鐵路路基填筑質(zhì)量及沉降控制技術研究

徐 馳

中鐵十九局第二工程有限公司,遼寧 遼陽 111000

0 引言

隨著我國鐵路總建設里程的逐步增加,鐵路路基工程施工質(zhì)量越來越受到重視;國鐵集團的“安全質(zhì)量紅線十條”中對鐵路路基填料與填筑質(zhì)量、檢測、旁站等施工流程做了嚴格規(guī)定。同時,鐵路路基的填筑質(zhì)量控制措施被眾多研究機構所重視。中國鐵道科學研究院對不同含水率下級配填料進行外荷加載試驗,確定了最優(yōu)的振動方法[1];智能填料設備也在高速鐵路的路基填筑施工過程中被廣泛應用,取得了較好的質(zhì)量控制效果[2];鐵路路基填料在外部環(huán)境下的劣化影響機制用于施工質(zhì)量控制也得到了一定的應用[3]。鐵路路基填筑質(zhì)量對鐵路工程運營的安全性有著重要影響。如果施工質(zhì)量不合格,可能會引起路基下沉、變形或開裂等問題,不僅會影響鐵路的運行安全,還會導致結構問題和維修成本增加。本文以某鐵路工程路基填筑為案例,分析了路基填料的質(zhì)量控制,通過現(xiàn)場試驗分析確定了填料的最佳松鋪厚度、機械振動方法,并進行了沉降觀測,得出了沉降變形規(guī)律,保證了鐵路路基的施工質(zhì)量,為類似鐵路路基工程提供了借鑒經(jīng)驗。

1 工程概況

該鐵路工程位于江蘇地區(qū),為剝蝕丘陵地貌,地勢起伏、植被較發(fā)育。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)現(xiàn)場勘察調(diào)繪揭示,表層為第四系殘坡積層Qel+dl粉質(zhì)黏土,褐黃色、黃褐色,局部夾少量礫石,硬塑,厚約 0.5～5.0 m。下伏基巖為鈣質(zhì)頁巖,全風化呈砂土狀,局部夾少量強風化碎塊,厚約 0.7～5.0 m;強風化多呈塊狀,厚1.6～11 m;弱風化,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較完整,巖體呈青灰色、深灰色,全～弱風化,其中全風化呈砂土狀,局部夾少量強風化碎塊,厚約0～2.3 m;強風化巖體多呈塊狀,層厚0.7～8.5 m;弱風化巖體,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較完整。巖層產(chǎn)狀為340°∠50°。巖體主要有2組節(jié)理,以張節(jié)理為主,產(chǎn)狀為240°∠64°,多呈密閉狀。

路堤基床表層厚0.4 m,采用級配碎石填筑,基床底層厚2.3 m,采用A、B組填料填筑,基床以下路堤采用A、B、C1、C2組填料填筑。基床表層填筑前填筑預壓土,A、B組填料采用該項目碎石場自產(chǎn)碎石配制?；哺鞑课皇┕簩崢藴市铦M足《高速鐵路路基工程施工技術標準》有關要求。路基基床表層及底層的底部均為向兩側(cè)傾斜 4%的橫向排水坡,路基面形狀為梯形。

2 分層填筑試驗

為確定在基床填料填筑過程中不同壓實機械、不同填料的施工方法及工藝參數(shù),據(jù)填料種類確定路基填筑機械配置和壓實工藝,包括確定機械碾壓行走速度、碾壓方式、碾壓遍數(shù)、適宜的松鋪厚度等[4]。

基床底層填筑松鋪厚度按不大于40 cm控制試驗(第1層松鋪厚度35 cm,第2層松鋪厚度 38 cm,第3層松鋪厚度40 cm),在攤鋪完成后,通過挖探檢測松鋪厚度。采用22 t振動壓路機在靜壓1遍、弱振1遍后,然后開始強振,自第1遍強振起每碾壓1遍檢測1次壓實度及對應的含水量,由壓實度檢測原始記錄分析計算可得出5、6、7遍碾壓分別對應的壓實系數(shù)及含水量檢測平均值,填料含水率統(tǒng)計過程中取1#～5#共計5個測點,試驗結果如表1、2所示。

表1 分層碾壓試驗結果

表2 填料含水率 單位：%

在試驗段遵循先輕后重、先穩(wěn)后振、先低后高、先慢后快以及輪跡重疊的原則,自第5遍起每碾壓1遍測量1次測試點高程,并記錄、計算松鋪系數(shù),碾壓第5、6、7遍后對應的壓實厚度平均值和松鋪系數(shù)平均值如表3所示。

表3 壓實厚度及松鋪系數(shù)平均值 單位：cm

根據(jù)表1～3可以得出以下結論：當填料碾壓時的含水量接近最佳含水量時,壓實系數(shù)會隨著壓實遍數(shù)的增加而增大;隨著壓實遍數(shù)的增加,當壓實系數(shù)達到一定程度時,其數(shù)值將基本趨于穩(wěn)定。從表3可看出,松鋪厚度38 cm,碾壓6遍是較為合理的,含水率在3.6%～4.5%范圍內(nèi)均可以有效壓實。松鋪厚度38 cm、壓實6遍時松鋪系數(shù)最佳,且能滿足壓實厚度不大于30 cm,此時松鋪系數(shù)為1.27。

3 路基沉降觀測

為了控制和保證鐵路路基的施工質(zhì)量,確保完成后的路基沉降滿足設計要求,通過連續(xù)、正確、完整、系統(tǒng)的觀測和分析,預測沉降趨勢,本節(jié)對路基沉降進行監(jiān)測試驗。研究路基段共設置4處沉降觀測斷面,每處觀測斷面包括1層沉降板和5處沉降觀測樁頭,5處沉降觀測樁頭3處位于基床上表面,2處位于下基床表面,沉降板需在填筑過程中隨填筑高度依次增加,并注意保護沉降板的線形,觀測頻率為1次/d,監(jiān)測斷面如圖1所示[5]。

圖1 沉降監(jiān)測斷面

根據(jù)《鐵路工程沉降變形觀測評估技術規(guī)程》等規(guī)范及標準要求,進行沉降變形評估,路基沉降變形應符合下列規(guī)定：填筑完成沉降不宜超過 15 mm,過渡段不同結構物間的預測工后差異沉降不應大于5 mm。在根據(jù)上述監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷的同時,結合本工程的工程地質(zhì)、構筑物布置等特點的實際情況等綜合分析,判定沉降變化趨勢及觀測異常點。

路基在自重及外部荷載作用下的沉降是一個持續(xù)的過程。影響沉降的主要因素包括路基材料的性質(zhì)和狀態(tài),如土體密度、含水量、粒徑分布等。根據(jù)觀測數(shù)據(jù),典型的沉降變化情況如圖2所示。在開始的7周時間內(nèi),沉降發(fā)生并不明顯,并受到過往車載的作用下,沉降量會出現(xiàn)一定程度的波動情況。在第8～14周會出現(xiàn)較為明顯的沉降特征,這是由于填料土體間顆粒間隙逐漸被壓縮造成的。第14周后,沉降基本保持不變,填筑后的路基已經(jīng)趨于穩(wěn)定,路基沉降均控制在15 mm規(guī)范要求范圍內(nèi)。

圖2 沉降隨時間變化規(guī)律

路基沉降監(jiān)測的5處斷面的4個測點穩(wěn)定后沉降情況如圖3所示。在所得結果中,可以得到以下結論：每處監(jiān)測斷面的4個點沉降值大小基本接近,中部的沉降值通常會大于兩側(cè)的沉降值。此類情況是由于中部路基的碾壓振動效果較差,在后期受自重影響逐漸沉降造成的。同時,相同類型的監(jiān)測樁在不同監(jiān)測斷面的沉降值會有較大的差別,這是由于施工隊伍在不同區(qū)域進行機械振動碾壓等壓實過程中作業(yè)習慣差異波動造成的,在施工作業(yè)中需要嚴格施工隊伍作業(yè)習慣管理,保證填料的壓實度。

圖3 路基沉降觀測統(tǒng)計

4 技術控制措施

在控制沉降過程中,首先要對填料進行控制,填料控制包括土的密度、含水率、比重、粒徑和滲透性等指標的控制,以確保路基的穩(wěn)定性和耐久性。同時要保證填料的壓實控制,通過擊實、K30、Evd等對材料進行壓實控制,確保路基的密實度達到規(guī)定的要求,防止因壓實度不足而引發(fā)的質(zhì)量問題。

路基填筑前須保證前期清場要求：如路基原地面清表必須徹底,不得有草皮、腐植土、樹根等;清表后必須平整,清表寬度必須在路基坡腳樁1 m以外,經(jīng)壓實后原地面;路基填方材料應有一定的強度,填方材料最大粒徑不超過10 cm,經(jīng)野外取土試驗確定,路基填料最小強度和最大粒徑應符合要求,要嚴格控制路基填料粒徑,嚴禁超粒徑石塊運到工地后再用人工解小。

5 結論

1)在路基填筑過程中松鋪厚度38 cm、碾壓6遍較為合理,含水率在3.6%～4.5%均可以有效壓實。松鋪厚度38 cm、壓實 6 遍時松鋪系數(shù)最佳,且能滿足壓實厚度不大于 30 cm,此時松鋪系數(shù)為1.27。

2)路基填筑后在第 8～14周會出現(xiàn)較為明顯的沉降特征,第 14周后,沉降基本保持不變,填筑后的路基已經(jīng)趨于穩(wěn)定,路基沉降均控制在15 mm 規(guī)范要求范圍內(nèi)。中部的沉降值通常會大于兩側(cè)的沉降值,是由于中部路基的碾壓振動效果較差造成的。

3)在控制沉降過程中,加強對填料進行控制保證填料的壓實控制。通過擊實、K30、Evd參數(shù)測定等對材料進行壓實控制,確保路基密實度達到規(guī)定要求,并保證路基填料粒徑滿足要求。