浅谈秦沈客运专线路堤填筑工艺

浅谈秦沈客运专线路堤填筑工艺［提要］秦皇岛至沈阳客运专线（简称秦沈线）是我国首条计速度为200km/h、一次开通速度超过160km/h的高速铁路。它的建成将为我国高速铁路工程建设提供科学的设计依据和可靠的施工经验，为我国高速铁路的建设发挥先遣作用。我公司承担秦沈线A14标段的施工任务，全段地处辽河冲积平原软土地带，沿线路基填料缺乏，需要远运土方100万方进行填筑。秦沈线路基填筑质量要求高，特别是路堤填料、压实质量、检测手段等方面相对普通铁路而言都有一定提高。通过施工实践和试验检测，对秦沈线路堤填筑施工工艺进行技术总结。［关键词］秦沈线软土地段路堤填筑施工工艺一、秦沈线A14标工点特征（一）气候水文条件1.沿线冬季寒冷，降水量少，春季风大，夏季炎热多雨，雨热同季。沿线最高气温发生在7、8月份，雨量也集中在这两个月份，最冷月份为元月份。年平均降水量640mm,蒸发量1700mm左右。土壤最大冻结深度1.2m。2.沿线地表径流发育，属辽河西部之冲积平原，地势开阔平坦，海拔高度4m左右，地势低洼积水，为水田及苇草植物栖生地。（二）地质条件A14标沿线地质表层为松软、软土地段，地基土质为淤泥质砂粘土及淤泥质粘土，地基土承载力较低，天然孔隙比大，抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小，地基沉降变形大，而且沉降经历时间较长。（三）秦沈线主要技术标准（新线正段正线）1.正线数目：双线2.线间距：4.6m3•最大坡度：12%。（不考虑平面曲线阻力折减）4.最小曲线半径：一般3500m,困难3000肌二、高速铁路及其路基的重要性1.我国进入经济快速发展时期，作为推动国民经济发展原动力之一的基础设施建设正飞速发展。我国地域广阔，经济发展区域性差别较大，能源的区域互补和技术力量的互助将推动经济不发达地区的发展，在信息高速化的时代，资源、产品和人口的高速流动性将给人类创造更多财富提供充足的时间和空间。缩短区域间的时间距离是经济走向共同发展的必要硬件。在我国，公路部门走在前面，我国近期高速公路的发展很快，迫使铁路大幅度进行提速。国外自六十年代日本建成世界第一条高速铁路-一东海道新干线以来，高速 铁路发展势头迅猛，时速200km/h以上的线路，全世界的运行总里程已达1万多公里，对各国经济发展起到重要作用。2•高速铁路路基的重要性高速铁路因列车运行速度的增大其安全可靠性引人注目，其安全来源于组成铁路系统各个方面的高度可靠性，其中包括铁路路基。要使列车能高速、安全运行，线路的稳定与平顺是必不可少的条件之一。路基作为轨道的基础，从而对路基提出了很高的要求：刚度大、稳定、不易变形，纵向刚度要求均匀。三、秦沈线路堤结构及填筑标准秦沈线路堤结构形式、填料选择及压实标准较普遍铁路或我国现行重载铁路标准都有大幅度提高，更强调路堤在荷载作用下的变形的控制和路堤纵向整体刚度的平顺性，增强了基床表层的强度和刚度，基床表层填料采用级配碎石，压实标准也相应提高，路堤与结构物之间设置过渡段，采用级配碎石填筑，厚度逐渐向结构物增加，实现路基刚度的过渡。（一）软土地段路堤结构形式A14标软土地段路堤结构形式自上至下分基床部分和基床以下路堤部分，基床分基床表层和基床底层两部分，基床以下路堤包括路堤本体和砂石垫层。路桥或路涵过渡段按倒三角形设置，过渡段与相邻的路堤和锥坡按水水平分层一体同时填筑。秦沈线路堤基床厚度：基床表层0.6m,基床底层1.9m。一般路堤结构形式、桥（涵）过渡段形式见下图。路桥（涵）过渡段结构示意（二）路堤填筑标准 1.路堤填料选择秦沈线路堤填料要求比普通铁路、重载铁路以及已建成的广深准高速铁路标准更高，特别对路堤基床填料质量要求较高。综合考虑沿线填料分布情况及施工工艺要求等各方面因素，路堤本体选用质量较好的填料，不采用设计指定的含水量较大的C类细粒土填料，选用与基床底层同标准的填料。各种等级铁路填料要求见下表。铁路路基填料要求等级普通I、II、重载铁路广深准秦沈线部位III级铁路高速铁路基床表层A、B、C组A、B组或改良土级配碎石土级配碎石基床底层A、B、C组A、B、C组A、B、C组A、B组或D组改良或改良土或改良土基床以下路堤A、B、C组A、B、C组A、B、C、D组A、B、C组（路堤本体）或D组改良或改良土2•路堤压实标准检测指标秦沈线路堤压实标准的检测指标与普通铁路略有不同，主要突出孔隙率指标，且全部采用双控指标。以下为路堤压实标准指标对照表。秦沈线与普通铁路路堤压实标准指标对照表等级填料类别普通铁路秦沈线细粒土K或心K、K30粗粒土Dr或6nxK30碎石土或块石类混合料Kson.K30四、秦沈线路堤填料的选用和路堤压实标准（一）路堤本体填料选择根据设计要求按下表选用。路堤压实标准应符合下表要求。路堤本体压实标准填料压实标准细粒土粗粒土碎石土A、B、C组填料或改良土地基系数6（Mpa/m）>90>110>130孔隙率n（%）<25<25压实系数K>0.9（二）基床底层基床底层填料要求及压实标准见下表。基床底层技术标准 填料厚度压实标准细粒土粗粒土碎石土A、B组填料及改良土1.9m地基系数弘（Mpa/m）>110>120>150压实系数K>0.95孔隙率n（%）<20<20（三）基床表层基床表层采用级配碎石填筑，其材质及压实标准应符合下列要求：1•材料粒径级配及品质应符合《铁路碎石道床底磴》（TB/T2897）有关规定。1.与上部道床道磴及下部填料之间的颗粒级配应满足D15<4ds5的要求。2.压实检测标准：U>190Mpa/m,n<15%o（四）过渡段1•过渡段级配碎石颗粒中针状、片状碎石含量不大于20%;质软、易碎的碎石含量不得超过10%;泥及有机物含量不超过2%。碎石级配范围见下表。级配碎石级配范围级配编号通过筛孔重量百分率（％）50403025201352.50.40.074110095-1006M030-6520-5010-302~10210095-10060-9030-6520-5010-302~10310095-100554530-6520-5010-302~102.过渡段级配碎石压实标准：K3o>150Mpa,n<20%o五、路堤基底表层处理及砂石垫层施工工艺（一）基底表层处理水田地段，挖除地表0.3m厚种植土；旱田地段，挖除地表植物根系，用细粒土回填至原地面，顶面做成三角形，中心高0.2m,两侧与地面平，宽度不小于路堤加护道底宽,填成双向排水坡，并在路基两侧挖掘排水沟。水塘地段，围堰排水清淤后回填细粒土至原地面平。细粒土封底层碾压密实到K>0.86o（二）砂（碎石）垫层施工秦沈线软基加固地段大都采用土工材料加筋垫层和排水固结法或复合地基加固法联合处理。砂石垫层设置于深层的地基加固与填土路基之间，垫层内铺设单向土工格栅,见下图。其作用为将上部荷载应力扩散并均匀分布到地基中去，对深层处理为排水固结法而言，砂垫层作为横向排水通道可以加速软土层的排水固结。土工材料作为补强材料，利用其高强度、韧性等力学性能，用以增大土体的刚度和抗拉强度，与砂石垫层构成复合土工结构。/土工格栅/干砌片石厚0.3m小碎石反滤层厚0.15m、砂石垫层2.5~ 1.砂石材质及土工材料技术指标（1）垫层用砂、碎石技术标准采用级配良好的中、粗砾砂，含泥量不大于5%,不含有机质、垃圾等杂质。碎石由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，最大粒径不大于5cm,含泥量不大于10%。（2）土工格栅材料技术标准土工格栅技术指标表材料名称聚丙烯单向土工格栅最大抗拉力时伸长率<10%单位面积质量370±50g/m22%伸长率时抗拉力>7.OKN/m最大抗拉力>25KN/m5%伸长率时抗拉力>14KN/m2.砂石垫层及土工格栅施工工艺土工格栅是一种轻薄型、网格状的化学材料，施工中为了避免重型作业机械损坏土工格栅，必须合理运用施工机械，适当利用机械的工作强度，使砂石垫层压实效果满足要求,土工格栅又不被破坏。以下为砂石垫层及土工格栅施工中主要的工艺要求和技术措施。（1）下层砂石垫层施工A.对设置于深层地基加固上的砂垫层，在深层地基加固前应预先铺设30cm下层砂垫层，平整并碾压密实至中密以上，以便深层地基加固施工。B.深层地基加固完毕后，填充插管遗留窝洞，砂垫层表面不平整处人工填平，压路机静压，避免大功率振压，以防压坏已插设的竖向排水体；对铺设碎石垫层地基，应清除深层加固（如粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩、碎石桩）施工遗留的浮土及泥砂，后填筑30cm碎石垫层，碾压密实。（2）土工格栅铺设A.土工格栅材料实行“三检”制度，质量检测程序为：出厂检验、进货抽检、现场检测。出厂检验、进货抽检对所有技术指标进行检测，现场检测主要检查单位面积质量,逐幅称量，把好最后一道关。 A.人工使劲绷紧格栅，每幅每隔10m设一U形钉固定，并在幅与幅之间每隔2〜3m用铁丝连结。B.格栅在边坡处回折2.5m,回折处采用砂袋包边，回折段内铺砂10cm厚，人工整平拍实或平板振动器夯实。C.土工格栅搭接采用错孔交叉、套管穿筋的方法，搭好后不可有对折现象。D.碎石垫层内铺设土工格栅时要设置砂隔离层，格栅上下各5cm厚，以免压坏土工格栅。（3）上层砂石垫层施工A.砂石料运输、推压机械不可直接在格栅上行走，砂石料人工倒运摊平。B.压实采用静压。碾压顺序：先朝路基横向碾压，待达到一定密实度后方可纵向碾压。砂垫层碾压至相对密度Dr>0.67,碎石垫层碾压密实。六、路堤本体及基床底层施工工艺（一）路堤填料1.填料选择A14标沿线地势低洼，为水田地段，土源缺乏。设计指定土源点位于线路附近，从该土源点土质来看，室内试验断定为C类细粒土，可作为路堤本体填料，但从现场填筑试验可知，该土质含水量较大，粘性大，必须经过长时间翻松晾晒方可进行正常碾压，且压实效果亦不理想，从工期、压实质量等方面考虑，我们弃用该土源点，采取远运山皮土、山皮砂进行填筑，路堤本体和基床底层按同样的填料标准，全部采用A、B类土。2•填料场内质量控制对沿线方圆几十公里土源点进行考察，选定几个地势稍高的丘陵作为取土点，并对土质进行土工试验，主要确定其土性、土类及岩性硬度，丘陵地质层理随取土深度的增大土质由砂土逐渐过渡为块石类土，为保证块石类土满足填料的风化程度和粒径要求，以取土点各个取土深度的土质进行土工试验，特别对块石类土的可压碎程度进行现场碾压试验。从施工碾压情况来看，该地区取土丘陵一定深度以上的岩块施工机械在整平压实过程中可以压碎，以满足块石类土的粒径要求。（二）填筑作业区段的划分路基填筑作业区段的划分要充分考虑桥涵的分布及其过渡段、沉降观测桩、施工便道以及施工机械的流水作业等因素。尤其受桥涵过渡段的影响较大，因为过渡段级配碎石填筑要求与相连土路基一体化施工，缺口需留出较大长度。从A14标填筑作业区段的划分来看，最短的只有50m左右，最长为300肌（三）填筑阶段1•分层填筑釆用按横断面全宽纵向水平分层填筑压实方法。采用自卸汽车卸土，布土时根据车容量计算堆土间距和卸车数量，如每层填土压实厚度30cm时，松铺系数按1.25算，一车土10m‘，可摊铺26.7ml自卸汽车把土运到铺筑现场，从一端开始，左右成排，前后成 行等距离布土，以便平整时控制填土厚度均匀。为保证边坡压实质量，填筑时路基两侧各 加宽40〜50cm。1.摊铺平整填料摊铺平整使用摊土机初平，初平后测量人员对虚铺厚度进行测定，当虚铺厚度满足控制厚度要求后再用平地机进行终平，保证控制层面无显著的局部凹凸现象，并在平整面做成向两侧4%的横向排水坡。2.洒水晾晒对细粒土和粉砂、粘砂土填料，碾压前其含水量应控制在由试验区段压实工艺确定的施工允许含水量范围内。当填料含水量较低时，釆用路堤内洒水措施，加水量按现场测定的填料含水量与填料的最佳含水量的差值进行添加；当填料含水量过大，采取路堤内摊铺晾晒的方法。对砂、石类填料，因其颗粒粗呈松散状态，水分易散失，所以最佳含水量的概念对它没有多大的实际意义，施工中以能使机械正常施工、能满足压实要求为准，对填料含水量无特殊要求。3.机械碾压(1)碾压前技术人员向压路机司机进行技术交底，其内容包括碾压起讫范围、碾压方式、压实遍数、压实的速度等。(2)碾压方式及方法：采用重型振动压路机，压实顺序按先两侧后中间，先慢后快,先静压后振压的操作程序进行碾压。各区段交接处互相重叠压实，纵向搭接长度2米，沿线路纵向行与行之间压实重叠应在0.4米以上。(3)在施工中我们采用YZ18、D25重型振动压路机，对不同填料采用不同碾压方式和碾压遍数，以满足基床底层和路堤本体的压实质量标准。4.检验鉴证(1)碾压成形后进行自检，检查内容包括：A.宏观要求：表面平顺，无明显的轮迹，无松软起皮、起皱现象。B.实测、实量控制：对路基面宽度、填层厚度进行测量，检查填料是否符合要求，然后进行心、K(或n)检测。(2)自检合格后向驻地监理工程师报检，待监理抽检合格后方可进行下一层填筑施工。(3)对土质有变化的填料进行复查，并按规定的试验项目及频次执行。七、基床表层施工工艺(一)路基基床表层的基本要求和普通铁路相比，高速铁路对基床表层功能的要求更加严格，填料质量的提高，使高速铁路基床结构更具强化作用。基床表层除具有在动荷载下的力学强度和使用能力外,还应具有气候、水文环境下的耐久性。基床表层应具备的基本功能大致有以下几点：1.增强线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚度，使列车通过时的弹性变形控制在一定范围之内；2.扩散作用到基床土面上的动应力，使其不超出基床土的允许应力；3.防入基床及基床土进入道磴层； 1.防止雨水浸入基床，导致基床土软化，防止发生翻浆冒泥等基床病害。（二）配比试验1.选用天然石灰矿石破碎而成的碎石和石屑做为原料，采用四种不同粒径的矿料按《铁路碎石道床底磴》（TB/T2897）标准要求的级配组成进行配比试验。2.级配碎石级配组成比例级配碎石级配组成比例表材料规格l~3cm碎石0.5-2cm碎石0.5~lcm碎石0.05cm以下石屑质量配比（％）28232821（三）级配碎石的生产级配碎石采用工厂化拌和生产，拌和机械采用SWB300型稳定土拌合机。整个进料拌和、出料过程为连续作业，通过配电箱和电脑进行操控，为机械化操作。级配碎石成品直接卸入运输车车斗内。为减轻在运输过程中产生离析和日晒引起水份流失，自卸车运输时要慢速行驶并蒙盖彩布。（四）基床表层级配碎石施工工艺基床表层分两层填筑，下层填筑35cm,上层为25cm。下层采用推土机、平地机摊铺，上层釆用摊铺机摊铺。1.施工工艺流程：不合格工平合格基床表层级配碎石施工工艺流程图1.主要施工工序（1）检底（验收基床底层）根据设计提供的预留沉落量，基床底层填筑高度为设计填土高度加上预留沉降量。基床底层填筑完后按验收标准规定进行验收。基床表层施工前恢复路基中线，测量高程,检查几何尺寸，核对压实标准。（2）测量放样测出级配碎石摊铺宽度，为保证边坡压实以致压实机械的安全工作，基床底层填筑宽度比设计加宽40~50cm。采用平地机摊铺时，预先控制底部标高，按路基左、中、右进行标高控制；采用摊铺机摊铺时，根据左、右标高控制线，利用摊铺机上的自动找平装置 进行标高的控制。（3）卸料、摊铺采用平地机摊铺时，卸料前根据填筑厚度和车容量算出卸料间距，按指定卸料位置卸料，级配碎石经120型推土机初平测出铺筑厚度，因推土机本身对摊铺料具有一定的压实效果，此时的松铺系数按1.18算，即可算出最后的压实厚度是否满足要求，若不满足,采用人工添料补足或平地机刮除的方法，用推土机摊平后，若摊铺料含水量适中，先静压一遍后，再用平地机进行精平，按设计路基面作成4%的双向路拱。对上层25cm基床表层,由于WTU-95型摊铺机一次摊铺厚度仅为10〜320mm,按级配碎石的松铺系数1.25算，则一次摊铺压实厚度正好25cm,因此，下层35cm摊铺时标高一定要控制好，可以适当高一点，否则将无法满足基床表层分二次摊铺要求，导致摊铺工序的增加。（4）碾压A•采用自重140〜180kN、激振力260〜380kN重型压路机碾压。B.碾压遍数和方式：静压一遍-弱振压两遍-激振压四遍-静压一遍。C.对重型机械碾压不到的边缘部位采用蛙式打夯机进行夯实。（5）接头处理级配碎石分段摊铺其长度应大于500m,尽量减少接头，如遇上下层接头应沿纵向错开距离15〜20cm。在区段横向接头处预留2m不碾压，等下一摊铺段完成后同时碾压。碾压时，先横向后纵向，保持接头处与前后基面平顺、整齐。（6）压实质量检测检测手段采用地基系数心、核子密度仪检测换算孔隙率n,并采用灌砂法检测密实度来复核核子密度仪检测结果。经6荷载仪检测，计算出心值全部满足要求,最大值达248Mpa/m（设计要求弘》190Mpa/m）o经核子密度仪检测，用混合料毛体积比重换算孔隙率全部合格，最小值11.2%（设计要求孔隙率n<15%）o