高速鐵路工程施工浸水路基地基處理試驗研究

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計水位的情況。高速鐵路作為當今社會推動經濟發展的主要工具，對我國的發展至關重要。與普通路基相比，在對路基水蝕、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期效應更容易威脅到路基的穩定性。鐵伊鐵路先行標段存在常年凍土地段與浸水路基，本文將對該鐵路浸水路基工藝性試驗進行論述。

工程及地質概況

采用0.7mⅡ型級配碎石對路堤基床表層進行填筑；基床底層填筑2.3m厚凍脹不敏感的A、B組填料填筑?；惨韵绿钪嗀、B、C1、C2填料。清除地表種植土及軟塑粉質黏土至圓礫層或粗砂層，清除寬度至排水溝外側；換填凍脹不敏感A、B組填料；凍脹不敏感A、B組填料應填筑至地面以上高度不小于0.5m。兩側坡腳設防凍脹保溫護道，護道寬3.0m,高3.0m。根據現場施工開挖情況，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壓實度等壓實質量難以保證。

施工方案

根據現場實際情況，將基底換填由原有的凍脹不敏感AB組填料調整為片石加碎石處理方案開展工藝性試驗，確定合理的片石與碎石換填方法及其相應碾壓方式、碾壓遍數等施工控制參數。

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形成填筑基礎的常用方法。

（1）片石技術要求：片石的母巖單軸飽和抗壓強度不應小于30MPa，片石粒徑一般要求30cm～50cm，最小粒徑不小于15cm。所用石料應為非片狀、無嚴重風化和裂紋。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，采用重型振動壓路機振動碾壓；采用碎石填充在碾壓過程中出現的縫隙和凹陷部分。

（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、四區段、八流程”的施工組織流程對基床以下路堤填筑至關重要。

施工方法

現場待水位降低后進行開挖作業，基槽表層為種植土和軟塑粉質黏土，因雨季需每臺挖掘機采取下墊3塊2.2m*6m*2cm的鋼板進行開挖作業，現場配備3臺挖掘機同時作業。為了防止降水以及地表水對路基的侵蝕，對路基的質量產生影響，在施工前應該準備好基底周邊的排水設施。挖除工作采用機械開挖，填筑片石前采用挖機對基底粉質黏土進行清理。

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

（2）在填筑范圍內按照設計要求，填筑50㎝厚片石，填筑完成后再用碎石填補片石間隙，直到填滿為止。

（3）在有效的填筑范圍內按照網格化布料，松浦厚度為33cm，每臺運料車容量為20m，網格尺寸為6.06*10m；松浦厚度為35cm，每臺運料車容量為20m，網格尺寸為5.71*10m，松浦厚度為37cm，每臺運料車容量為20m，網格尺寸為5.41m*10m?，F場有指定人員指導運輸車輛進行卸車，確保材料均勻，易于展開平整。

（4）控制填料質量、片石厚度、粒徑及A、B料松鋪厚度。

（5）填料應滿足：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.片石按照測量放樣出的標高及范圍填筑，碎石填筑與片石交替進行，待片石填筑出工作面后緊跟填筑碎石。

換填片石試驗段

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

填料的最佳含水量為5.2% ，在碾壓前，填料的含水量應控制在±2% 范圍內，然后碾壓填料，當填料的含水量低時，應采取灑水措施，當含水量過高時，將填料運至路堤進行攤鋪和晾曬直至達到最優含水率。

在壓實過程中，無論是靜力壓實還是振動壓實，只有當剪應力τ大于抗剪強度τf時，土粒才能重新排列，土才能被壓實。

（1）壓實機械主要技術參數：質量為20t、振動頻率≥28HZ、激振力≥170KN、單位線壓力≥400N/cm。

（2）試驗段碾壓組合方式：1.片石碾壓：靜壓1遍＋強振5遍+靜壓1遍；2.A、B料碾壓：靜壓1遍＋弱振1遍＋強振3遍＋靜壓1遍。壓實順序應按照直線段兩側、中間、曲線段內側、外側、先靜壓、弱振動、強振動的操作程序進行。

（3）數據采集：1.片石碾壓每壓一遍測量出下沉量，直到最后5遍下沉量小于15mm。2.A、B采集振動壓路機的壓實數據，靜壓1遍，弱振1遍，強振1遍后開始測量數據（壓實速率、壓實系數、K30、孔隙率），以后每強振一遍后測量一次，直到全部數據合格以后，靜壓1遍收光，并取最終測量數據。

（4）施工監測及質量控制參數：片石碾壓以最后5遍下沉量小于15mm為準。

每壓實層抽樣檢驗壓實系數K6點要基本均勻，沒有足夠規模時也按照K6點檢驗。前三層均勻分布抽樣檢驗地基系數K4點，規模不足時也按4點檢驗，之后按照每填高90㎝檢測K。

試驗過程檢測及結果

試驗過程檢測數據分析

1.片石攤鋪后用碎石填充縫隙，采用重型振動壓路機振動碾壓。在片石填筑施工過程中，每壓實一遍，用RTK和水準儀測量出下沉量。待片石碾壓完成并且達到設計要求后，再填筑凍脹不敏感A、B組填料。

2.在試驗路段施工過程中，按照33cm、35cm和37cm三種虛鋪厚度進行試驗，在試驗路段線路的中心和兩側分別設置三個觀測點，測量各測點在填土前、松鋪后和壓實后的標高。

3.根據試驗數據繪制壓實曲線，關系曲線取值為下限值，反應施工關系的最低標準情況。

根據試驗結果分析試驗數據，松鋪厚度33cm，檢測指標能夠滿足要求，但壓實厚度平均值為277mm，功效較低；松鋪厚度35cm，檢測指標能夠滿足要求，壓實厚度平均值為289mm，接近目標值；松鋪厚度37cm，滿足要求，壓實厚度平均值為306mm，超出目標值范圍；觀察壓實曲線圖，松鋪厚度35cm的曲線圖，數據遞增平緩圓順。

試驗結果

根據試驗成果分析對比后，得出對浸水路基施工結論：（1）最佳機械組合為：挖掘機3臺、20t振動壓路機1臺、推土機1臺、自卸汽車10臺（可根據載量和實際施工情況調整）。（2）壓路機碾壓行走速度控制在2.8～3.0km/h為宜。碾壓方式按兩側、中間、靜壓、強振的順序進行碾壓；1.A1填料振動壓路機靜壓1遍+弱振1遍+強振3遍+靜壓1遍，壓實系數K≥0.92，K30≥110Mpa，可以滿足設計及驗收標準要求。2.確定填料的施工含水率控制在5.2%±2%范圍之內。3.根據現場試驗結果，最佳松鋪厚度為35cm，松鋪系數為1.20。4.為了滿足路基填筑工后沉降及路基凍脹要求，在試驗段布置沉降觀測板及路基凍脹觀測樁，通過加強監測滿足相關規范和設計要求。5.通過對浸水路基基底換填0.5m厚片石+碎石填縫50m試驗段填筑質量檢測及施工監測，確定片石加碎石處理基底方案可行。

結語

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，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量；2.填筑時，要確保片石加碎石填筑厚度及實時檢測壓實最后5遍沉降小于15mm，確保壓實質量；3.基坑開挖長度不宜過大，控制在50m左右。然后及時將基坑內的水采用集中引排的方式引出基坑。