泥岩、红砂岩改良填料在高速铁路路基本体填筑中的工艺参数试验总结

中铁二十四局福建公司 李桂泉



泥岩、红砂岩改良填料在高速铁路路基本体填筑中的工艺参数试验总结

中铁二十四局福建公司 李桂泉

该文针对泥岩、红砂岩改良填料在高速铁路路基施工中，通过试验段的实际操作和对试验数据的分析，对不同松铺厚度、不同粒径、不同碾压遍数、不同碾压机具、压实方式组合（静压、弱振、强振等）的施工质量效果、效率的对比，提出在当前施工设备条件下的合理、可行的施工工艺和检测标准，并推行实施，具有广泛的社会效益和经济效益。

泥岩 红砂岩 改良填料 工艺 填筑试验

向莆铁路江西境内DK52+830～DK80+520、DK121+ 320～DK187+565段沿线主要为红砂岩、泥岩等，其有易风化，易崩解，遇水易软化，且风化速度快，风化后成黏土，其填料分类主要为D类、部分为C类，故需改良处理或采取严格的施工工艺方能达到填筑路堤的要求。

1 填筑试验施工方法和方案

填筑试验采用路基断面全宽纵向分层填筑，推土机、挖掘机平整填料，压实采用重型振动压路机进行碾压，试验过程中从强振第3遍开始，每碾压一遍对布置的检测点进行检测、测量或取样，通过试验段的实际操作和对试验数据的分析，对不同松铺厚度、不同粒径、不同碾压遍数、不同碾压机具、压实方式组合（静压、弱振、强振等）的施工质量效果、效率的对比，提出在当前施工设备条件下的合理、可行的施工工艺和检测标准，为以后大面积路基施工提供依据。

1.1 填料选择

填料来源：弱风化砂质泥岩局部夹砂岩、含砾砂岩岩块，曲线不均匀系数Cu>5，曲率系数Cc＝1～3，<2mm含量不小于5％。为保证填料的级配良好和均匀，填料装运时尽量挑选颗粒粒径级配较好的填料。

1.2 试验段确定及测量放样

试验段长度不少于60ｍ，每填筑层填料粒径不大于15cm和不大于10cm分区填筑，每个分区长度为30m。分层填筑实验设计见图1。

图1 不同碾压设备、松铺厚度、粗径的填筑层分布示意图

用全站仪放出线路的中桩和边桩（两侧一般均加宽不少于50cm），在中桩和边桩处插打上竹片桩，再沿边桩线用石灰洒出边坡线；用水准仪测出左边桩、左6m桩、中桩、右6m桩、右边桩位置处的下承层的标高，再根据松铺厚度及设计标高在竹片桩上绑上红布条作为标示，以便推土机、平地机控制填土厚度。每层施工前均按照以上顺序分别定出中、边桩并测量标高。

1.3 施工顺序

施工顺序：下承层顶面处理→填料准备→装、运、卸填料→推土机摊铺、整平→静压、弱振、强振→检测→终压收平。

1.4 填土、摊铺、整平

填土区段按照网格布料，根据运料车的容积和松铺厚度确定卸土点间距，卸土时设专人指挥，力求卸土准确。

填土区段按照网格化布料后用推土机将填料摊铺平整至竹片桩的标记位置，推土机摊铺平整的同时应对路肩基进行初步压实，以免压路机压到路肩时边坡溜土。平整后测量人员迅速恢复每段面左右各6m桩、中桩及左右边桩位置，测出各点标高，并计算各点的松铺厚度。用推土机摊铺后实测土的含水量，如果含水量适中，即用压路机碾压进行压实，得到最佳碾压效果。初压之后的局部凹坑采用人工或挖掘机整平。

为保证填料的级配良好和均匀，摊铺时发现填料颗粒粒径级配不良，粗颗粒或细颗粒分布不均匀时，先用推土机混合，经目测填料颗粒粒径级配较为良好后，再平整、碾压。

当岩块强度较高、含水量较低时，为提高碾压效率，可以适当洒水，加速岩块在外力作用下的软化、风化和崩解。

液压振动压路机碾压试验地段填筑顺序按照松铺厚度0.3ｍ→0.35ｍ→0.25ｍ的顺序进行，松铺厚度根据现场填筑试验的实际情况适时进行调整。

1.5 碾压

进行碾压前对填筑层的分层厚度和大致平整程度进行检查，确认松铺厚度和平整程度符合要求后再进行碾压。压路机按S形走行，相邻两行碾压轮迹至少重叠30cm，保证不漏压。

碾压时由路基两侧开始向中心纵向碾压。第一层先用振动压路机静压1遍，弱振2遍，再强振3遍，进行K30、EVD、压实系数、孔隙率等项目检测，比较检测结果再进行第四遍强振碾压，再检测K30、EVD、压实系数、孔隙率等项目，比较检测结果再进行第五遍强振碾压检测K30、EVD、压实系数、孔隙率等，按此步骤循环操作至第7遍，比较检测结果，检测完成后静压1遍消除轮迹。压路机的的碾压行驶速度为2～3km/h，最大碾压行驶速度不超过4km/h。各区段交接处，应互相重叠压实，纵向搭接长度不少于2m，沿线路纵向行与行之间压实重叠不应小于40cm，上下两层填筑接头应错开不小于3.0m。

按照第一层检测结果及第一层的操作步骤，进行第一、第二层的实验，对检测结果进行比较。

压实指标达到设计要求后，恢复每段面左右各6m桩、中桩及左右边桩位置，测出各控制点标高，并计算各点的压实厚度，通过松铺厚度和压实厚度计算松铺系数。

2 检测方法、标准

2.1 检测方法

每个填筑层分区布置不少于3个检测断面，每个检测断面在线路中心和两侧各布置一个检测点。

强振从第3遍开始，每碾压一遍对布置的检测点进行K30、Evd、密实度（可采用灌砂、水法和核子密度湿度仪测定）、孔隙率、松铺厚度、松铺系数测定和取样进行筛分（确定碾压遍数条件下的颗粒级配、粒径等）。检测位置选取见图2。

图2 振动碾压地段碾压工艺检测平面布置示意图

2.2 检测标准

基床底层采用粗粒土填料填筑时，填料的最大粒径不得大于10cm。基床底层填料压实标准应符合表1的规定，采用地基系数K30、动态变形模量Evd、压实系数K（或孔隙率n）三项指标控制。检测标准见表1。

表1 基床底层压实标准

注：压实系数K为重型击实标准。

路堤本体采用粗粒土填料填筑时，路堤本体填料的最大粒径不得大于15cm。路堤本体填料压实标准应符合表2的规定，采用地基系数K30、压实系数K（或孔隙率n）二项指标控制。检测标准见表2。

表2 路堤填料及压实标准

注: K为重型击实标准。

为确保填料的碾压密实和均匀，要求达到路堤本体和基床底层压实标准的填料中＜5mm粒径的含量不小于20%，不均匀系数Cu＝16～50，曲率系数Cc＝1～3。

压实标准的最大干密度对于碎石路堤，采用重型击实试验，按＞5mm的碎石含量与最大干密度曲线来确定。对于块石路堤，按《公路土工试验规程》（JTJ051-93）T0133表面振动压实仪法或振动台法确定块石填料的最大干密度。

3 填筑过程试验检测

第一层填料来源为DK149+786.00～DK150+215.00工点的弱风化砂质泥岩局部夹砂岩、含砾砂岩岩块，填料粒径分为≤15cm和≤10cm两种，个别较大的砾石，运至现场敲击破碎或挑选剔除至路基外缘运走。

第二层填料来源为南城车站挖方地段的弱风化砂质泥岩局部夹砂岩、含砾砂岩岩块，填料粒径分为≤15cm和≤10cm两种，个别较大的砾石，运至现场敲击破碎或挑选剔除至路基外缘运走。

第三层填料来源为南城车站挖方地段的弱风化砂质泥岩局部夹砂岩、含砾砂岩岩块，填料粒径分为≤15cm和≤10cm两种，个别较大的砾石，运至现场敲击破碎或挑选剔除至路基外缘运走。

根据填料进行以下实验。

3.1 筛分实验

根据《不同填料粒径不同碾压遍数条件下的筛分结果对比表》分析，第一层填料在静压1遍，弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值。

在碾压7遍之后，第一层填料粒径≤15cm（DK147+240～DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在21.55%～30.35%之间，不均匀系数Cu在19.56～36.45之间，曲率系数Cc在1.6～2.4；下部15cm小于5mm颗粒含量在16.05%～19.58%之间，不均匀系数Cu在14.25～15.95之间，曲率系数Cc在0.62～0.89；均能满足要求。

在碾压7遍之后，第一层填料粒径≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在20.64%～29.68%之间，不均匀系数Cu在17.83～19.86之间，曲率系数Cc在1.53～2.05；下部15cm小于5mm颗粒含量在14.68%～18.36%之间，不均匀系数Cu在13.98～15.95之间，曲率系数Cc在0.64～0.95，均能满足要求。

第二层填料在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值。

在碾压7遍之后，第二层填料粒径≤15cm（DK147+240～ DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在19.21%～21.67%之间，不均匀系数Cu在19.21～49.7之间，曲率系数Cc在1.53～2.7；下部15cm小于5mm颗粒含量在17.23%～19.34%之间，不均匀系数Cu在14.05～54.1之间，曲率系数Cc在3.07～13.4；均能满足要求。

在碾压7遍之后，第二层填料粒径≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在26.5%～62.61%之间，不均匀系数Cu在32.6～40.1之间，曲率系数Cc在1.8～2.7；下部15cm小于5mm颗粒含量在15.7%～54.25%之间，不均匀系数Cu在50.4～52.8之间，曲率系数Cc在0.89～23.6，均能满足要求。

第三层填料在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值。

在碾压7遍之后，第三层填料粒径≤15cm（DK147+240 ～DK147+270段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在21.87%～30.72%之间，不均匀系数Cu在18.74～35.49之间，曲率系数Cc在1.73～2.31；下部15cm小于5mm颗粒含量在17.23%～19.34%之间，不均匀系数Cu在15.97～12.84之间，曲率系数Cc在0.71～1.01；均能满足要求。

在碾压7遍之后，第三层填料粒径≤10cm（DK147+270～ DK147+300段）的填料上部15cm小于5mm颗粒含量在16.24%～23.41%之间，不均匀系数Cu在18.44～26.34之间，曲率系数Cc在1.85～2.01；下部15cm小于5mm颗粒含量在18.92%～19.89%之间，不均匀系数Cu在14.92～20.49之间，曲率系数Cc在0.94～1.32；均能满足要求。

3.2 密实度

根据《不同检测方法条件下的密实度对比表》分析：

第一层密实度检测采用核子密度、湿度仪和压实度K值双控，在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后填料粒径≤15cm的核子密度、湿度仪检测值在96.9～99.8，K值在93.4～98.6，填料粒径≤10cm的核子密度、湿度仪检测值在96.4～98.7，K值在93.6～99.7，均能满足要求。

第二层密实度检测采用核子密度、湿度仪和压实度K值双控，在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后填料粒径≤15cm的核子密度、湿度仪检测值在95.3～99.6，K值在93.5～98，填料粒径≤10cm的核子密度、湿度仪检测值在96.4～98.7，K值在94.1～98.7，均能满足要求。

第三层密实度检测采用核子密度、湿度仪和压实度K值、灌水法三控，在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后填料粒径≤15cm的核子密度、湿度仪检测值在95.96～98.43，K值在95.3～96.7，灌水法在20.9～31.3，填料粒径≤10cm的核子密度、湿度仪检测值在95.53～99.06，K值在95.8～96.3，灌水法在28.4～31.3，均能满足要求。

3.3 密实度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd

根据《不同填料粒径、松铺厚度、碾压遍数检测结果一览表》分析。

第一层密实度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后填料粒径≤15cm的密实度（灌砂法）值在96.9～99.8，K30在184～196，孔隙率ｎ在23.5～27.6，Evd值在40.8～70.8，均能满足要求。填料粒径≤10cm的密实度（灌砂法）值在95.9～99.2，K30在178～210，孔隙率ｎ在23.9～26.1，Evd值在41.7～66.2，均能满足要求。

第二层密实度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后填料粒径≤15cm的密实度（灌砂法）值在95.2～99.6，K30在157～205，孔隙率ｎ在24.1～27.3，Evd值在45.6～52.3，均能满足要求。填料粒径≤10cm的密实度（灌砂法）值在95.3～99.6，K30在163～208，孔隙率ｎ在23.5～27.4，Evd值在40.2～48.2，均能满足要求。

第三层密实度（灌砂法）、K30、孔隙率ｎ、Evd在静压1遍、弱振2遍、强振7遍之前，实验数据均有部分偏离标准值，在强振碾压7遍之后，填料粒径≤15cm的密实度（灌砂法）值在96.81～99.06，K30在167～178，孔隙率ｎ在24.1～30.2，Evd值在41.8～60.3，均能满足要求。填料粒径≤10cm的密实度（灌砂法）值在95.53～99.27，K30在158～170，孔隙率ｎ在29.6～31.3，Evd值在41.8～61.8，均能满足要求。

3.4 松铺系数

根据《不同碾压遍数条件下的松铺系数表》分析。

第一层在静压1遍、弱振2遍、强振3遍后，填料粒径≤15cm的平均松铺系数为1.15，强振4遍平均松铺系数为1.19，强振5遍平均松铺系数为1.2，强振6遍平均松铺系数为1.17，强振7遍平均松铺系数为1.19；填料粒径≤10cm的强振3遍后平均松铺系数为1.11，强振4遍平均松铺系数为1.14，强振5遍平均松铺系数为1.14，强振6遍平均松铺系数为1.15，强振7遍平均松铺系数为1.15。

第二层在静压1遍、弱振2遍、强振3遍后，填料粒径≤15cm的平均松铺系数为1.05，强振7遍平均松铺系数为1.07；填料粒径≤10cm的强振3遍后平均松铺系数为1.03，强振7遍平均松铺系数为1.03。

第三层在静压1遍、弱振2遍、强振6遍后，填料粒径≤15cm的平均松铺系数为1.13，强振7遍平均松铺系数为1.14；填料粒径≤10cm的强振6遍后平均松铺系数为1.15，强振7遍平均松铺系数为1.16。

4 结束语

通过多次针对性的工艺试验，本段选择曲线不均匀系数Cu>5，曲率系数Cc＝1～3，<2mm含量不小于5％的级配良好、均匀的泥岩、红砂岩改良填料，依据现场天气情况适当洒水以改良填料性质，碾压工艺选择静压1遍、弱振2遍、强振7遍，基本满足填筑工艺要求。

由于本段路基可用合格填料很少，缺少大量的填料，如果不用泥岩、红砂岩等风化软岩作填料，就必须远运取土并另选取土、弃土场，这将大大地增加工程用地，并造成环境污染和水土流失，增加工程投资。采用改良的泥岩、红砂岩等风化软岩作填料，确定其工艺参数，对向莆铁路具有指导施工和降低施工费用等意义，而且还有广泛的社会效益，既节约了投资，又解决了取弃土占地和对环境的影响等问题。

[1] 杜永昌.高速与客运专线铁路施工工艺手册[M].北京:科学技术文献出版社, 2006.

[2] 吕有盛.浙中地区以红砂岩作为路基填料的探讨[J].山西建筑，2007,11（22）：57-59.