铁路填石路堤建设质量管控技术概述

　　铁路填石路堤建设质量管控技术概述第1章绪论1.1课题的提出及意义近些年来，伴随我国经济建设的飞速发展和铁路网建设的不断延伸，越来越多的铁路建设面临的地形从以平原微丘区为主向以山岭重丘区为主转变。尤其是随着西部大幵发战略的实施，铁路网建设已向我国西部地区延伸发展，然而由西部特有地形所决定的路基高填深挖的现象将变得更加普遍，填石路堤将逐渐成为山区铁路普遍采用的一种路基填筑形式⑴。在山区或者重丘区修建铁路时，常常面临的问题是硬质岩石弃碴材质优良，但开挖出来的弃碴粒径及级配大多不满足现行的《铁路路基设计规范》(TB10001-2012)中对填料的要求，所以不能直接用做填料，需要再次加工后才能利用，这样将大大增加工程投资，同时也影响施工的进度。并且幵挖出的大量石质弃碴，若弃之不用，不仅大量占用农田耕地，破坏铁路沿线环境，而且须从它处借土填筑路堤，造成成本增加。出于对经济和社会效益的考虑，人们希望尽量将这些大粒径碎石材料来作为填筑路堤的主要填料[2]。随着铁路填石路堤的大量修筑，现行铁路路基设计规范中涉及填石路堤的相关条目较少，技术规定也较为笼统，没有明确的定量要求，同时，部分相关规范条文比较保守，在施工工艺、施工质量控制方法等方面日益显示出难以适应实际工程的需要。因而在实际工程中，施工单位主要按照填土路基的技术规范，再结合一些相关实际工程的经验来进行填石路堤的施工控制，存在比较大的不确定性和随意性，缺少明确的技术指导。而在填石路堤工程中，若对压实施工技术控制不妥，比如虚铺厚度不均匀、压实能量大小不足或者碾压机械选择不当以及采用不恰当的质量检测方法和标准等，都可能会造成填石路堤较大的工后不均匀沉降，进而影响铁路基床的平整度，甚至会使填石路堤本体及基床产生纵向和横向的裂缝，从而在整体上影响铁路填石路堤路面的稳定性和耐久性[3]。正是在这一工程实际需求的背景下，对铁路填石路堤的压实施工技术及质量控制技术的研究就显得尤为重要和迫切。............1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1我国填石路堤技术现状 在我国的铁路工程建设中，如在秦皇岛至沈阳客运专线和株洲至六盘水铁路复线建设中，都曾使用碎石材料来填筑铁路路基，为此铁道部门还出版了《高速铁路路基工程施工技术指南》以及针对铁路具体工程的施工工艺细则和质量控制方法及标准，对填石路堤提出了比较明确规定：应用平面荷载地基系数作为铁路填石路堤的施工质量控制标准[8]。然而，铁路填石路堤的上部结构属于具有较高沉降调节性的级配碎石，与公路上填石路堤还是有较大的区别。在世界范围内，英国的运输部在1986年出台的《公路工程技术规范》中列出有两类包括填石或填土石在内的材料。一类是用做起动层的选用粗粒料的6B亚类，另一类是用做一般填土的粗料中的IC亚类。对于上述两类材料，英国《公路工程技术规范》中规定采用压实方法控制材料的压实。而且规定对这两类材料仅能用较重的振动压路机碾压，对碾压层厚、碾压遍数等碾压参数也做出了相关规定在澳大利亚，塔斯马尼亚州规定填筑路基所容许石料的最大尺寸为25cin，而且针对不同土类，提出了不同的压实工艺，对压实机械、最佳速度、碾压最大层厚、压实遍数一一作出了相应的规定。第2章填石路堤的压实理论基础2.1填石料的工程特性填石路堤中碎石填料的工程性质与填土路堤填料的工程性质有显著的差异。碎石填料主要具有以下工程特点①填石料颗粒之间的點结力相当小，甚至趋于零；②填石料颗粒粒径较大，颗粒强度以摩擦力为主，且具有较高的抗剪强度；③填石料中细颗粒的含量较小，孔隙率较大；④填石料透水性良好，且可以自由排水；⑤填石料不容易压实，且在大吨位振动压路机碾压过程中易出现破碎现象。填石路堤填料基本上是由岩石颗粒集合而成的粒状材料，石料粒径较大，其强度主要以摩擦力为主，本质上属于不具有點聚力的摩擦性材料，这种材料由颗粒间的咬合与摩擦阻力来决定抗剪强度等力学性。填料中细颗粒的含量较小，不均勻系数较差，填充性不佳，填筑体内的孔隙率较大。同时，材料的渗透性很强，基本上不受水的影响。此外，由于填料颗粒的粒径较细粒土普遍偏大，在一定程度上不易压实。2.2填石料的压实特性2.2.1填石料的压实过程 填石路堤一般的压实填筑过程是[32H34]:填料摊铺后，外力压实能量作用在比较松散的碎石料上面，填料的内部应力状态出现改变，虚铺后填筑体内部原始的应力平衡状态也随之发生改变，填石料的颗粒不断克服彼此之间的摩阻力，彼此在不断地被压实挤密的同时，还相互填补彼此之间的空隙。压实过程中还会出现部分填石料破碎的现象，这样会使新的粒径出现并重新组成排列，从而使路堤填筑体内部的空隙缩小，使填料的压实程度增加；伴随压实功的持续加大，填石料的颗粒会不断地相互移动、相互填充，路堤填筑体就会越密实；当路堤填筑体被压实到一定程度后，填料颗粒间的空隙较小，能够达到更加稳固的应力平衡状态。若此时继续增加外力压实能量，填料颗粒之间将不易再产生相互移动和相互充填的现象。综上可知，填石路堤填筑压实的目的在于：让填石料的颗粒与颗粒之间的关系由松散关系变成接触关系，接着再达到密实的咬合状态，最终使填石路堤成为稳固的结构体系。第3章填石路堤现场压实试验............143.1工程概况............143.2路堤填料分析............163.2.1填料............163.2.2填备............173.3现场方案............183.4测试元件的埋设情况............203.5连续压实测试系统的调微系统的初始化............213.6觀路堤麵量检测方案............213.7本章小结............234填石路堤施工质量控制方法分析............244.1前言............244.2动态变形模量法............284.3动态变形............314.4压实系数法............364.4.1压实系数K............364.4.2压实激评定方法............374.5连续压实测量控制法............404.6本章小结............45第5章填石路堤主要施工质量检测指标............465.1分析方法............465.2试验数据的选定............475.3路堤主要施工质量检测指标之间关系............485.4本章小结............54 第5章填石路堤主要施工质量检测指标之间关系的研究5.1分析方法由第四章填石路堤施工质量各控制方法的分析可以知道，针对于填石路堤而言，表面沉降法指标宜用于填石路堤施工过程中的质量监控，即相邻两次碾压的沉降率增加量不超过1%时，表明路堤压实已经基本合格，可以进行常规质量检测。此次现场质量检测试验主要的检测方法有：动态变形模量法、地基系数法和压实系数法。由第3.6节填石路堤的质量检测方案可知，动态变形模量和地基系数的测点间有一一对应的关系，即可认为在两种检测方法中，编号相同的测点，它们的位置也相同。这样既消除了两种试验在同一点做试验时的相互影响，又可认为其测值是同一位置测得的，进而可以得出它们的相关关系。然而，压实系数法的测点和前两种方法的测点位置相差较远，因此压实系数A：与的相关关系不易得出。结论目前在山区公路的建设中，填石路堤已经得到广泛应用。由于碎石填料具有颗粒粒径大、孔隙率大、透水性强、抗剪强度髙及存在破碎性等特点，所以在填筑施工及施工质量检测方面和一般的填土路堤存在着比较大的差异。目前世界范围内对填石路基的施工质量控制技术仍尚无完善和系统的研究成果，所以填石路堤施工现场往往缺少具体的质量控制方法，从而使填石路堤的施工质量得不到保障。目前铁路部门在填石路堤方面的研究还较少，本文依托的结合贵阳至广州铁路硬质岩石填料填筑路堤关键技术研究科研课题，主旨是为填石路堤在铁路上的应用提出一些参考性建议。本课题首先从填石料的分类方法、压实特性、粒径组成以及破碎性等方面进行研究，明确了填石路堤填料的工程特性，然后通过将在建的贵广铁路的联络线作为现场试验段，对填石路堤填料的摊铺及整平技术、压实机械的选型技术、压实参数选定技术等填石路堤填筑施工过程中的关键问题进行研究，并且对课题拟定的多种施工质量检测方法也进行了详实的对比研究，在填石路堤施工质量控制技术研究方面得到了一定的研究成果。