xiàn)行高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南要求，結(jié)合在虛鋪厚度35 cm，40 cm時(shí)一靜壓三強(qiáng)振二弱振二靜壓碾壓后各項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，建議基床以下路堤最佳虛鋪厚度值為40 cm，基床底層最佳虛鋪厚度值為35 cm。

5 建議

1)缺水是西部戈壁地區(qū)的最大特點(diǎn)，粗、細(xì)圓礫土保水性差，水分蒸發(fā)快，損耗大，建議填料運(yùn)輸過(guò)程中用篷布覆蓋，以減少水分的損耗。

2)根據(jù)粗、細(xì)圓礫土填料的工程特性，建議在主體工程施工中用20 t(含)以上的壓路機(jī)。

3)戈壁地區(qū)大風(fēng)天氣較多，填料過(guò)篩時(shí)易造成揚(yáng)塵，遇8級(jí)及以上大風(fēng)時(shí)能見(jiàn)度低，易發(fā)生安全事故，而且對(duì)作業(yè)人員職業(yè)健康有一定的影響，因此建議8級(jí)及以上大風(fēng)天氣時(shí)應(yīng)停止施工，遇6級(jí)及以上大風(fēng)天氣應(yīng)停止測(cè)量及試驗(yàn)檢測(cè)。

4)戈壁地區(qū)生態(tài)極為脆弱，地表上現(xiàn)有圓礫石和植被起到了固沙的作用，遇大風(fēng)天氣不易揚(yáng)塵，此保護(hù)層一旦被破壞很難恢復(fù)。因此建議大面積施工時(shí)采取相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，如施工便道用卵礫石鋪設(shè)、及時(shí)灑水;清表土和生活、建筑垃圾集中處理;取土場(chǎng)使用完畢后及時(shí)用卵礫石覆蓋等。

［1］ 鐵建設(shè)［2010］241號(hào)，高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南［Z］.

［2］ 胡一峰，李怒放.高速鐵路無(wú)砟軌道路基設(shè)計(jì)原理［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.