高速鐵路工程施工浸水路基地基處理試驗(yàn)研究

文 / 陳文全

引言

浸水路基是指河床、河堤和沿海路基中含水量低于設(shè)計(jì)水位的情況。高速鐵路作為當(dāng)今社會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要工具，對(duì)我國(guó)的發(fā)展至關(guān)重要。與普通路基相比，在對(duì)路基水蝕、沖刷、淘洗以及水位升降的不利影響下，周期性列車荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)更容易威脅到路基的穩(wěn)定性。鐵伊鐵路先行標(biāo)段存在常年凍土地段與浸水路基，本文將對(duì)該鐵路浸水路基工藝性試驗(yàn)進(jìn)行論述。

工程及地質(zhì)概況

采用0.7mⅡ型級(jí)配碎石對(duì)路堤基床表層進(jìn)行填筑；基床底層填筑2.3m厚凍脹不敏感的A、B組填料填筑。基床以下填筑A、B、C1、C2填料。清除地表種植土及軟塑粉質(zhì)黏土至圓礫層或粗砂層，清除寬度至排水溝外側(cè)；換填凍脹不敏感A、B組填料；凍脹不敏感A、B組填料應(yīng)填筑至地面以上高度不小于0.5m。兩側(cè)坡腳設(shè)防凍脹保溫護(hù)道，護(hù)道寬3.0m,高3.0m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工開挖情況，地下水埋深較淺，天然排水難度較大，基坑開挖后易積水，基底水難以疏排干凈，致使換填填料填筑時(shí)壓實(shí)度等壓實(shí)質(zhì)量難以保證。

施工方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將基底換填由原有的凍脹不敏感AB組填料調(diào)整為片石加碎石處理方案開展工藝性試驗(yàn)，確定合理的片石與碎石換填方法及其相應(yīng)碾壓方式、碾壓遍數(shù)等施工控制參數(shù)。

施工工藝

基底換填片石是路基通過淺層軟土地基、地下水位埋深較淺時(shí)形成填筑基礎(chǔ)的常用方法。

（1）片石技術(shù)要求：片石的母巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于30MPa，片石粒徑一般要求30cm～50cm，最小粒徑不小于15cm。所用石料應(yīng)為非片狀、無嚴(yán)重風(fēng)化和裂紋。片石攤鋪厚度0.5m。

（2）填筑施工：片石攤鋪后，采用碎石填充縫隙，采用重型振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓；采用碎石填充在碾壓過程中出現(xiàn)的縫隙和凹陷部分。

（3）停止碾壓條件：最后5遍碾壓，頂面下沉量小于15mm。

（4）“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工組織流程對(duì)基床以下路堤填筑至關(guān)重要。

施工方法

現(xiàn)場(chǎng)待水位降低后進(jìn)行開挖作業(yè)，基槽表層為種植土和軟塑粉質(zhì)黏土，因雨季需每臺(tái)挖掘機(jī)采取下墊3塊2.2m*6m*2cm的鋼板進(jìn)行開挖作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)配備3臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)作業(yè)。為了防止降水以及地表水對(duì)路基的侵蝕，對(duì)路基的質(zhì)量產(chǎn)生影響，在施工前應(yīng)該準(zhǔn)備好基底周邊的排水設(shè)施。挖除工作采用機(jī)械開挖，填筑片石前采用挖機(jī)對(duì)基底粉質(zhì)黏土進(jìn)行清理。

（1）使用RTK時(shí)，為了確定出路基設(shè)計(jì)邊線和中心線，路基相隔15米處釘一個(gè)木樁，且用白灰畫出邊線，并測(cè)量斷面底層高程。

（2）在填筑范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求，填筑50㎝厚片石，填筑完成后再用碎石填補(bǔ)片石間隙，直到填滿為止。

（3）在有效的填筑范圍內(nèi)按照網(wǎng)格化布料，松浦厚度為33cm，每臺(tái)運(yùn)料車容量為20m，網(wǎng)格尺寸為6.06*10m；松浦厚度為35cm，每臺(tái)運(yùn)料車容量為20m，網(wǎng)格尺寸為5.71*10m，松浦厚度為37cm，每臺(tái)運(yùn)料車容量為20m，網(wǎng)格尺寸為5.41m*10m。現(xiàn)場(chǎng)有指定人員指導(dǎo)運(yùn)輸車輛進(jìn)行卸車，確保材料均勻，易于展開平整。

（4）控制填料質(zhì)量、片石厚度、粒徑及A、B料松鋪厚度。

（5）填料應(yīng)滿足：1.片石粒徑一般要求30cm～50cm，最小粒徑不小于15cm。2.選取最大粒徑小于75mm的填料作為基床以下路堤的填料。3.采用灑水潤(rùn)濕、晾曬干燥等措施，控制含水率處于最佳水平。4.片石按照測(cè)量放樣出的標(biāo)高及范圍填筑，碎石填筑與片石交替進(jìn)行，待片石填筑出工作面后緊跟填筑碎石。

換填片石試驗(yàn)段

片石攤鋪后，使用重型振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)碎石振動(dòng)碾壓使片石之間的縫隙被填充；碾壓過程中隨時(shí)采用碎石填充縫隙及凹部，直到對(duì)表面最后5遍碾壓的下沉量小于15mm時(shí)，才可停止碾壓。

填料的最佳含水量為5.2% ，在碾壓前，填料的含水量應(yīng)控制在±2% 范圍內(nèi)，然后碾壓填料，當(dāng)填料的含水量低時(shí)，應(yīng)采取灑水措施，當(dāng)含水量過高時(shí)，將填料運(yùn)至路堤進(jìn)行攤鋪和晾曬直至達(dá)到最優(yōu)含水率。

在壓實(shí)過程中，無論是靜力壓實(shí)還是振動(dòng)壓實(shí)，只有當(dāng)剪應(yīng)力τ大于抗剪強(qiáng)度τf時(shí)，土粒才能重新排列，土才能被壓實(shí)。

（1）壓實(shí)機(jī)械主要技術(shù)參數(shù)：質(zhì)量為20t、振動(dòng)頻率≥28HZ、激振力≥170KN、單位線壓力≥400N/cm。

（2）試驗(yàn)段碾壓組合方式：1.片石碾壓：靜壓1遍＋強(qiáng)振5遍+靜壓1遍；2.A、B料碾壓：靜壓1遍＋弱振1遍＋強(qiáng)振3遍＋靜壓1遍。壓實(shí)順序應(yīng)按照直線段兩側(cè)、中間、曲線段內(nèi)側(cè)、外側(cè)、先靜壓、弱振動(dòng)、強(qiáng)振動(dòng)的操作程序進(jìn)行。

（3）數(shù)據(jù)采集：1.片石碾壓每壓一遍測(cè)量出下沉量，直到最后5遍下沉量小于15mm。2.A、B采集振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)數(shù)據(jù)，靜壓1遍，弱振1遍，強(qiáng)振1遍后開始測(cè)量數(shù)據(jù)（壓實(shí)速率、壓實(shí)系數(shù)、K30、孔隙率），以后每強(qiáng)振一遍后測(cè)量一次，直到全部數(shù)據(jù)合格以后，靜壓1遍收光，并取最終測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）施工監(jiān)測(cè)及質(zhì)量控制參數(shù)：片石碾壓以最后5遍下沉量小于15mm為準(zhǔn)。

每壓實(shí)層抽樣檢驗(yàn)壓實(shí)系數(shù)K6點(diǎn)要基本均勻，沒有足夠規(guī)模時(shí)也按照K6點(diǎn)檢驗(yàn)。前三層均勻分布抽樣檢驗(yàn)地基系數(shù)K4點(diǎn)，規(guī)模不足時(shí)也按4點(diǎn)檢驗(yàn)，之后按照每填高90㎝檢測(cè)K。

試驗(yàn)過程檢測(cè)及結(jié)果

試驗(yàn)過程檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

1.片石攤鋪后用碎石填充縫隙，采用重型振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓。在片石填筑施工過程中，每壓實(shí)一遍，用RTK和水準(zhǔn)儀測(cè)量出下沉量。待片石碾壓完成并且達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再填筑凍脹不敏感A、B組填料。

2.在試驗(yàn)路段施工過程中，按照33cm、35cm和37cm三種虛鋪厚度進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)路段線路的中心和兩側(cè)分別設(shè)置三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)在填土前、松鋪后和壓實(shí)后的標(biāo)高。

3.根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制壓實(shí)曲線，關(guān)系曲線取值為下限值，反應(yīng)施工關(guān)系的最低標(biāo)準(zhǔn)情況。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，松鋪厚度33cm，檢測(cè)指標(biāo)能夠滿足要求，但壓實(shí)厚度平均值為277mm，功效較低；松鋪厚度35cm，檢測(cè)指標(biāo)能夠滿足要求，壓實(shí)厚度平均值為289mm，接近目標(biāo)值；松鋪厚度37cm，滿足要求，壓實(shí)厚度平均值為306mm，超出目標(biāo)值范圍；觀察壓實(shí)曲線圖，松鋪厚度35cm的曲線圖，數(shù)據(jù)遞增平緩圓順。

試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)成果分析對(duì)比后，得出對(duì)浸水路基施工結(jié)論：（1）最佳機(jī)械組合為：挖掘機(jī)3臺(tái)、20t振動(dòng)壓路機(jī)1臺(tái)、推土機(jī)1臺(tái)、自卸汽車10臺(tái)（可根據(jù)載量和實(shí)際施工情況調(diào)整）。（2）壓路機(jī)碾壓行走速度控制在2.8～3.0km/h為宜。碾壓方式按兩側(cè)、中間、靜壓、強(qiáng)振的順序進(jìn)行碾壓；1.A1填料振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振3遍+靜壓1遍，壓實(shí)系數(shù)K≥0.92，K30≥110Mpa，可以滿足設(shè)計(jì)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。2.確定填料的施工含水率控制在5.2%±2%范圍之內(nèi)。3.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，最佳松鋪厚度為35cm，松鋪系數(shù)為1.20。4.為了滿足路基填筑工后沉降及路基凍脹要求，在試驗(yàn)段布置沉降觀測(cè)板及路基凍脹觀測(cè)樁，通過加強(qiáng)監(jiān)測(cè)滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。5.通過對(duì)浸水路基基底換填0.5m厚片石+碎石填縫50m試驗(yàn)段填筑質(zhì)量檢測(cè)及施工監(jiān)測(cè)，確定片石加碎石處理基底方案可行。

結(jié)語(yǔ)

高速鐵路浸水路基地基處理采用50cm厚片石加碎石填縫的施工方案具有可行性，但需采取必要的施工控制措施。

1.浸水路基基底處理時(shí)，周圍要做好排水工作，以防路基被浸泡影響上層路基填筑質(zhì)量；2.填筑時(shí)，要確保片石加碎石填筑厚度及實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)最后5遍沉降小于15mm，確保壓實(shí)質(zhì)量；3.基坑開挖長(zhǎng)度不宜過大，控制在50m左右。然后及時(shí)將基坑內(nèi)的水采用集中引排的方式引出基坑。