高鐵路基基床表層排水砂墊層結(jié)構(gòu)設(shè)置分析

韋華東

（中鐵二十四局集團(tuán) 安徽合肥 230022）

0 引言

高速鐵路路基基床結(jié)構(gòu)對(duì)高速鐵路路基的整體穩(wěn)定性及使用壽命有著顯著的影響?；步Y(jié)構(gòu)一般采用A、B組料基床底層和級(jí)配碎石基床表層構(gòu)成，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)在多雨地區(qū)增加排水砂墊層[1]。砂墊層對(duì)結(jié)構(gòu)和排水的影響缺少系統(tǒng)性研究，設(shè)置砂墊層的合理性需要進(jìn)一步研究確定。

1 工程背景

商合杭鐵路路基填方分為基床以下、基床底層、砂墊層、基床表層，路塹地段換填填方為砂墊層（排毛細(xì)水）、基床底層、砂墊層（排地表下滲水）、基床表層。

無(wú)砟軌道路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)：工后沉降一般不應(yīng)超過(guò)15mm，路基與橋梁、隧道或橫向構(gòu)筑物交界處的沉降差不大于5mm。

基床底層AB料：基床底層填筑的為B組細(xì)角礫土，壓實(shí)系數(shù)K≥0.95，地基系數(shù)K30≥150MPa/m，動(dòng)態(tài)變形模量Evd≥40MPa。

兩布一膜橫向斷裂強(qiáng)度≥20KN/m，CBR頂破強(qiáng)度≥2.5kN，滲透系數(shù)＜10-11cm/s，膜厚≥0.35mm。

基床表層級(jí)配碎石：壓實(shí)系數(shù)K≥0.97，地基系數(shù)K30≥190MPa/m，動(dòng)態(tài)變形模量Evd≥55MPa。

2 基床表層結(jié)構(gòu)對(duì)填筑質(zhì)量的影響

2.1 試驗(yàn)段填筑

選擇DK635+378～+593段作為路基基床表層試驗(yàn)段，基床表層級(jí)配碎石厚40～50cm（漸變橫斷面），第一層級(jí)配碎石20cm厚，第二層級(jí)配碎石20～30cm厚。中粗砂10cm厚。

原擬定碾壓方案靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振2～4遍+靜壓1遍，初次施工后發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)振會(huì)導(dǎo)致擠推和橫向裂紋，經(jīng)分析認(rèn)為是砂墊層的影響導(dǎo)致，碾壓試驗(yàn)方案改為靜壓1遍+弱振5～6遍+靜壓1遍。根據(jù)試驗(yàn)方案施工的結(jié)果均達(dá)不到驗(yàn)收要求，考慮砂墊層的影響，項(xiàng)目部采取了灑水自然沉降后復(fù)壓的方式（每遍含灑水沉降兩天后再灑水濕潤(rùn)弱振1遍，靜壓一遍），提高了碾壓質(zhì)量，但是仍然不能滿足驗(yàn)收要求。

2.2 調(diào)整砂墊層厚度

對(duì)路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將中粗砂厚度分別設(shè)置為5cm、3cm和取消中粗砂，并同步加厚級(jí)配碎石厚度分別進(jìn)行試驗(yàn)。中粗砂為5cm和3cm時(shí)，兩布一膜直接鋪設(shè)于基床底層上，為防止基床底層碎石刺破兩布一膜，鋪設(shè)前對(duì)基床底層進(jìn)行壓光處理。試驗(yàn)段共分為3段，分別為：

（1）圖號(hào)81段路基DK635+167～+217段，5cm砂+25cm級(jí)配碎石；

（2）圖號(hào)81段路基DK635+097～+167段，3cm砂+27cm級(jí)配碎石；

（3）圖號(hào)81段路基DK635+072～+097段，不設(shè)置兩布一膜，30cm級(jí)配碎石；

DK635+401～+572段，采用10cm砂+20cm級(jí)配碎石，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓前數(shù)據(jù)均不合格，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓后Evd兩個(gè)點(diǎn)合格，K30一個(gè)點(diǎn)合格，K均不合格。

DK635+167～+217段，采用5cm砂+25cm級(jí)配碎石，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓前除部分Evd合格外均不合格，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓后Evd合格，K30合格，K個(gè)別點(diǎn)不合格。

DK635+097～+167段，采用3cm砂+27cm級(jí)配碎石，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓前Evd合格，K30部分合格，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓后均合格。

DK635+072～+097段，采用無(wú)砂+30cm級(jí)配碎石，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓前K30合格，K不合格，養(yǎng)護(hù)復(fù)壓1遍后均合格。

為分析自然沉降對(duì)填筑密實(shí)度的影響，施工一個(gè)月后對(duì)試驗(yàn)段再次進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)不同砂墊層結(jié)構(gòu)厚度和不同碾壓組合方式的壓實(shí)情況進(jìn)行對(duì)比見圖1。

圖1 壓實(shí)效果對(duì)比

2.3.1 碾壓方式對(duì)碾壓效果的影響

由以圖1、表1可見，一次性碾壓很難達(dá)到較好的效果，弱振6遍與弱振5遍相比對(duì)壓實(shí)效果提升很小，弱振6遍僅在沒有砂墊層時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)為合格。在灑水復(fù)壓后，壓實(shí)效果有明顯提升，3cm砂墊層和5cm砂墊層各項(xiàng)指標(biāo)均合格。自然沉降一個(gè)月后，10cm砂墊層EVd滿足要求，K和K30仍不滿足要求，說(shuō)明自然沉降對(duì)碾壓密實(shí)度影響較小。

2.3.2 砂墊層對(duì)碾壓效果的影響

砂墊層越厚，碾壓效果越差，Evd均能合格，而在10cm砂墊層時(shí)K30和K均不合格。Evd反映的是淺層的壓實(shí)情況，而K30反映的是深層的壓實(shí)情況，說(shuō)明在砂墊層較厚時(shí)可以將級(jí)配碎石表面壓密實(shí)，但內(nèi)部難以密實(shí)。

設(shè)置砂墊層時(shí)，采用強(qiáng)振會(huì)出現(xiàn)橫向碾壓裂紋，砂墊層3～5cm厚采用弱振并增加灑水復(fù)壓才能確保碾壓合格，與無(wú)砂墊層相比成本大、工期長(zhǎng)。

3 排水功能分析

基床底層下部設(shè)置了砂墊層排水，毛細(xì)水不會(huì)對(duì)基床底層產(chǎn)生影響，中粗砂夾兩布一膜主要作用為防止上層降水透過(guò)基床表層級(jí)配碎石滲入基床底層，對(duì)基床表層滲透性和不同厚度排水層排水速率進(jìn)行滲水試驗(yàn)測(cè)定。

砂墊層滲水試驗(yàn)采用試坑法，由基床表層挖一個(gè)直徑20cm的試坑至兩布一膜，然后向試坑內(nèi)注水，必需使試坑中的水位始終高出坑底約10cm，為了便于觀測(cè)坑內(nèi)水位，在坑底要設(shè)置一個(gè)標(biāo)尺，因砂墊層和級(jí)配碎石的滲透速度相差很大，級(jí)配碎石滲透可忽略不計(jì)[2]。求出單位時(shí)間內(nèi)從坑底滲入的水量Q，除以砂墊層圓周面積F=π×d2/4，即得出平均滲透速度v=Q/F[3]。

表1 滲水試驗(yàn)結(jié)果

基床表層級(jí)配碎石和基床底層采用單環(huán)法，在試坑底嵌入一個(gè)高20cm，直徑20cm的鐵環(huán)。鐵環(huán)壓入坑底部10cm深，環(huán)壁與填料間縫隙注入水泥漿保證緊密接觸，環(huán)內(nèi)鋪2～3cm的反濾粗砂。在試驗(yàn)開始時(shí)，用馬利奧特瓶控制環(huán)內(nèi)水柱，保持在10cm高度上。試驗(yàn)一直進(jìn)行到滲入水量Q固定不變?yōu)橹?。除以坑底面積F，即得出該填料平均滲透速度v=Q/F。

設(shè)置砂墊層時(shí)，降水由基床表層滲入砂墊層，由砂墊層橫向排向兩側(cè)，防止?jié)B水下滲影響基床表層及基床以下路堤。

不設(shè)置砂墊層時(shí)，降水由基床表層滲入基床底層，基床底層滲透速度大于基床表層，能夠快速排掉上層滲水，不會(huì)出現(xiàn)積水軟化路基的情況，不設(shè)置中粗砂夾兩布一膜能夠滿足排水要求。

4 小結(jié)

中粗砂層會(huì)削弱上覆基床表層的壓實(shí)效果，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。分析基床結(jié)構(gòu)排水功能，不設(shè)置砂墊層能夠滿足排水需要。

根據(jù)本標(biāo)段試驗(yàn)結(jié)果，商合杭鐵路取消了10cm中粗砂夾兩布一膜結(jié)構(gòu)。