哈羅鐵路硫酸巖鹽路基填筑施工技術

劉賀業,李凱崇,程建軍,劉衛紅

(1.中鐵西北鐵路科學研究院有限公司,蘭州 730000； 2.石河子大學,石河子 832022；3.烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司,烏魯木齊 830002)

哈羅鐵路DK298+130～DK383+934段有89 km處于羅布泊鹽湖平原區,該區段海拔650～700 m。地表無植被,呈現茫茫“鹽漠”景觀,自然條件惡劣。由于巖鹽中含有的硫酸鹽、氯化鹽等有機物。導致巖鹽路基可能出現翻漿、溶蝕、松脹、膨脹等路基病害,影響路基穩定性。在路基填筑過程中應給予充分的重視。

1 氣象、地質條件

哈羅鐵路巖鹽路段位于羅布泊地區,其最高氣溫48 ℃,最低氣溫-22.7 ℃,晝夜溫差達38.2 ℃。年最大蒸發量達5 070.4 mm,年降雨量38.5 mm,5～8月為最大降雨月份,月降水量5～10 mm,平均7.6 mm,最大降水量一般出現在7月,可達29.3 mm,其他月份一般在1～3 mm。年平均相對濕度為37.5%。

2 試驗段的選取和施工

2.1 試驗段的選取

試驗工程選址主要遵循以下原則：

(1)所在地段巖鹽成分或地質情況具有代表性；

(2)地下水位較淺；

(3)路堤高度具有代表性；

(4)交通較為便利,方便試驗設備和人員進出；

(5)應在鐵路正線上,試驗工程依托正線工程亦可為正線工程所用,節約投資。

根據以上原則,在認真分析現有勘察資料的基礎上,選擇典型鹽巖路基段DK347+700～DK348+200展開鹽巖作為路基填筑材料的路基填筑質量現場試驗,并進行路基基底和路基本體的沉降觀測。

2.2 路基填筑技術

基底處理采用4種方式。

(1)DK347+700～DK347+900段基底進行沖擊碾壓,地基沖擊碾壓前應先對基底大致整平,使碾壓機能夠在鹽殼上行駛碾壓,沖擊碾壓機能量采用30 kJ。

(2)DK347+900～DK348+000段基底進行重新碾壓,采用250 kN振動重型碾壓機,碾壓前對地基澆灑鹵水浸潤透后進行碾壓。

(3)DK348+000～DK348+100段基底進行重錘夯實,對原地面地起伏較大處推平處理,后澆灑鹵水,再進行處理。重錘自重260 kN,起錘高度15.5 m,進行滿夯施工,錘擊點搭接10～20 cm。

(4)DK348+100～DK348+200段基底挖除含溶蝕空洞的鹽殼層,回填巖鹽,挖除寬度為路基基底范圍,厚度為0.6 m。

2.3 路堤填筑

路肩以下0.6 m處鋪設復合土工膜隔斷層,復合土工膜沿線路橫向鋪設、縱向搭接,橫向鋪設時由路基中心線沿路拱向兩側平鋪,其搭接寬度不應小于0.3 m,并在復合土工膜上、下各設置0.10 m厚的中粗砂保護層。復合土工膜采用質量750 g/m2,滲透系數不大于10-11cm/s,斷裂強度大于18 kN/m,頂破強度大于3.6 kN,撕破強力大于0.48 kN,膜厚大于0.30 mm,耐腐蝕、抗凍及抗高溫性能較好的材料。

路基填料選取地表0～6 m鹽殼純凈的巖鹽作為填料進行填筑,采用200 kN壓路機靜壓1遍,按照最佳含水率控制勻灑鹵水,采用K30及孔隙率雙控指標。填料松鋪厚度控制在30～35 cm以內,現場確定采用的壓實工藝為“靜壓1遍、灑鹵水、振壓3遍、靜壓1遍,然后測定K30及孔隙率”。路基填筑工藝流程見圖1。

圖1 路基填筑工藝流程

3 路基沉降觀測

3.1 沉降板的埋設

在試驗段4種路基處理方式中每種選取2個斷面進行沉降板埋設,共8個斷面。每個斷面埋設3個沉降板。從小里程開始,編號從1到8。每個斷面中間沉降板的位置在路基基底,另2個分別布設在路基表層下60、70、80、90、100、110、120、130 cm處,每個斷面埋設1個沉降樁。

沉降板的埋設要求：用巖心管鉆成孔,孔徑φ108 mm,要求鉆孔深度范圍內中心偏移不大于4 cm,成孔深度的誤差為±5 cm,成孔后清理孔底浮渣,浮渣厚度不能大于5 cm,清渣處后下入沉降測桿,用水平尺測量確保沉降測桿安放垂直,再往孔內填中粗砂,大約回填至1 m左右后,下入沉降保護管,用中粗砂回填至孔口,沉降板安裝過程中應注意兩方面,一是孔底浮渣要盡量清理干凈,二是沉降測桿的垂直。試驗段沉降板布置見圖2。

圖2 試驗段沉降板布置斷面(單位：m)

3.2 沉降觀測結果

沉降變形觀測采用集合水準的測量方法,按二等水準測量精度施測,施工前在工點附近埋設4個基準點,基準點設在不受施工影響和便于觀測的地方,觀測頻率為2次/月(正為向上,負為向下)。

經過近1年的觀測,在4種基底處理方式的沉降情況見表1、表2。

表1 基底處理后變形量

表2 基底處理方法經濟評價

由表1可以看出,路基變形量大多為負值,說明路基基底的變形以沉降為主,基底的鹽脹變形不是很明顯。從變形量可以看出,重型碾壓的變形量最大,其值為-4.62 mm和-3.33 mm,換填的變形量最小,其值為1.17 mm和-2.95 mm。說明其中重型碾壓的效果最差,換填的效果最好,但仍都滿足《鐵路路基設計規范》中二級鐵路沉降量不大于30 cm的要求。表2給出重型碾壓法、強夯法,沖擊碾壓法的施工單價,換填是回填巖鹽再進行重型碾壓，單價顯然比重型碾壓高。從經濟性方面比較,建議采用施工成本最低的重型碾壓法作為巖鹽路基基底的處理方法。

從表3可以看出路基的基床表層以鹽脹為主,最多鹽脹量為7.30 mm。變形量以正值為主,說明路基本體變形主要表現為鹽脹。由于巖鹽中硫酸鹽含量的不均勻,引起變形量不同,但滿足《鐵路路基設計規范》的要求。

表3 表層各個測點變形量

由路基各層的沉降數據,分析了巖鹽路基的變形特征。在路基表層下1 m以內,路基本體變形從鹽脹開始,然后出現沉降—鹽脹—沉降的波浪形變化,并逐漸趨于穩定(圖3)。路基表層下1 m以下,路基本體變形從路基沉降開始,一直延續到4月份開始出現鹽脹現象。之后出現鹽脹—沉降—鹽脹的波浪形變化(圖4)。

圖3 路基表層下1.0 m以內代表沉降曲線

圖4 路基表層下1.0 m以下代表沉降曲線

路基溫度越靠近地表受外界環境的影響越大,圖5為熱敏電阻觀測的地表和地面以下1 m處地溫隨時間的變化曲線。巖鹽路基的變形是路基的正常沉降變形和鹽脹變形疊加的結果。分析相關數據還可得出,路基在觀測開始后到4月份,這段時間路基表層1 m以內相比路基表層1 m以下受其影響較大,而且由于隨著路基深度的增大,土壓應力增大抵消掉了部分巖鹽的鹽脹力。引起地表的變形體現為鹽脹變形,而1 m以下則為路基沉降。在4月份之后由于受施工車輛的荷載和鹽脹的雙重影響,路基1 m以內出現漲降循環的現象,而1 m以下受其影響較小,并且路基的正常沉降越來越小。把其鹽脹性凸顯出來。

圖5 地溫隨時間變化曲線

4 結論

(1)在重型碾壓、沖擊碾壓、重錘壓實、換填4種基底處理方法中,從變形量來看,換填的效果最好,重型碾壓的效果最差。4種基底處理方法都滿足規范要求,從經濟性方面綜合考慮,建議采用施工成本最低的重型碾壓法作為巖鹽路基基底的處理方法。

(2)路基本體的鹽脹變形比較明顯,主要是由硫酸鹽的鹽脹特性引起的。由于路基硫酸鹽含量的不同,產生路基變形不均勻,但仍滿足規范的沉降要求。

(3)對比不同深度的沉降數據,在路基表層下1 m以內,路基本體變形從鹽脹開始,然后出現沉降—鹽脹—沉降的波浪形變化,并逐漸趨于穩定。路基表層下1 m以下,路基本體變形從路基沉降開始,之后出現鹽脹—沉降—鹽脹的波浪形變化。

(4)在近1年的觀測結果看,驗證了硫酸巖鹽作為路基填料是可行的,這樣免于外運填料,節約了成本,縮短了工期。

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