戈壁地區卵礫土路基填筑的試驗與研究

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、新疆維吾爾自治區三省區，途經地區多為戈壁地貌，氣候特殊、環境惡劣。該線路采用無砟軌道設計，是迄今為止國內高等級鐵路路基比例最高的鐵路。其中甘青段線路總長1 065.8 km，路基長度602.7 km(含站場)，占正線總長度的56.5%。全線土石方數量巨大，如何利用現場填料，在惡劣環境下保證路基填筑質量，成為新建鐵路蘭新第二雙線路基施工成敗的關鍵。為了充分深入地研究戈壁地區填料特性及填筑工藝要點，甘青公司組織相關單位開展了卵礫石土填筑施工系統試驗，獲取了相關數據，達到了試驗預期目標。

1 試驗段基本情況

試驗段位于DK719+500～DK719+700，全長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，施工期間最高氣溫35℃，最低氣溫12℃，晝夜溫差大，干旱，多風，少雨。

2 試驗段的目的

1)通過填料的室內試驗和現場填筑試驗，經過分析研究提出能滿足本工程路基填料的基本要求。

2)通過進行填筑工藝性試驗，總結出此類填料施工工序及工藝要求。

3)針對戈壁地區的水文及氣候特點，通過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 填料及工藝參數的確定

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

3.1 不同填料種類的試驗情況

3.1.1 填料的分類情況

(A):未過篩的天然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∶過篩后粒徑不大于6 cm的填料經過1∶2∶1∶3拌和之后的混合料。

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

3.1.2 不同填料填筑檢測情況比對

對上述六種填料進行填筑試驗，填料控制含水率為3.1%左右，虛鋪厚度40 cm，推土機粗平，平地機精平后進行三強兩弱振動碾壓，分別進行K30，Evd，壓實系數K，含水率指標檢測，在虛鋪厚度、振壓遍數相同的條件下，檢測結果如下:

Evd檢測結果: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，符合驗收暫行標準要求，其余三種填料Evd值有40%以上的點滿足不了驗收暫行標準規定值，檢測數據統計情況詳見表1。

表1 Evd檢測結果統計表 MPa

K30檢測結果:K30值均大于150 MPa/m，符合驗收暫行標準，其中水泥改良土K30值高于其余五種填料，檢測數據統計情況詳見表2。

表2 K30檢測結果統計表 MPa/m

壓實系數K檢測結果:粒徑不大于8 cm、粒徑不大于6 cm兩種填料壓實系數大于其余四種填料，其中粒徑不大于6 cm填料壓實系數值最大，檢測數據統計情況詳見表3。

表3 壓實系數K檢測結果統計表

試驗結論:六種填料的K30、壓實系數K均滿足驗收暫行標準要求，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、集窩現象;水泥改良土檢測結果符合要求，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地石料資源緊缺不能滿足大面積施工，現場可操作性差，且投資增大;粒徑不大于8 cm、粒徑不大于6 cm填料，各項指標均衡，粒徑不大于8 cm填料盡管主要指標均滿足試驗要求，但現場發現有輕微度離析、集窩現象，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情況

試驗段按取土場灑水悶料、現場灑水滲透、取土場挖坑灌水滲透三種不同的方法進行試驗對比。取土場悶料是在取土場采用挖掘機挖土并過篩，過篩后用挖掘機邊拌和邊灑水，拌和后悶料一晝夜。現場灑水滲透是在試驗段填料攤鋪完成后，用灑水車進行灑水滲透，試驗時滲透一晝夜。取土場挖坑灌水滲透是在取土場用挖掘機挖約3 m～5 m長、2 m寬、0.5 m～1 m深的滲水坑，將水放入坑內，待水完全滲透后用挖掘機取土填筑(一般滲透1 d～2 d)。

試驗期間日最高氣溫35℃，日最低氣溫12℃，日平均氣溫26℃，風速為3 m/s～10 m/s，運距0.3 km，取土場天然填料含水量1.6%。通過含水量試驗數據分析，水分損耗、施工拌水方法的優缺點詳見表4。

表4 不同悶料方法的水分損耗及適用性分析

試驗結論:通過對以上三種施工拌水方法優缺點和水分損耗對比分析，為確保工程質量和施工進度，建議施工中用取土場挖坑灌水滲透方法進行填料增濕施工。

3.3 現場最優含水率的驗證

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%進行對比試驗。試驗數據結果詳見表5。

表5 最優含水率試驗數據統計

試驗結果:從表5檢測結果可以看出，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，壓實系數 K值最大，壓實度最好，各項指標符合驗收暫行標準要求。根據砂礫土的特點，室內試驗同現場試驗最優含水率誤差為±0.5%。由室內試驗可看出施工含水率控制在2.6%～3.6%之間，由現場施工可看出含水率控制在2.3%～3.3%之間碾壓效果均較好，綜合室內試驗與現場試驗結果，最優含水率為3%。

3.4 碾壓遍數的驗證

為驗證碾壓遍數與壓實指標，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，采用一靜壓二強振一靜壓(A)、一靜壓三強振一靜壓(B)、一靜壓三強振二弱振二靜壓(C)三種碾壓工藝進行試驗，檢測結果統計情況詳見表6。

表6 三種不同碾壓工藝檢測結果統計表

試驗結論:(A)組合碾壓工藝K30結果不合格;三種工藝壓實系數值均滿足驗收暫行標準要求，但(C)組合碾壓工藝的Evd、壓實系數K值均優于其他兩組碾壓組合，壓實效果好。因此推薦(C)組合為最佳碾壓方式。

3.5 松鋪系數的確定

現場根據不同的虛鋪厚度，按照試驗確定的最優含水率，填料含水量控制在3%左右，采用一靜壓三強振二弱振二靜壓的碾壓方式，按標準要求進行施工，測定的平均松鋪系數為1.088，詳見表7。

表7 松鋪系數試驗結果統計表

3.6 虛鋪厚度的確定

試驗段第六層分為相等的四個區域，虛鋪厚度分別為30 cm，35 cm，40 cm，45 cm，進行虛鋪厚度驗證試驗，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%，采用一靜壓三強振二弱振二靜壓碾壓工藝。在4種虛鋪厚度測得Evd，K30，壓實系數K值均滿足驗收暫行標準的要求。根據現行高速鐵路路基工程施工技術指南要求，采用碎石類土進行基床以下路堤填筑時，分層的最大壓實厚度不應大于40 cm，基床底層最大壓實厚度不應大于35 cm，結合填料松鋪系數，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 綜合試驗結論

通過試驗段的現場施工和獲取的檢測數據、工藝控制參數等，結合室內試驗情況，綜合考慮試驗段實施過程中的相關外界因素，為確保大面積施工過程中的主體工程施工質量，綜合試驗結論為:

1)填料:6種填料中粒徑不大于6 cm的填料各項指標均衡，其他5種填料均有個別指標不符合要求，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:通過對三種填料拌水方法對比，推薦采用現場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:通過不同含水率試驗分析，現場填筑施工最優含水率為3%，推薦現場施工含水率控制在2.5%～3.5%范圍之內。

4)路基填筑碾壓工藝:根據不同碾壓工藝組合，一靜壓三強振二弱振二靜壓的碾壓工藝，各項指標均滿足驗收暫行標準要求，建議采用此種碾壓工藝組合施工。

5)虛鋪厚度:根據現行高速鐵路路基工程施工技術指南要求，結合在虛鋪厚度35 cm，40 cm時一靜壓三強振二弱振二靜壓碾壓后各項指標均滿足驗收暫行標準的相關要求，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的最大特點，粗、細圓礫土保水性差，水分蒸發快，損耗大，建議填料運輸過程中用篷布覆蓋，以減少水分的損耗。

2)根據粗、細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。

3)戈壁地區大風天氣較多，填料過篩時易造成揚塵，遇8級及以上大風時能見度低，易發生安全事故，而且對作業人員職業健康有一定的影響，因此建議8級及以上大風天氣時應停止施工，遇6級及以上大風天氣應停止測量及試驗檢測。

4)戈壁地區生態極為脆弱，地表上現有圓礫石和植被起到了固沙的作用，遇大風天氣不易揚塵，此保護層一旦被破壞很難恢復。因此建議大面積施工時采取相應的環境保護措施，如施工便道用卵礫石鋪設、及時灑水;清表土和生活、建筑垃圾集中處理;取土場使用完畢后及時用卵礫石覆蓋等。

［1］ 鐵建設［2010］241號，高速鐵路路基工程施工技術指南［Z］.

［2］ 胡一峰，李怒放.高速鐵路無砟軌道路基設計原理［M］.北京:中國鐵道出版社，2011.