安哥拉鐵路大修工程粉砂路基包心施工技術(shù)

張軍平

1 工程概況

安哥拉工程本格拉鐵路全長1 344 km，為鐵路大修工程。線路所經(jīng)地段的地貌為比耶高原，地形呈波浪形起伏，地面高程一般在1 200．0 m～1 900．0 m之間。線路經(jīng)過安哥拉最大的水系寬扎河，并在多處穿越縱多一般性河流。沿線屬熱帶高原氣候，全年共分兩季，5月～9月為旱季。降水量分配不均衡，集中在雨季，旱季幾乎無雨。沿線表層分布第四系沖積的粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、粉細(xì)砂、中粗砂和礫砂等。

2 填料的工程特性

粉砂土是介于細(xì)砂和粉土之間的素土［1］，具有較大的內(nèi)摩阻力，因而其強(qiáng)度較高。水穩(wěn)定性好、透水性強(qiáng)、沉陷快、飽水易壓實(shí)、毛細(xì)水上升高度小，是一種良好的填筑路基材料。但砂土作為填筑材料，干時松散，對于水流沖刷及風(fēng)蝕影響較大。試驗(yàn)段所用粉砂土填料來自1號土場，相關(guān)工程性質(zhì)如表1所示，顆粒分析試驗(yàn)如表2所示。根據(jù)相關(guān)資料，1號土場的砂土屬于粘土質(zhì)砂。

表1 土的物理性能指標(biāo)

表2 顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果

3 粉砂土路基施工工藝

3． 1 路基結(jié)構(gòu)

根據(jù)我單位在安哥拉工程的施工經(jīng)驗(yàn)，確定采用基床頂層包邊30 cm，路基加寬25 cm，粉砂土+廢棄道碴護(hù)坡+部分A組填料(頂層包邊施工時多余的填料)，其橫斷面形式如圖1所示，基床表層30 cm設(shè)計要求壓實(shí)度為95%以上，以下部分為91%以上。試驗(yàn)段為DK1333+500～DK1334+500，每50 m為一個試驗(yàn)段落。

圖1 路基結(jié)構(gòu)施工斷面圖

3． 2 攤鋪

粉砂土的顆粒非常細(xì)，具有水分散失比較快且水不易下滲的特點(diǎn)。如果每一層填土太厚，經(jīng)灑水后水分會分布不均，特別是高溫季節(jié)，常常會出現(xiàn)這種情況:經(jīng)灑水路段的土層底部水分仍然是自然含水量，而上部填土基本上已經(jīng)干了。由于本格拉鐵路為大修工程，一般路基填高為50 cm～80 cm，根據(jù)圖2的試驗(yàn)結(jié)果，在相同含水率、相同碾壓條件下得出的不同攤鋪厚度與壓實(shí)度的關(guān)系，確定粉砂路基最佳松鋪厚度在35 cm～45 cm之間。故砂芯部分和頂部包邊土的填筑均按照一層來松鋪。由于前期清除舊道碴時，基床道碴板結(jié)部分沒有收集，沿線路分布在路基兩側(cè)，填砂施工與路基加寬包邊部分同時施工，一并壓實(shí)。在粉砂土和A組填料結(jié)合部分±5 cm充分?jǐn)嚢鑹簩?shí)。

圖2 不同松鋪厚度壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

3． 3 含水量的控制

安哥拉一年只有雨季和旱季兩種氣候交替出現(xiàn)，雨季每天都有2場～3場雷陣雨，瞬時雨量極大，對路基施工影響極大。旱季氣溫高、日照強(qiáng)烈、路基水分散失嚴(yán)重。針對這種極端氣候，有針對性的采取以下措施，來保證路基在最佳含水量的情況下達(dá)到最大壓實(shí)。

3．3．1 旱季相關(guān)措施

針對旱季的特點(diǎn)，主要是深挖，由于本標(biāo)段地下水位較高，粉砂土含水量隨開挖深度的增加而增大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)段相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在相同攤鋪厚度情況下，攤鋪整平時比最佳含水量高出3%～4%，得到的最大壓實(shí)度見圖3。

圖3 不同含水率壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由于旱季日照強(qiáng)烈，水分散失較快，粉砂土壓實(shí)后表層會出現(xiàn)3 cm～5 cm的浮土，我部利用安哥拉旱季空氣濕度大的特點(diǎn)，等第二天路基表層含水量增大時直接壓實(shí)，在中午日照增強(qiáng)之前盡快施工上部包邊土。

3．3．2 雨季相關(guān)措施

雨季期間土場粉砂土含水量均高出最佳含水量6%～10%。雨季路基施工進(jìn)展非常緩慢，為加快施工進(jìn)度，在下雨間隙正常上土、攤鋪，但不碾壓，對于攤平后的路基水分充分蒸發(fā)，下雨前采用8 m×50 m彩條布覆蓋，保證含水量不受降雨影響，等2 d后含水量接近最佳含水量時再進(jìn)行施工。同時碾壓成型的砂芯部分路基用彩條布再覆蓋1 d后，盡快施工包邊土部分，施工一段彩條布去除一段。

3． 4 碾壓施工工藝

施工機(jī)械為YZ20D，性能指標(biāo)見表3，在粉砂土含水量符合要求后，由圖4可以看出在振動壓路機(jī)碾壓初期，各壓實(shí)厚度土體的壓實(shí)度隨著碾壓遍數(shù)的增加而不斷增大。主要原因是土體在碾壓之前呈松散狀態(tài)，空隙比較大，且土顆粒間的空隙多數(shù)由空氣來填充。

在振動壓路機(jī)的作用下，土顆粒開始錯動，相對位置發(fā)生變化，空隙中的空氣被擠出，土顆粒出現(xiàn)填充現(xiàn)象。即較小顆粒填充大顆粒組成的空隙，水分填充較小顆粒的空隙，從而達(dá)到土體被壓密的效果，壓實(shí)度增大，抗剪強(qiáng)度增大。

在碾壓超過6遍之后，壓實(shí)度呈下降趨勢，同時粉砂表面變得松散。同時，根據(jù)四個路基斷面測得試驗(yàn)結(jié)果(見圖5)，路肩處的壓實(shí)度低于路基中線的壓實(shí)度，主要原因分析為路基加寬部分的混合料在強(qiáng)震作用下強(qiáng)度降低，導(dǎo)致路肩處砂芯填料向外側(cè)滑移，導(dǎo)致壓實(shí)度降低。所以路肩部分碾壓時多開弱震或靜壓，避免強(qiáng)震擾動。

根據(jù)試驗(yàn)確定碾壓施工工藝:采用平地機(jī)進(jìn)行精平，采用20 t的振動壓路機(jī)進(jìn)行粉砂土的碾壓(靜壓)。靜壓2遍，開弱震振動2遍，強(qiáng)震1遍、靜壓1遍。

表3 振動壓路機(jī)工作參數(shù)

圖4 30 cm，40 cm攤鋪厚度碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系

圖5 相同碾壓遍數(shù)下路基中線與路肩的壓實(shí)度對比

4 包砂土及路基加寬部分施工

4． 1 頂層包砂土施工

路基基床頂層30 cm采用包砂土施工，選用合格的A組填料，先填砂芯后填包邊粘土的施工方法允許粘土層的施工滯后于砂土層，砂土層的施工不受粘土層的制約，所以其工作面可比粘土層超前30 m～50 m，成型砂芯部分路基采用彩條布覆蓋，防止表層水分散失。

粘土層的攤鋪應(yīng)適當(dāng)比設(shè)計加寬10 cm～15 cm，然后進(jìn)行粘土層的壓實(shí)，壓實(shí)合格后，依照粘土層內(nèi)側(cè)設(shè)計邊線對粘土層的內(nèi)側(cè)削坡(坡比1∶1．5)，將削去的粘土堆在邊上作為路基加寬部分的填料與舊道碴混合使用。頂層包邊土的攤鋪、碾壓與國內(nèi)基本類似。

4． 2 砂土結(jié)合部位施工

由于砂土與粘土在土質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上的差異，在施工中砂土與粘土的具體操作及各項(xiàng)控制指標(biāo)也存在著很大差別。因此，砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)度控制便成了施工中一個最棘手的問題，也是工程中最薄弱的環(huán)節(jié)。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，決定對砂土結(jié)合部位±5 cm范圍采取攪拌摻水泥改良處理，粉砂土、A組填料、2%水泥充分?jǐn)嚢韬鬄⑺畨簩?shí)。從試驗(yàn)段完成情況來看，砂芯和頂層包邊土結(jié)合良好，無分層現(xiàn)象。壓實(shí)度也滿足要求。

4． 3 路基加寬部分施工工藝

加寬部分的填料為混合料，主要組成為廢棄道碴+少量粉砂土+一部分A組填料。粉砂土與舊道碴為原來路基板結(jié)部分，原有路基基床為粉砂土填筑，幾十年來基床表層與部分道碴嚴(yán)重板結(jié)，清表清碴時沒有收集，沿線堆放在路基兩側(cè)。砂芯填筑時，加寬部分同步施工，同步灑水碾壓，使路基形成一個整體。頂層包邊土施工時，用裝載機(jī)把混合填料填筑在加寬部分，寬度控制在30 cm以內(nèi)，然后頂層包邊土上土，攤鋪、碾壓，與路基形成一體。經(jīng)過雨季的檢驗(yàn)，加寬部分路基沒有發(fā)生明顯的水毀，邊坡完整。施工中要注意土與砂分層的同步性，并保證土、砂分界線明確，必要時人工整理交界處，嚴(yán)防混雜［4］。

5 結(jié)語

1)包砂土路基工藝復(fù)雜、工序之間的銜接和連貫性很強(qiáng)，應(yīng)提前計劃安排，合理調(diào)度使用機(jī)械。控制好含水率及壓實(shí)度，尤其是砂、土結(jié)合部位是關(guān)鍵。在土壤含水量大的地區(qū)和多雨季節(jié)采用包砂土工藝，不受氣候環(huán)境的影響，能節(jié)約時間，縮短工期，節(jié)省施工費(fèi)用［5］。

2)含水量控制難度極大，特別是在雨季，含水量過大導(dǎo)致晾曬時間比較長，同時，雨季每天的雷陣雨對攤鋪好的路基保護(hù)也是一個重點(diǎn)。旱季主要是水分散失大，含水量損失較快，經(jīng)常是一攤鋪好，馬上表層就有3 cm～5 cm的浮土。灑水碾壓效果不佳，只能等第二天早上碾壓。一般來說，在旱季施工含水量高出最佳含水率3%～4%，壓實(shí)效果最好。雨季時與最佳含水率相同或者接近就可達(dá)到最大壓實(shí)。

3)雨季路基沖刷問題，試驗(yàn)段中有100 m路基加寬部分用粉砂土填筑起來，與砂芯同步施工，經(jīng)過雨季發(fā)現(xiàn)，沖刷嚴(yán)重，粉砂土流失嚴(yán)重，局部路基塌陷。粉砂土本身壓實(shí)后經(jīng)過雨季旱季交替作用，壓實(shí)度下降，表層松散，這是一個必須重視的問題。

［1］ 王 峰，程培峰，王立軍，等．粉砂土的工程性質(zhì)及路基施工工藝研究［J］．中外公路，2010，30(3):42-44．

［2］ 王春龍，杜 彤．淺析砂土填筑路基技術(shù)［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007(24):97-99．

［3］ 賈桓相．高速公路填砂路堤的施工與壓實(shí)檢測［J］．路基工程，2000(4):50-52．

［4］ 李保華．高速公路工程土包砂路基的施工［J］．建筑施工，2006，28(4):316-318．

［5］ 高思民．高速公路包砂土路基的施工技術(shù)［J］．路基工程， 2006(4):105-107．