软质岩土石混合料填筑地铁车辆段路基技术应用研究

2020-05-13甘爱明上海地铁咨询监理科技有限公司上海200032

建设监理 2020年1期

甘爱明（上海地铁咨询监理科技有限公司，上海 200032）

1 概述

近年来城市轨道交通发展迅速，城市轨道交通车辆段、停车场相对用地需求面积较大，鉴于城市区域可利用工程建设范围日趋减少，大部分车辆段、停车场选址相对偏僻，贵阳轨道交通工程车辆段、停车场大部分就选在山体附近，山体表层大多为残坡积的土石混合料。出于经济性考虑，整体施工方案基本以挖作填，做到挖填平衡。以贵阳轨道交通 2号线车辆段为例，其填筑方量约 130 万 m3，最高填筑高度为 21 m，土石方开挖出来的主要为中风化泥岩，夹有强风化泥岩及夹少量石块的黏土。用作填方的土石混合料中，粗骨料以中风化泥岩及强风化泥岩为主，细土料为黏土及泥岩剥离细颗粒。对于选用泥岩土石混合料作为路基填方的适用性尚无明确定论，且尚无明确的理论系统阐明土石混合料的力学性质。故采用土石混合料进行填筑的路基承载力及边坡稳定性及其影响因素的研究，无论是对于理论研究，还是对于工程实践，都有很大的意义。

2 土石混合料强度的影响因素

2.1 含石量

黄斌等[1]对大浏高速土石混合料有用室内大型三轴仪进行试验，得出的含石量对土石混合料强度的影响规律如下：当含石量小于 30% 时，混合料的抗剪强度基本上取决于细料；当含石量介于 30% 和 70% 之间时，混合料的抗剪强度取决于粗细料的共同作用，并随含石量的增加而显著增大；当含石量大于 70% 时，混合料的抗剪强度主要取决于粗粒，并随含石量的增大，抗剪强度略有减小。武明[2]的试验结果也证明了这一规律，只是第一个分界点不是 30% 而是 40%。结合国内其他研究人员关于此类的研究结果，在工程实际施工中，土石混合料的含石量控制在65%～70% 较为合适。

2.2 最大粒径

土石混合料的抗剪强度不仅与含石多少有关，还与混合料中的块石尺寸有关。范建彬等[3]选取卵砾石为粗骨粒，含砂低液限黏土为细粒，固定含石量为 50%，通过室内三轴试验研究了 4 种不同块石尺寸下的土石混合料的强度，结果表明：随着块石尺寸的增大，试样的峰值强度明显减小，高围下尤为显著。刘建锋等[4]也得出了相同的结论：土石混合料的咬合力随最大粒径增大而降低，当最大粒径为 40 mm～50 mm 时，其抗剪强度达到最大值，当最大粒径大于 50 mm 时，随最大粒径增大，抗剪强度迅速下降，因此建议在实际施工中应将最大粒径控制在40 mm～ 50 mm。董云[5]在现场对最大粒径为 50 mm、80 mm、120 mm、200 mm、300 mm 及大于 400 mm的混合料进行试验后发现：对于由粉质黏土及泥岩组成的混合料而言，最大粒径对黏聚力的影响不是很大，总的趋势是随最大粒径的增加，黏聚力有上升的趋势；但当最大粒径超过 400 mm 后，黏聚力反而呈下降趋势。随着最大粒径的增加，初期内摩擦角增加非常明显，当粒径超过200 mm 后，黏聚力趋于平缓。

2.3 干密度

刘建锋等的试验结果表明：混合料的干密度越大，其内摩擦角和咬合力也越大；当干密度增加到一定程度后，内摩擦角和咬合力的增加呈梯度变小。严秋实[6]的试验结果表明：当压实度为 90%～93% 时，红层软岩土石混合料的摩擦角随着压实干密度的增加而增加；但当压实度继续增加到 95% 时，摩擦角反而有所降低，其原因可能时随着密实度的进一步增加，混合料中软质岩粗颗粒破碎加剧，造成粗颗粒间的咬合摩擦减小。

2.4 含水量

严秋荣等的试验结果表明：含水量变化不仅影响细料的状态，若对于软质岩还会影响到岩石的强度以致于影响到混合料的综合强度。李维树等[7]的试验结果也证实了这一点。另外，徐文杰等[8]对虎跳峡龙蟠土石混合体的野外试验发现，土石混合体对水的作用反应非常敏感；试样入水后其黏聚力急剧下降，但其内摩擦角反而提高；这种现象随含石量的增加而减小。

3 现场实践

综合上述情况及试验段填筑检测结果分析，选取路基基床填料粒径最大粒径不超过 40 cm，含石量控制在65%～70% 之间，含水率选为自然含水率（未经浸水），最大松铺厚度为 50 cm，采用 25 t 振动压路机进行碾压，碾压速度控制在 3 km/h～4 km/h 以内，碾压遍数为 8 遍；每填筑 6 m，进行 1 次强夯施工，强夯施工采取三点夯一满夯进行施作。

按上述施工方案进行填筑后，现场随机选取 8 个点进行静载试验及水平推挤试验，以获得泥岩土石混合料回填路基相关强度参数，试验结果如下。

3.1 静载试验结果

本次对车辆段 8 个夯实地基试验点进行了静载试验，加载到最大荷载 660 kPa（1485 kN）时，夯实地基土层均未发生破坏，各级沉降均匀、稳定，各试验点具体结论如表 1 所示。

综上所述，试验点 1～8 加载到最大荷载 660 kPa时，夯实地基土层均未发生破坏，各级沉降均匀、稳定，p-s 曲线基本呈直线，直线终点无陡降，无明显拐点及比例极限点，故可取 330 kPa（最大荷载的 1/2）作为该夯实地基的承载能力特征值。根据现场试验结果，各试验点 1～8 加载到最大荷载 660 kPa 时，各试验点的沉降量最大值为 18.20 mm，最小值为 10.58 mm；其中 8 号点沉降较大。故建议取最大沉降量 18.20 mm 来计算该段夯实地基的变形模量，由此计算可得该处地基变形模量值为44.68 MPa。其余 1～7 号点最大沉降量起伏较小，故该处建议取 1～7 各试验点的最大沉降量平均值 12.10 mm 来计算该段夯实地基的变形模量。由此计算可得该处夯实地基变形模量值为 67.20 MPa。

表1 静载试验结果

3.2 现场水平推挤试验

对于土石混合料而言，水平推挤法试验是最佳的强度确定方法。根据前人研究经验，本次试验尺寸选定为108 cm×66 cm×30 cm，一边预留出 5 cm 采用原土回填修平。剪切施加速率采用1 min施加 1 次的时间控制法，侧限措施采用厚钢板作为隔离，外侧采用原土回填夯实，使侧向受力尽可能与实际情况吻合。本次试验共选取了 2 处进行了代表性试验，试验结果如下。