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低細顆粒含量礫石類A、B組填料在哈齊客專的應用(一)
低細顆粒含量礫石類A、B組填料在哈齊客專的應用
哈齊項目部 范先知
摘要：路基施工質量是哈齊客專建設的關鍵所在，是控制工后沉降的重要控制點，如何保證高寒地區路基施工質量，高寒地區路基施工重點在于：路基基床必須具備很好的滲水性，基床本體自身不能含水過多，否則，在嚴寒氣候下，會出現凍漲現象，嚴重影響列車運行安全，這對我們的施工也是很大的挑戰，本文就如何確保低細顆粒含量礫石填料的壓實質量，以及客專中路基填筑工藝進行了總結。
關鍵詞： 低細顆粒含量 礫石類 填料 壓實
1.引言
哈爾濱至齊齊哈爾客運專線是我國在高緯度寒冷地區修建的首條客運專線，如何確保高寒地區路基施工質量是哈齊客專建設的關鍵所在，對路基工后沉降的要求尤為嚴格，高寒地區路基施工，從防凍漲角度考慮，必須減少路基基床自身含水，基床本體中的水分主要儲存于填料細顆粒中，故控制基床本體含水量的關鍵在于降低路基填料中的細顆粒（<0.075mm顆粒）組分，路基填料的板結和壓實的關鍵也在細顆粒含量上，因此，設計對路基填料上有了更高的要求，嚴格控制A、B組填料壓實前后的細顆粒含量（碾壓前<0.075mm顆粒含量小于5%，碾壓后<0.075mm顆粒含量小于7%）.根據前期設計對沿線料源地的考察，指定了一部分具有穩定料源的廠家，各施工單位根據管段情況，在考慮料源，成本，施工質量的前提下，選定合適的填料，保質保量完成施工任務。
2.工程概況
中鐵十五局集團第六工程有限公司承建哈齊客專HQTJ-4標DK191+222～DK196+898段路基工程施工，全長5.676公里，基床底層及基床以下總需要A、B填料25萬余方，我管段在黑龍江大慶市杜蒙縣境內，地處松嫩沖積平原，附近碎石類填料相當匱乏，礫石土也是通過火車運輸，運距遠，儲量相對豐富，施工成本相對碎石類填料較低，礫石類填料在細顆粒嚴格限制的前提下碾壓，在客專路基高指標的要求下，還沒有施工先例，武廣客專路基填料細顆粒（<0.075mm顆粒含量）控制在小于15%，高寒地區為防止路基凍漲，必須減少填料中的細顆粒含量，細顆粒含量少，必定影響基床本體的板結這對我們的施工是很大的挑戰，在大面積施工前，我們選擇了在DK193+820～DK193+970段做路基試驗段，為大面積正線施工提供施工參數和經驗。
3.設計和業主對A、B填料的要求（見表1）
表1 設計關于A、B填料的要求
填料種類 粒徑
要求 防凍脹要求范圍 小于0.075mm顆粒含量 滲透系數
礫石土或碎石土 ≤60mm 路基面以下最大凍深+0.25m 壓實前＜5%，
壓實后＜7% ≥5×10-5m/s
4.料場確定
依據設計單位指定的料場名錄，結合我們對附近料場的考察結果，最后確定了富裕鐵砂砂石廠作為我們的選定料場，料場位于齊齊哈爾富�？h境內，填料儲量約500萬方，為A組填料。
5、選定料場礫石土的主要技術指標：（見表2）
表2 富裕鐵砂石場A、B填料碾壓前試驗指標
粒 徑 ＜60mm ＜20mm ＜5mm ＜2mm ＜0.5mm ＜0.075mm
試驗結果（%） 100 74.4 37.0 27.1 16.1 4.6
不均勻系數Cu 曲率系數Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最優含水率ωopt(%) 液限wL (%) 塑限wp (%) 土的定名
44.3 1.72 2.34 3.9 19.0 13.8 細圓礫土、A組
所有指標均滿足設計和業主的技術要求。
6、A、B組填料試驗段方案
6.1試驗目的
如何確保低細顆粒含量填料的壓實質量，選定滿足施工要求的壓實機具、所用填料及壓實條件下合理的松鋪厚度、壓實遍數和施工最佳控制含水量等工藝參數，選定經濟、合理、準確的檢測手段，通過試驗確定檢測過程的合理性。
6.2 機械、檢測設備配置（見表3 表4）
表3 機械設備表
序號 設備名稱 規格型號 單 位 數 量 狀態
1 裝載機 ZL50 臺 4 良好
2 振動壓路機 XSM220A 臺 1 良好
3 推土機 SD16 臺 1 良好
4 平地機 PY160C 臺 14 良好
5 光輪壓路機 XG6131D 臺 1 良好
6 膠輪壓路機 YL20C 臺 1 良好
7 灑水車 東 風 臺 1 良好
8 打夯機 HCR80型 臺 2 良好
表4 測量、試驗檢測儀器設備表
序號 儀器設備名稱 規格型號 單位 數量 穩定狀態
1 徠卡全站儀 TC800 臺 1 良好
2 水準尺 2mm 把 2 良好
3 平板荷載測試儀 K30 臺 1 良好
4 灌砂筒 Ф200mm 個 1 良好
5 電子秤 15kg 臺 1 良好
6 Evd測試儀 HMP 臺 1 良好
6.3路基填筑方法
路堤填筑施工按三階段、四區段、八流程水平分層填筑。三階段：準備階段→施工階段→檢查簽證階段；四區段：填筑區→攤鋪區→碾壓區→檢驗區；八流程：施工準備→基底處理→分層填筑→攤鋪整平→碾壓夯實→曬水→檢驗簽證→路基整型。
6.3.1、試驗段的設置
結合本標段路基段落的長度情況和地形條件，同時考慮到地基處理，現場施工條件等因素，經綜合分析決定將試驗段設在DK193+820～DK193+950，全長130m。該段路基設計基本情況為：路基頂寬13.6m，處于直線段，該段路基地基處理為全斷面CFG樁，樁頂設置10cm碎石墊層+5cmC20素砼墊層，其上設置50cm厚C35鋼筋砼板，基床底層2.3cm，基床頂層設置40cm厚級配碎石，基床底層兩側各 2.5m寬反壓（保溫）護道，護道壓實要求 K≥0.90，K30≥80MPa，要求同步填筑（見圖1）。
圖1 路基橫斷面圖
6.3.2、測量工作
根據設計院提交的樁點資料進行施工復測，恢復了線路中間樁位，并加密了水準點，復核了設計路基橫斷面，放出了路基邊樁。
6.3.3、填筑試驗方案
該試驗段A、B組填料填筑按第一層松鋪30cm，第二層松鋪35 cm，第三層松鋪40cm進行填筑、整平、壓實、檢測施工。
6.3.4、工藝概述
施工工藝的關鍵在壓實設備組合上，因為低細顆粒含量填料按以往的碾壓工藝無法滿足壓實指標的要求，振動碾壓后，因為細顆粒含量太少，碾壓表面水分散失過快，填料表面松散，不板結，無法滿足檢測指標要求，我們通過不斷摸索和總結，摸索出采用22t振動壓路機，20t膠輪壓路機，13t光輪壓路機，三種壓實機械搭配碾壓的方式 ，并且在振動后必須及時灑水，灑水量控制在填料表面濕潤為好，放置一小時后上膠輪壓路機慢速碾壓，表面能出現板結現象，且檢測指標上升，能滿足客專檢測指標要求，最后上小型光輪壓路機收光，不宜上大型碾壓設備，否則表面又出現松散現象。
6.3.4.1劃網格
根據松鋪厚度（30cm、35cm、40cm）計算每車料所需用的面積，然后用石灰在填筑底層面畫格子，格子的寬度依據每車卸料的攤開寬度和推土機的寬度確定一個合適的尺寸，布料時注意每車料都能卸在格子的固定位置，一般保持在格子上方居中處，所推開的長度基本一致，這樣有利于保證填筑厚度統一，壓實系數一致和平整度良好。
為保證路基邊緣的地基系數、動態變形模量及壓實系數K，邊線應比設計邊線每邊寬度寬出50cm。
6.3.4.2攤鋪計算
本次試驗段按松鋪厚度30cm、35cm、40cm進行試驗。填料的攤鋪采用推土機和平地機，保證每一層的平整度及厚度的均勻。放樣時，在測量樁上畫出虛鋪厚度。攤平過程中不斷檢查，平整松鋪厚度，多余的填料清除路外。每一層填筑時均需形成3%-4%的人字形拱坡利于排雨水。
6.3.4.3碾壓工藝
攤鋪整平后，松鋪厚度、平整度、縱橫坡度均符合要求時，即開始碾壓。碾壓機械的組合成為該種填料能否壓實的關鍵，本段采用22t振動壓路機，20t膠輪壓路機，13t光輪壓路機，三種壓實機械搭配碾壓的方式，碾壓過程先上22t振動壓路機振動碾壓+灑水放置+20t膠輪壓路機慢速碾壓+13t小型光輪壓路機收光的方式進行，并記錄碾壓遍數及壓實速度。
碾壓時采用從兩側向中心的順序，縱向進退式碾壓，輪跡重疊不小于0.4m，相鄰兩區段重疊2m，以保證無漏壓、無死角，確保碾壓的均勻性。碾壓方法為：振動壓路機靜壓一遍，弱振碾壓兩遍，強振碾壓2遍（同步檢測結果），膠輪壓路機碾壓2遍，光輪壓路機靜壓收光。即：靜壓→弱振→強振→灑水放置1h→膠輪碾壓→光輪靜壓收光。碾壓行駛速度開始時用慢速（宜為2km/h），最大速度不超過2.4km/h。
6.3.4.4接頭與沉降觀測樁附近施工
在相鄰兩區段上下兩層填筑接頭處需錯開不小于3m的距離。在沉降觀測樁周圍1m范圍內的路基采用人工填筑后。用打夯機夯實，但每層夯實松鋪厚度在18cm之內，避免沉降觀測樁受機械碰撞。用鋼筋加工直徑為1m鋼筋籠，罩在沉降觀測樁的周圍，保護好觀測樁。
6.3.4.5試驗檢測
配置主要檢測儀器:
①用ø200mm灌砂筒檢測壓實度；
②用K30平板載荷儀檢測地基系數K30值；
③用Evd動態平板載荷儀檢測地基動態變形模量值；
采用這幾種儀器聯合檢測控制施工過程中的填筑碾壓工藝方法。
試驗過程中安排技術人員、試驗人員記錄壓路機的碾壓速度、碾壓順序、碾壓遍數工藝及各項試驗指標檢測等情況，以便整理出大面積路基填筑施工的總結報告。
6.3.4.6試驗壓實標準和成果
細礫土試驗壓實標準及試驗測試成果如表5、表6、表7
表5 試驗壓實標準一覽表
部位 K K30（MPa/m） Evd（MPa）
基床底層 ≥0.95 ≥130 ≥40
表6 試驗壓實成果
碾壓
遍數 壓實系數(%) K30（MPa/m）
Evd（MPa）
表面描述 備 注
3 90～94 81～105 26～34 表面松散 松鋪厚度為30cm，6遍壓實厚度為25.8cm,6遍檢測指標均合格，碾壓工藝（靜壓1+弱振2+強振1+灑水+膠輪碾壓2）
4 93～97 108～152 37～54 表面松散
6 95～99 135～190 43～65 表面
較板結
3 90～95 78～100 22～35 表面松散 松鋪厚度為35cm，7遍壓實厚度為30.3cm,7遍檢測指標均合格，碾壓工藝（靜壓1+弱振2+強振2+灑水+膠輪碾壓2）
5 93～96 110～148 35～44 表面松散
7 96～100 150～200 48～74 表面
較板結
3 89～91 84～110 25～34 表面松散 松鋪厚度為40cm，8遍壓實厚度為34.9cm,8遍檢測有部分指標不合格，碾壓工藝（靜壓1+弱振2+強振3+灑水擺放+膠輪碾壓2+光輪靜壓1）
6 92～96 100～150 31～42 表面松散
8 96～99 120～170 37～58 表面
較板結
松鋪系數的確定：
根據路基填筑過程中高程測量，確定松鋪系數=松鋪厚度/壓實厚度=1.15
表7 富裕鐵砂石場A、B填料碾壓后試驗指標
粒 徑 ＜60mm ＜20mm ＜5mm ＜2mm ＜0.5mm ＜0.075mm
試驗結果（%） 100 77.0 39.8 30.7 18.6 6.3
不均勻系數Cu 曲率系數Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最優含水率ωopt(%) 液限
wL (%) 塑限wp (%) 土的定名
54.23 1.26 2.34 3.9 / / 細圓礫土
碾壓后較碾壓前細顆粒（＜0.075mm）含量增長1.7%，碾壓后含量不超過7%，符合設計要求。
6.3.4.7路基沉降觀測
根據施工圖設計，為了觀測路基基底沉降情況，第一層填料經碾壓合格后，分別在DK193+830 、DK193+930處埋設沉降板，以觀測路基基底下沉變化。
觀測方法及結果如下：
①沉降板觀測采用二等水準測量，保證其觀測精度不低于1mm，該數取位至0.1mm。
②在施工期間一般每天進行一次觀測，在沉降量突變的情況下,每天觀測2次,如果兩次填筑間隔時間較長，每3天觀測一次。
7.試驗段總結
7.1 填料虛鋪厚度確定：本試驗段選擇了三種松鋪厚度：30cm、35cm、40cm，壓實厚度分別為25.8cm、30.3cm、34.9cm，在前兩種虛鋪厚度下，分別用了6遍和7遍壓實，檢測指標滿足要求，當虛鋪厚度達到40cm時，檢測指標在碾壓8的情況下，還有部分指標不能滿足要求，前兩種虛鋪厚度，壓實工效分別為25.8/6、30.3/7，可以看出松鋪厚度在35cm時，在現有設備條件下壓7遍是最經濟、合理的選擇。
7.2 壓實工藝的選擇
通過DK193+820～DK193+950段試驗段填筑，在虛鋪控制在35cm的前提下，確定了采用22t振動壓路機，20t膠輪壓路機，13t光輪壓路機配合使用的碾壓方式，碾壓工藝確定為 22t振動壓路機 靜壓1+弱振2+強振2+灑水放置（灑水以表面濕潤為準）+20t膠輪壓路機 碾壓2+13t靜壓收光1。
7.3 控制重點
7.3.1填料的控制：必須控制好填料在裝車、運輸、卸車、布料，攤鋪等過程，保證填料均勻，無大面積集窩現象。
7.3.2填料最佳含水量控制：該填料最佳含水量在3.5%～4.4%之間，含水量的大小直接影響填料的壓實效果。
7.3.3該種填料攤鋪厚度不宜超過35cm。
7.3.4灑水時間控制：通過本次試驗段發現，灑水對于這種填料相當重要，灑水時間和量的控制也很重要，因該填料骨料較少，顆粒較細，在加上表面振動，表面2~3cm水分散失很快，表面水分散失后很松散，不易板結，檢測指標也不理想，灑水時間控制在強振碾壓后，灑水量控制以表面潤濕為準，不易多，灑水后放置1h左右，然后上膠輪壓路機碾壓，再檢測，效果更好。
7.3.5 碾壓機械的選擇，經過試驗段摸索和總結，確定了22t振動壓+20t膠輪壓路機+13t小光輪壓路機的組合方式，并嚴格控制碾壓遍數和壓實方式。
7.3.6反壓保溫護道一定到同步填筑，碾壓順序為先碾壓反壓護道，后碾壓基床部分。
7.3.7下層上料過程中，不能讓運輸車輛在待填筑路基上掉頭，轉急彎，要求從一端便道提前掉頭后直接卸至指定網格，防止車輛對已檢測層表面的破壞。
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