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(fā)生和發(fā)展、影響路基穩(wěn)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(shè)施主要有側(cè)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(huì)對(duì)路基強(qiáng)度和耐久性造成影響，圬工加固強(qiáng)度、水溝地基強(qiáng)度及圬工與地基的結(jié)合強(qiáng)度，都是影響排水設(shè)施強(qiáng)度的重要因素[4－8]。排水設(shè)施應(yīng)與地基良好結(jié)合，防止初期破壞，當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度較低時(shí)，地基土遇水變形過程中可能導(dǎo)致排水設(shè)施破壞，當(dāng)圬工與地基間結(jié)合不密貼時(shí)，可能出現(xiàn)圬工與地基土間發(fā)生位移、掏空等病害[9－10]?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況表明，水溝基底的壓實(shí)質(zhì)量對(duì)水溝的整體質(zhì)量和壽命有很大影響。因此，路堤排水溝開挖后，需要對(duì)底部進(jìn)行壓實(shí)處理，以免水溝因溝底沉降而發(fā)生開裂等損壞。但目前我國現(xiàn)行的《鐵路工程路基施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10414—2018)中尚無對(duì)水溝溝底壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且由于受到場(chǎng)地邊界等因素的影響，水溝基底無法使用大型壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行碾壓。因此，有必要對(duì)水溝基底的壓實(shí)方法、壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)和控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

2 水溝基底壓實(shí)方法

由于水溝溝底較窄，大約只有30～50 cm，即使小型壓路機(jī)都無法進(jìn)入，同時(shí)，相對(duì)于路基等重要承載部位，水溝基底對(duì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)較低。課題組選用振動(dòng)平板夯、手扶壓路機(jī)、振動(dòng)沖擊夯對(duì)路堤邊溝和站場(chǎng)排水溝基底進(jìn)行碾壓遍數(shù)和壓實(shí)系數(shù)K、動(dòng)態(tài)變形模量Evd的對(duì)比試驗(yàn)研究[11－12]。

課題組對(duì)路堤邊溝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)篩分資料，路堤邊溝基底屬于粉土(原狀土)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 不同壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)路堤邊溝基底碾壓遍數(shù)與壓實(shí)系數(shù)關(guān)系曲線

圖2 不同壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)路堤邊溝碾壓遍數(shù)與動(dòng)態(tài)變形模量Evd關(guān)系曲線

由試驗(yàn)結(jié)果可知，無論采用哪種壓實(shí)方法均能將該試驗(yàn)路堤邊溝基底壓實(shí)。其中振動(dòng)平板夯和手扶壓路機(jī)的壓實(shí)效果基本相同，動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)K均隨著碾壓次數(shù)的增加而增加，當(dāng)壓實(shí)到第5遍時(shí)趨于平穩(wěn)，再增加壓實(shí)遍數(shù)動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)K均變化不大。振動(dòng)沖擊夯在壓實(shí)到第4遍時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，再次增加壓實(shí)遍數(shù)動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)K均變化不大。由于振動(dòng)沖擊夯的壓實(shí)次數(shù)較難統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，壓實(shí)次數(shù)受操作人員影響很大[13－14]。

課題組又對(duì)站場(chǎng)排水溝基底進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)篩分資料，站場(chǎng)排水溝基底屬于B組填料，是在已壓實(shí)的路堤上開挖而成。試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 不同壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)站場(chǎng)排水溝基底碾壓遍數(shù)與壓實(shí)系數(shù)關(guān)系曲線

圖4 不同壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)站場(chǎng)排水溝基底碾壓遍數(shù)與動(dòng)態(tài)變形模量Evd關(guān)系曲線

無論采用哪種壓實(shí)方法均能將該試驗(yàn)站場(chǎng)排水溝基底壓實(shí)。其中振動(dòng)平板夯和手扶壓路機(jī)的壓實(shí)效果基本相同，動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)均隨著碾壓次數(shù)的增加而增加，當(dāng)壓實(shí)到第6遍時(shí)趨于平穩(wěn)，再增加壓實(shí)遍數(shù)動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)均變化不大。振動(dòng)沖擊夯在壓實(shí)到第7遍時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，再次增加壓實(shí)遍數(shù)動(dòng)態(tài)變形模量Evd、壓實(shí)系數(shù)均變化不大。

3 壓實(shí)質(zhì)量控制參數(shù)

德國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道坑槽的回填材料應(yīng)碾壓密實(shí)，壓實(shí)質(zhì)量控制參數(shù)采用壓實(shí)系數(shù)Dpr(輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)系數(shù))控制，與我國《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)類似。另外，由于動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)省時(shí)省力，且可以在狹窄空間作業(yè)，動(dòng)態(tài)平板載荷檢測(cè)方法在管道溝渠開掘中獲得廣泛應(yīng)用。一般是，通過動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)與密度試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因地制宜地確定溝槽壓實(shí)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)值，但是在較重要的場(chǎng)地(部位)，必須至少進(jìn)行一次密度測(cè)試來驗(yàn)證動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

澳大利亞有的州，為保證溝槽施工質(zhì)量，公路部門對(duì)于溝槽回填施工制定了壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。溝槽包括敷設(shè)管道的溝槽和穿過路堤設(shè)置涵洞溝槽，溝槽壓實(shí)要求為:槽底的壓實(shí)系數(shù)K(輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不小于1.0，回填壓實(shí)系數(shù)K(輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不少于0.95。對(duì)于一般管道的地基要求壓實(shí)系數(shù)K(重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不小于0.93，回填壓實(shí)系數(shù)K(重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不少于0.95。

我國鐵路路基驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)水溝溝底壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中規(guī)定，對(duì)于剛性管道溝槽回填土灰石土墊層壓實(shí)系數(shù)K不小于0.93(重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))，壓實(shí)系數(shù)K(輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不少于0.95，柔性管道溝槽回填土管底基礎(chǔ)壓實(shí)系數(shù)K(輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn))不少于0.90。

從國內(nèi)外情況看，水溝基底壓實(shí)質(zhì)量控制參數(shù)主要采用密度指標(biāo)壓實(shí)系數(shù)，但由于水溝溝底空間狹小，在壓實(shí)系數(shù)試驗(yàn)中，往往操作較為困難，且易產(chǎn)生誤差。動(dòng)態(tài)變形模量Evd指標(biāo)已廣泛應(yīng)用于我國鐵路路基壓實(shí)質(zhì)量控制，其操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、便攜的特點(diǎn)，適合用于路基特殊部位檢測(cè)，且德國已有相關(guān)應(yīng)用。因此，課題組研究采用動(dòng)態(tài)變形模量Evd指標(biāo)評(píng)價(jià)水溝基底壓實(shí)質(zhì)量的可行性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 水溝基底壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)研究

在鐵路路基工程中，無論是路堤排水溝還是路塹側(cè)溝，其大多位于天然地層中，而天然地層細(xì)粒土往往較多。因此，課題組對(duì)粉土(細(xì)粒土)和B組填料(粗粒土)進(jìn)行了壓實(shí)系數(shù)K和動(dòng)態(tài)變形模量Evd對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 粉土Evd與壓實(shí)系數(shù)擬合關(guān)系

圖6 B組填料Evd與壓實(shí)系數(shù)擬合關(guān)系

通過數(shù)據(jù)擬合分析，分別對(duì)上述兩種填料進(jìn)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(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)中對(duì)管道溝槽基礎(chǔ)填土壓實(shí)系數(shù)K應(yīng)不小于0.90的規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，給出初步的鐵路水溝溝底基礎(chǔ)壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)建議值，具體分析如下所示:

粉土擬合公式為:Evd＝268.12K－212.08，當(dāng)壓實(shí)系數(shù)K等于0.9時(shí)，動(dòng)態(tài)變形模量Evd為29.2 MPa。

B組填料擬合公式為:Evd＝265.65K－205.53，當(dāng)壓實(shí)系數(shù)K等于0.9時(shí)，動(dòng)態(tài)變形模量Evd為33.6 MPa。

粉土(細(xì)粒土)的動(dòng)態(tài)變形模量Evd與壓實(shí)系數(shù)K之間的相關(guān)系數(shù)為0.889 8，B組填料(粗粒土)的動(dòng)態(tài)變形模量Evd與壓實(shí)系數(shù)K之間的相關(guān)系數(shù)為0.844 5，說明粉土和B組填料的動(dòng)態(tài)變形模量Evd與壓實(shí)系數(shù)K存在著一定的相關(guān)性，采用動(dòng)態(tài)變形模量Evd指標(biāo)控制壓實(shí)質(zhì)量具有可行性。

通過以上分析可知，當(dāng)壓實(shí)系數(shù)K等于0.9時(shí)，粉土(細(xì)粒土)和B組填料(粗粒土)其動(dòng)態(tài)變形模量有些許差別，因此對(duì)不同類型的水溝溝底填料，宜制定不同的動(dòng)態(tài)變形模量Evd壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，即細(xì)粒土地基Evd≥30 MPa，粗粒土地基Evd≥35 MPa。

5 結(jié)束語

(1)無論采用哪種小型壓實(shí)機(jī)械均能將水溝基底壓實(shí)，其中振動(dòng)平板夯和手扶壓路機(jī)的壓實(shí)效果基本相同。但因?yàn)樗疁匣卓臻g狹小，更宜使用平板振動(dòng)夯或振動(dòng)沖擊夯進(jìn)行碾壓。

(2)從動(dòng)態(tài)變形模量試驗(yàn)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出的粉土和B組填料的動(dòng)態(tài)變形模量Evd與壓實(shí)系數(shù)K相關(guān)關(guān)系可以看出，采用動(dòng)態(tài)變形模量指標(biāo)控制水溝基底壓實(shí)質(zhì)量具有可行性。

(3)建議在具體工程中可采用動(dòng)態(tài)變形模量指標(biāo)作為快速檢測(cè)手段判斷水溝基底壓實(shí)質(zhì)量，抽檢壓實(shí)系數(shù)指標(biāo)作為補(bǔ)充驗(yàn)證。采用動(dòng)態(tài)變形模量指標(biāo)時(shí)，可參考以下建議值，如表1所示。

表1 水溝基底壓實(shí)控制指標(biāo)及控制標(biāo)準(zhǔn)建議值