中風(fēng)化花崗巖資源在高速鐵路附屬工程建設(shè)中的應(yīng)用

陳文祥鄒繼伯王霏胡清濤趙可昕楊永民

(1 中鐵廣州局有限公司第三分公司；2 華南理工大學(xué)；3 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院)

0 引言

近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力開展和天然河砂的禁采政策，我國混凝土粗骨料碎石和細(xì)骨料的天然砂資源越來越少[1-3]。而骨料是混凝土的主要組成材料之一，占比重較大，起骨架和填充作用，對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)具有重要影響?；诖耍鄶?shù)工程采用就地取材的方式，在工程臨近的礦山建設(shè)石料廠，進(jìn)行人工骨料的開采和加工，以保證工期和工程成本[4-6]。與天然河砂相比，機(jī)制砂開采加工技術(shù)成熟，其性能穩(wěn)定性和質(zhì)量較高。但由于母巖和原巖中存在軟弱夾層，風(fēng)化變質(zhì)層中或生產(chǎn)過程中場(chǎng)地上混入的泥土與石粉混在一起等因素，對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響[7-9]。

本文基于廣東粵東某新建高速鐵路的混凝土工程，為了降低工程成本，確保工期等因素，在項(xiàng)目附近的礦山就地取材，開采和加工人工骨料，但該礦山區(qū)域的花崗巖母巖平均表觀密度為2.60g/cm3，較普通傳統(tǒng)花崗巖密度偏小，母巖的平均抗壓強(qiáng)度為62.7MPa，屬于中風(fēng)化花崗巖。通過一系列的工藝和不同強(qiáng)度混凝土制備技術(shù)研究，得出可以將中風(fēng)化花崗巖骨料應(yīng)用于該工程的附屬工程部位混凝土中的結(jié)論，最終在該工程附屬工程中的排水溝、擋墻、邊坡以及鐵路過渡段等部位進(jìn)行了應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

某新建高速鐵路前站工程正線總長37.157km，其中路基工程：路基長14.459km/14 段，路基長度全線占比38.92%。橋梁工程：橋梁22.697km/15 座（其中特大橋22.065km/13 座，大橋0.632km/2 座），簡(jiǎn)支梁共696孔（其中本標(biāo)段預(yù)制架設(shè)679 孔，負(fù)責(zé)SSZQ-2 標(biāo)段預(yù)制架設(shè)17 孔），橋梁長度全線占比61.08%。站場(chǎng)工程：陸豐東站。軌道工程：73.496 鋪軌公里（僅含雙塊式無道床鋪設(shè)施工，其中：路基地段無道床27.466 鋪軌公里，橋梁地段無砟道床46.02鋪軌公里）。

本工程混凝土用量總計(jì)約99 萬方，其中樁基混凝土約14 萬方、承臺(tái)混凝土約5.7 萬方、墩柱混凝土約6.8 萬方、路基工程約40.4 萬方、預(yù)制梁混凝土約21.1萬方、連續(xù)梁混凝土1.02萬方、其他附屬約10萬方。其中中粗砂用量76.3萬噸，碎石109.1萬噸。中風(fēng)化花崗巖資源主要應(yīng)用于路基工程的排水溝、擋墻、過渡段和其他附屬工程。

2 中風(fēng)化花崗巖資源在高速鐵路中的應(yīng)用

2.1 中風(fēng)化花崗巖資源在排水渠中的應(yīng)用

為了節(jié)省工程成本，本工程路基兩邊的排水渠以及預(yù)制混凝土格柵的混凝土由中風(fēng)化花崗巖作為粗細(xì)骨料制備而成，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，混凝土格柵采用預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制拼裝。排水渠具體的施工工藝如下：①根據(jù)測(cè)量放樣定出水溝中線，并測(cè)量標(biāo)高計(jì)算出水溝開挖深度；人工配合機(jī)械，參照水溝設(shè)計(jì)斷面開挖基槽，清除基槽浮土，夯實(shí)基礎(chǔ)。②在基坑底部設(shè)標(biāo)高控制樁，澆筑溝槽底板，水溝底板澆筑寬度各放寬10cm，便于墻身模板的加固；底板混凝土澆筑過程中，底板澆筑范圍內(nèi)不得有積水，混凝土須采用振搗棒搗凅密實(shí)。③底板施工完畢后，根據(jù)水溝斷面、溝頂標(biāo)高、溝底標(biāo)高架立槽身模板。④在線間水溝施工過程中，當(dāng)基礎(chǔ)與墻身、墻身與板座分次澆筑混凝土?xí)r，需要預(yù)埋連接筋，并對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理。⑤水溝施工過程中，在靠近新建線路一側(cè)，基床表層底部，土工膜上方，設(shè)置泄水孔。站線設(shè)置在溝頂以下25cm 的位置，正線在溝頂以下50cm 的位置設(shè)置預(yù)埋泄水孔；泄水孔孔徑不小于10cm，縱向間距1.0m。⑥各類模板加固完畢后，經(jīng)監(jiān)理和主管工程師檢查合格后方可澆筑混凝土，且其澆筑過程中必須逐段分層振搗澆筑。⑦墻身及基礎(chǔ)每隔15m 設(shè)立一道寬3cm 的沉降縫，沉降縫材料采用泡沫板或?yàn)r青木板。⑧混凝土澆筑完畢初凝后對(duì)混凝土加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)，常溫下養(yǎng)護(hù)期不得少于7d。

圖1 排水溝

圖2 混凝土格柵

2.2 中風(fēng)化花崗巖資源在擋墻中的應(yīng)用

本工程路基兩邊的六角塊體和重力式混凝土擋墻由中風(fēng)化花崗巖作為粗細(xì)骨料的混凝土澆筑而成，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，混凝土六角塊體采用預(yù)制廠預(yù)制成型。具體施工工藝如下：①制定澆筑工藝，明確結(jié)構(gòu)分段分塊的間隔澆筑順序，先澆筑基礎(chǔ)混凝土，由于墻身較高，墻身混凝土分兩次澆筑完成。②根據(jù)結(jié)構(gòu)截面尺寸大小研究確定必要的防溫防裂措施。③施工前應(yīng)仔細(xì)檢查模板、預(yù)埋件的緊固程度。④混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)因故間歇時(shí)，其間歇時(shí)間應(yīng)小于前層混凝土的初凝時(shí)間或重塑時(shí)間。⑤混凝土澆筑過程中，應(yīng)隨時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行振搗并使其均勻密實(shí)，振搗宜采用插入式振搗器垂直點(diǎn)振。⑥混凝土振搗過程中，應(yīng)避免重復(fù)振搗，防止過振。應(yīng)加強(qiáng)檢查模板支撐的穩(wěn)定性和接縫的密合情況，防止在振搗混凝土過程中產(chǎn)生漏漿。⑦混凝土振搗完成后，應(yīng)及時(shí)修整、抹平混凝土裸露面，待定漿后再抹第二遍并壓光。

圖3 混凝土邊坡

圖4 混凝土擋墻

2.3 中風(fēng)化花崗巖資源在鐵路過渡段中的應(yīng)用

本工程過渡段由中風(fēng)化花崗巖作為粗細(xì)骨料制備而成，混凝土強(qiáng)度為C50。具體施工工藝如下：①清除填筑料底部范圍內(nèi)及路基順坡向的浮土雜物，及時(shí)整平碾壓，壓實(shí)強(qiáng)度跟基坑回填要求一致。②根據(jù)結(jié)構(gòu)截面尺寸大小研究確定必要的防溫防裂措施。③支架模板，混凝土澆筑施工前應(yīng)仔細(xì)檢查模板、預(yù)埋件的緊固程度。④混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)因故間歇時(shí)，其間歇時(shí)間應(yīng)小于前層混凝土的初凝時(shí)間或重塑時(shí)間。⑤混凝土澆筑過程中，應(yīng)隨時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行振搗并使其均勻密實(shí)，振搗宜采用插入式振搗器垂直點(diǎn)振。⑥混凝土振搗過程中，應(yīng)避免重復(fù)振搗，防止過振。⑦混凝土振搗完成后，應(yīng)及時(shí)修整、抹平混凝土裸露面，待定漿后再抹第二遍并壓光。

圖5 鐵路過渡段

圖6 混凝土泵送

3 工程應(yīng)用效果分析

通過現(xiàn)場(chǎng)鉆芯法對(duì)工程應(yīng)用的部位進(jìn)行了效果評(píng)價(jià)。排水渠部位（C25）混凝土、擋墻部位（C35）混凝土以及鐵路過渡段（C50）混凝土的芯樣如圖7～圖9所示，現(xiàn)場(chǎng)取芯后進(jìn)行切割和磨平，進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖7 排水渠部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

圖8 混凝土擋墻部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

圖9 鐵路過渡段部位混凝土抽芯樣品及切樣芯樣

通過對(duì)應(yīng)用工程的部位進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，工程應(yīng)用的混凝土抗壓強(qiáng)度全部達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度等級(jí)要求。對(duì)于C25 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，檢測(cè)結(jié)果范圍為30.1～31.6MPa，平均值為30.2MPa；對(duì)于C35 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，檢測(cè)范圍為35.1～45.4MPa，平均值為38.7MPa，過渡段C50 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，檢測(cè)范圍為51.0～63.8MPa，平均值為57.1MPa。

表1 各個(gè)工程部位的混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度

4 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

路基工程中排水渠、擋墻和過渡段及其他附屬工程砂石用量約30 萬噸，中風(fēng)化花崗巖機(jī)制砂用量約10 萬噸，中風(fēng)化花崗巖碎石用量約20 萬噸。將中風(fēng)化花崗巖代替河砂、碎石，河砂現(xiàn)在綜合單價(jià)約278元/m3，碎石綜合單價(jià)為250元/m3，中風(fēng)化花崗巖機(jī)制砂綜合單價(jià)約100元/m3，中風(fēng)化花崗巖碎石綜合單價(jià)約97元/m3，節(jié)約費(fèi)用68000×278+130000×250-68000×100+130000×97=31994000（元），所以該技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益約為319.94萬元。

5 結(jié)語

⑴利用中風(fēng)化花崗巖作為粗細(xì)骨料成功制備出C25、C35、C50 等級(jí)的混凝土，并在路基工程排水渠、擋墻、過渡段及其他附屬工程結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了工程應(yīng)用。

⑵通過對(duì)應(yīng)用工程的部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣檢測(cè)，三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用效果良好，且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。