客运专线无碴轨道路基施工需注意的几个问题

郝又猛

与普速铁路相比,客运专线对线路平顺性、稳定性提出了严格的要求。相对于桥隧工程而言,在土质路基上修建无碴轨道高速客运专线,其技术复杂程度和质量控制难度尤为突出。在高速条件下的路基工程必须从路基结构、填料选择、施工工艺、压实标准等方面严格质量标准,尤其要注意地基处理、填料质量、过渡段填筑等方面的质量控制。

1 地基处理应注意的问题

我国现行的“无碴轨道铁路设计指南”及“客运专线铁路设计暂行规定”均规定一般地段无碴轨道土质路基工后沉降量小于15 mm,并对路基差异沉降提出了控制标准,路基变形控制已成为高速客运专线路基工程设计施工的一个重要控制因素。控制路基工后沉降的关键在于控制支承路基地基的沉降,而地基的沉降控制主要在于地基条件及地基处理质量。我国现行的设计暂规、验收标准及施工指南均强调了路基施工前的地质核查工作,但在实际施工时,这项工作并未引起足够的重视。

1.1 地质核查方法及内容

常用的地质核查方法主要包括:采用静力触探、钻探等手段,进行地层岩性、分层厚度、物性指标、比贯入阻力 Ps及地基基本承载力等地质资料的核对,必要时还应进行代表性载荷试验以核对地基土的承载力,评判地基土是否与设计相符。结合笔者在武广客运专线及京沪高速铁路上路基施工经验,为便于现场操作掌握,建议不同地基土的核查方法可参照表1选用。

1.2 地基条件

对于无碴轨道路基在“施工技术指南”条文说明中对处于基床范围内的地基土换填前提条件其实是有定义的,即地基应满足Ps≥1.8 MPa或 σ0≥0.2 MPa;“无碴轨道铁路工程验收标准”中对过渡段的地基条件也提出了要求,其中路堤高度H≤3.0 m的路堤,原地面处理后的质量有明确的标准,H＞3.0 m时,过渡段基底原地面平整后,用振动碾压机碾压密实,地基系数 K30≥60 MPa/m,二次变形模量 EV2≥45 MPa。鉴于以上现状,结合武广客运专线路基施工实践,建议在设计对地基条件未作明确要求的情况下,对于低矮路堤及路堑地段在进行基地换填前地基条件可参照表2进行检验控制。

地基深层加固处理在质量控制环节容易忽视的问题主要有两方面:1)桩间土的检测标准;2)复合地基褥垫层的压实标准。现行的验收标准及施工指南对以上问题未做硬性规定。根据笔者的理解,建议对上述部位的检测验收,可以比照路基填土相应部位的压实标准进行质量控制,并且满足桩间回填土压实标准K≥0.9。

表1 不同类别地基土地质核对方法

表2 低矮路堤及路堑地基条件

2 路基填料选择应注意的问题

根据合武铁路膨胀土改良填料路基填筑施工经验及武广客运专线路基填料试验分析,建议用于客运专线的路基填料除满足常规土工试验要求的填料分组类别、压实性能以及物理力学指标外,还应分别参考以下技术要求:

1)母岩强度大于30 MPa;软化系数大于 0.75。2)阳离子交换量CEC(NH4+)＜170 mmol/kg。3)自由膨胀率 Fs＜40%。4)蒙脱石含量 M＜7%。5)液限 WL＜40%,且塑性指数 Ip≤17。6)崩解率:≤1%。7)有机质含量:≤5%。

表3 路基填料质量检测

需要特别指出的是对软岩风化崩解物填料以及花岗岩全风化物填料,虽然根据筛分,其颗粒组成类似于土质砂类土或土质角砾土B组填料,但由于其组成成分复杂,组颗粒分布不均匀,其水理性差,并且路基在压实过程中填料的组分往往会发生显著的改变,对路基的长期稳定性存在不利影响,因此软岩风化崩解物填料以及花岗岩全风化物填料一般不能直接用作路基填料。

3 过渡段施工应注意的问题

路基与桥涵、隧道以及横向结构物间在刚度与变形的差异是导致铁路轨道不平顺的直接原因。为解决路基与结构物过渡的问题,一般采用设置过渡段的措施。过渡段的结构一般为倒梯形,采用掺5%水泥的级配碎石填筑。从级配碎石最佳级配选定及压实工艺来看,现场上检测指标很容易达到设计及验收标准的要求。值得关注的是,级配碎石加入5%水泥后,其物理性质已由散粒集料状态向混凝土干硬状态过渡,与低标号混凝土有很多相似特性,且压实密度与含水量、检测时间密切相关。检测统计数据表明,水泥稳定级配碎石压实指标的检测结果往往会远远高于验收标准中规定的标准,个别甚至达到3倍～5倍,并且在规定的检测时间以后重复检测发现,随着时间的延续,级配碎石各项检测指标还呈现增长的趋势,这与设置过渡段的初衷似乎有所背离,不利于路桥刚度的平顺过渡。分析原因,主要是由于在设计暂规中对过渡段级配碎石中水泥的建议掺量为3%～5%的P.O32.5水泥,而目前的设计文件普遍要求为掺5%无水泥标号的级配碎石,现场实际均是按照新的水泥标准掺用了5%P.O42.5水泥,无论是掺量还是标号都较设计暂规有所提高。因此,对于过渡段级配碎石水泥掺量问题,笔者建议可参考德标3.6%的掺配比例,或者通过现场工艺试验确定。

4 结语

客运专线路基工程是一个较复杂的系统工程,影响路基平顺性及长期稳定性的因素主要在于各个环节施工质量的控制。路基的平顺性主要与地基处理、压实质量、过渡段质量密切相关;路基的长期稳定性还取决于填料的质量、防排水施工质量等。特别对于无碴轨道路基工程而言,路基一旦出现病害,将给后续运营维修带来极大的困难,因此高速客运专线路基工程,在建设过程之中就必须从根源上对影响路基工程质量的各个方面严格控制。

[1] 铁建设[2005]160号,客运专线铁路路基施工质量暂行验收标准[S].

[2] 经规院[2005]110号,客运专线铁路路基施工技术指南[S].

[3] 铁建设[2007]85号,客运专线无碴轨道铁路工程工程质量验收标准[S].

[4] 铁建设[2007]147号,新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定[S].

[5] 铁建设[2005]158号,客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南[S].

[6] TB 10102-2004,铁路工程土工试验规程[S].

[7] 铁建设函[2005]754号,铁路客运专线无碴轨道铁路设计指南[S].