戈壁地区卵砾土路基填筑的试验与研究

薛马峰

(兰新铁路甘青有限公司，甘肃兰州 730000)

0 引言

新建铁路兰新第二双线位于甘肃省、青海省、新疆维吾尔自治区三省区，途经地区多为戈壁地貌，气候特殊、环境恶劣。该线路采用无砟轨道设计，是迄今为止国内高等级铁路路基比例最高的铁路。其中甘青段线路总长1 065.8 km，路基长度602.7 km(含站场)，占正线总长度的56.5%。全线土石方数量巨大，如何利用现场填料，在恶劣环境下保证路基填筑质量，成为新建铁路兰新第二双线路基施工成败的关键。为了充分深入地研究戈壁地区填料特性及填筑工艺要点，甘青公司组织相关单位开展了卵砾石土填筑施工系统试验，获取了相关数据，达到了试验预期目标。

1 试验段基本情况

试验段位于DK719+500～DK719+700，全长200 m，基底宽度16 m，填土高度2.3 m，共填筑6层，路基边坡坡率1∶1.5，路基面横向坡度2%，碾压采用20 t压路机，施工期间最高气温35℃，最低气温12℃，昼夜温差大，干旱，多风，少雨。

2 试验段的目的

1)通过填料的室内试验和现场填筑试验，经过分析研究提出能满足本工程路基填料的基本要求。

2)通过进行填筑工艺性试验，总结出此类填料施工工序及工艺要求。

3)针对戈壁地区的水文及气候特点，通过不同加水及拌和工艺的比较，确定路基填料增湿用水最佳方案。

3 填料及工艺参数的确定

试验段共填筑六层，分别试验了不同填料种类、粒径、含水率及碾压遍数、松铺厚度的试验情况。

3.1 不同填料种类的试验情况

3.1.1 填料的分类情况

(A):未过筛的天然B组填料(人工拣除大于15 cm粒径砾石)，平均每立方米填料利用率为90%。

(B):过筛后粒径不大于10 cm的B组填料，平均每立方米填料筛分后利用率为77%。

(C):过筛后粒径不大于8 cm的B组填料，平均每立方米填料筛分后利用率为65%。

(D):过筛后粒径不大于6 cm的B组填料，平均每立方米填料筛分后利用率为55%。

(E):4 cm～6 cm碎石∶1 cm～4 cm碎石∶粒径不大于0.5 cm的石粉∶过筛后粒径不大于6 cm的填料经过1∶2∶1∶3拌和之后的混合料。

(F):用过筛后粒径不大于10 cm的B组填料掺加3%水泥后的水泥改良填料。

3.1.2 不同填料填筑检测情况比对

对上述六种填料进行填筑试验，填料控制含水率为3.1%左右，虚铺厚度40 cm，推土机粗平，平地机精平后进行三强两弱振动碾压，分别进行K30，Evd，压实系数K，含水率指标检测，在虚铺厚度、振压遍数相同的条件下，检测结果如下:

Evd检测结果:水泥改良土Evd值最大，粒径不大于8 cm、粒径不大于6 cm填料Evd值均大于40 MPa，符合验收暂行标准要求，其余三种填料Evd值有40%以上的点满足不了验收暂行标准规定值，检测数据统计情况详见表1。

表1 Evd检测结果统计表 MPa

K30检测结果:K30值均大于150 MPa/m，符合验收暂行标准，其中水泥改良土K30值高于其余五种填料，检测数据统计情况详见表2。

表2 K30检测结果统计表 MPa/m

压实系数K检测结果:粒径不大于8 cm、粒径不大于6 cm两种填料压实系数大于其余四种填料，其中粒径不大于6 cm填料压实系数值最大，检测数据统计情况详见表3。

表3 压实系数K检测结果统计表

试验结论:六种填料的K30、压实系数K均满足验收暂行标准要求，其中天然填料粒径不大于15 cm、粒径不大于10 cm的两种填料Evd值有40%以上不合格，且碾压完成后有明显离析、集窝现象;水泥改良土检测结果符合要求，但施工工序多，且投资增大;碎石改良土Evd值有40%以上不合格，并且碎石改良土由于当地石料资源紧缺不能满足大面积施工，现场可操作性差，且投资增大;粒径不大于8 cm、粒径不大于6 cm填料，各项指标均衡，粒径不大于8 cm填料尽管主要指标均满足试验要求，但现场发现有轻微度离析、集窝现象，因此建议采用粒径不大于6 cm的填料。

3.2 填料的增湿方法及施工用水量的试验情况

试验段按取土场洒水闷料、现场洒水渗透、取土场挖坑灌水渗透三种不同的方法进行试验对比。取土场闷料是在取土场采用挖掘机挖土并过筛，过筛后用挖掘机边拌和边洒水，拌和后闷料一昼夜。现场洒水渗透是在试验段填料摊铺完成后，用洒水车进行洒水渗透，试验时渗透一昼夜。取土场挖坑灌水渗透是在取土场用挖掘机挖约3 m～5 m长、2 m宽、0.5 m～1 m深的渗水坑，将水放入坑内，待水完全渗透后用挖掘机取土填筑(一般渗透1 d～2 d)。

试验期间日最高气温35℃，日最低气温12℃，日平均气温26℃，风速为3 m/s～10 m/s，运距0.3 km，取土场天然填料含水量1.6%。通过含水量试验数据分析，水分损耗、施工拌水方法的优缺点详见表4。

表4 不同闷料方法的水分损耗及适用性分析

试验结论:通过对以上三种施工拌水方法优缺点和水分损耗对比分析，为确保工程质量和施工进度，建议施工中用取土场挖坑灌水渗透方法进行填料增湿施工。

3.3 现场最优含水率的验证

在碾压方式相同的条件下采用粒径不大于6 cm的填料按虚铺厚度 40 cm，含水率分别为 2.3%，2.5%，2.7%，3.3%进行对比试验。试验数据结果详见表5。

表5 最优含水率试验数据统计

试验结果:从表5检测结果可以看出，填料粒径不大于6 cm，最佳含水率为3.1%，最大干密度2.36 g/cm3，压实系数 K值最大，压实度最好，各项指标符合验收暂行标准要求。根据砂砾土的特点，室内试验同现场试验最优含水率误差为±0.5%。由室内试验可看出施工含水率控制在2.6%～3.6%之间，由现场施工可看出含水率控制在2.3%～3.3%之间碾压效果均较好，综合室内试验与现场试验结果，最优含水率为3%。

3.4 碾压遍数的验证

为验证碾压遍数与压实指标，第五层填料采用粒径不大于6 cm、含水率控制在2.3%～3.3%、虚铺厚度40 cm，采用一静压二强振一静压(A)、一静压三强振一静压(B)、一静压三强振二弱振二静压(C)三种碾压工艺进行试验，检测结果统计情况详见表6。

表6 三种不同碾压工艺检测结果统计表

试验结论:(A)组合碾压工艺K30结果不合格;三种工艺压实系数值均满足验收暂行标准要求，但(C)组合碾压工艺的Evd、压实系数K值均优于其他两组碾压组合，压实效果好。因此推荐(C)组合为最佳碾压方式。

3.5 松铺系数的确定

现场根据不同的虚铺厚度，按照试验确定的最优含水率，填料含水量控制在3%左右，采用一静压三强振二弱振二静压的碾压方式，按标准要求进行施工，测定的平均松铺系数为1.088，详见表7。

表7 松铺系数试验结果统计表

3.6 虚铺厚度的确定

试验段第六层分为相等的四个区域，虚铺厚度分别为30 cm，35 cm，40 cm，45 cm，进行虚铺厚度验证试验，所用填料均为粒径不大于6 cm的填料，含水率控制在2.3%～3.3%，采用一静压三强振二弱振二静压碾压工艺。在4种虚铺厚度测得Evd，K30，压实系数K值均满足验收暂行标准的要求。根据现行高速铁路路基工程施工技术指南要求，采用碎石类土进行基床以下路堤填筑时，分层的最大压实厚度不应大于40 cm，基床底层最大压实厚度不应大于35 cm，结合填料松铺系数，建议基床以下路堤最佳虚铺厚度为40 cm，基床底层最佳虚铺厚度为35 cm。

4 综合试验结论

通过试验段的现场施工和获取的检测数据、工艺控制参数等，结合室内试验情况，综合考虑试验段实施过程中的相关外界因素，为确保大面积施工过程中的主体工程施工质量，综合试验结论为:

1)填料:6种填料中粒径不大于6 cm的填料各项指标均衡，其他5种填料均有个别指标不符合要求，建议采用粒径不大于6 cm的填料。

2)填料拌水方法及水分损耗:通过对三种填料拌水方法对比，推荐采用现场挖坑灌水渗透方法施工为最佳方案，此方法含水量损耗为4.4%。

3)含水率:通过不同含水率试验分析，现场填筑施工最优含水率为3%，推荐现场施工含水率控制在2.5%～3.5%范围之内。

4)路基填筑碾压工艺:根据不同碾压工艺组合，一静压三强振二弱振二静压的碾压工艺，各项指标均满足验收暂行标准要求，建议采用此种碾压工艺组合施工。

5)虚铺厚度:根据现行高速铁路路基工程施工技术指南要求，结合在虚铺厚度35 cm，40 cm时一静压三强振二弱振二静压碾压后各项指标均满足验收暂行标准的相关要求，建议基床以下路堤最佳虚铺厚度值为40 cm，基床底层最佳虚铺厚度值为35 cm。

5 建议

1)缺水是西部戈壁地区的最大特点，粗、细圆砾土保水性差，水分蒸发快，损耗大，建议填料运输过程中用篷布覆盖，以减少水分的损耗。

2)根据粗、细圆砾土填料的工程特性，建议在主体工程施工中用20 t(含)以上的压路机。

3)戈壁地区大风天气较多，填料过筛时易造成扬尘，遇8级及以上大风时能见度低，易发生安全事故，而且对作业人员职业健康有一定的影响，因此建议8级及以上大风天气时应停止施工，遇6级及以上大风天气应停止测量及试验检测。

4)戈壁地区生态极为脆弱，地表上现有圆砾石和植被起到了固沙的作用，遇大风天气不易扬尘，此保护层一旦被破坏很难恢复。因此建议大面积施工时采取相应的环境保护措施，如施工便道用卵砾石铺设、及时洒水;清表土和生活、建筑垃圾集中处理;取土场使用完毕后及时用卵砾石覆盖等。

［1］ 铁建设［2010］241号，高速铁路路基工程施工技术指南［Z］.

［2］ 胡一峰，李怒放.高速铁路无砟轨道路基设计原理［M］.北京:中国铁道出版社，2011.