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低细颗粒含量砾石类A、B组填料在哈齐客专的应用(一)
低细颗粒含量砾石类A、B组填料在哈齐客专的应用
哈齐项目部 范先知
摘要：路基施工质量是哈齐客专建设的关键所在，是控制工后沉降的重要控制点，如何保证高寒地区路基施工质量，高寒地区路基施工重点在于：路基基床必须具备很好的渗水性，基床本体自身不能含水过多，否则，在严寒气候下，会出现冻涨现象，严重影响列车运行安全，这对我们的施工也是很大的挑战，本文就如何确保低细颗粒含量砾石填料的压实质量，以及客专中路基填筑工艺进行了总结。
关键词： 低细颗粒含量 砾石类 填料 压实
1.引言
哈尔滨至齐齐哈尔客运专线是我国在高纬度寒冷地区修建的首条客运专线，如何确保高寒地区路基施工质量是哈齐客专建设的关键所在，对路基工后沉降的要求尤为严格，高寒地区路基施工，从防冻涨角度考虑，必须减少路基基床自身含水，基床本体中的水分主要储存于填料细颗粒中，故控制基床本体含水量的关键在于降低路基填料中的细颗粒（<0.075mm颗粒）组分，路基填料的板结和压实的关键也在细颗粒含量上，因此，设计对路基填料上有了更高的要求，严格控制A、B组填料压实前后的细颗粒含量（碾压前<0.075mm颗粒含量小于5%，碾压后<0.075mm颗粒含量小于7%）.根据前期设计对沿线料源地的考察，指定了一部分具有稳定料源的厂家，各施工单位根据管段情况，在考虑料源，成本，施工质量的前提下，选定合适的填料，保质保量完成施工任务。
2.工程概况
中铁十五局集团第六工程有限公司承建哈齐客专HQTJ-4标DK191+222～DK196+898段路基工程施工，全长5.676公里，基床底层及基床以下总需要A、B填料25万余方，我管段在黑龙江大庆市杜蒙县境内，地处松嫩冲积平原，附近碎石类填料相当匮乏，砾石土也是通过火车运输，运距远，储量相对丰富，施工成本相对碎石类填料较低，砾石类填料在细颗粒严格限制的前提下碾压，在客专路基高指标的要求下，还没有施工先例，武广客专路基填料细颗粒（<0.075mm颗粒含量）控制在小于15%，高寒地区为防止路基冻涨，必须减少填料中的细颗粒含量，细颗粒含量少，必定影响基床本体的板结这对我们的施工是很大的挑战，在大面积施工前，我们选择了在DK193+820～DK193+970段做路基试验段，为大面积正线施工提供施工参数和经验。
3.设计和业主对A、B填料的要求（见表1）
表1 设计关于A、B填料的要求
填料种类 粒径
要求 防冻胀要求范围 小于0.075mm颗粒含量 渗透系数
砾石土或碎石土 ≤60mm 路基面以下最大冻深+0.25m 压实前＜5%，
压实后＜7% ≥5×10-5m/s
4.料场确定
依据设计单位指定的料场名录，结合我们对附近料场的考察结果，最后确定了富裕铁砂砂石厂作为我们的选定料场，料场位于齐齐哈尔富裕县境内，填料储量约500万方，为A组填料。
5、选定料场砾石土的主要技术指标：（见表2）
表2 富裕铁砂石场A、B填料碾压前试验指标
粒 径 ＜60mm ＜20mm ＜5mm ＜2mm ＜0.5mm ＜0.075mm
试验结果（%） 100 74.4 37.0 27.1 16.1 4.6
不均匀系数Cu 曲率系数Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最优含水率ωopt(%) 液限wL (%) 塑限wp (%) 土的定名
44.3 1.72 2.34 3.9 19.0 13.8 细圆砾土、A组
所有指标均满足设计和业主的技术要求。
6、A、B组填料试验段方案
6.1试验目的
如何确保低细颗粒含量填料的压实质量，选定满足施工要求的压实机具、所用填料及压实条件下合理的松铺厚度、压实遍数和施工最佳控制含水量等工艺参数，选定经济、合理、准确的检测手段，通过试验确定检测过程的合理性。
6.2 机械、检测设备配置（见表3 表4）
表3 机械设备表
序号 设备名称 规格型号 单 位 数 量 状态
1 装载机 ZL50 台 4 良好
2 振动压路机 XSM220A 台 1 良好
3 推土机 SD16 台 1 良好
4 平地机 PY160C 台 14 良好
5 光轮压路机 XG6131D 台 1 良好
6 胶轮压路机 YL20C 台 1 良好
7 洒水车 东 风 台 1 良好
8 打夯机 HCR80型 台 2 良好
表4 测量、试验检测仪器设备表
序号 仪器设备名称 规格型号 单位 数量 稳定状态
1 徕卡全站仪 TC800 台 1 良好
2 水准尺 2mm 把 2 良好
3 平板荷载测试仪 K30 台 1 良好
4 灌砂筒 Ф200mm 个 1 良好
5 电子秤 15kg 台 1 良好
6 Evd测试仪 HMP 台 1 良好
6.3路基填筑方法
路堤填筑施工按三阶段、四区段、八流程水平分层填筑。三阶段：准备阶段→施工阶段→检查签证阶段；四区段：填筑区→摊铺区→碾压区→检验区；八流程：施工准备→基底处理→分层填筑→摊铺整平→碾压夯实→晒水→检验签证→路基整型。
6.3.1、试验段的设置
结合本标段路基段落的长度情况和地形条件，同时考虑到地基处理，现场施工条件等因素，经综合分析决定将试验段设在DK193+820～DK193+950，全长130m。该段路基设计基本情况为：路基顶宽13.6m，处于直线段，该段路基地基处理为全断面CFG桩，桩顶设置10cm碎石垫层+5cmC20素砼垫层，其上设置50cm厚C35钢筋砼板，基床底层2.3cm，基床顶层设置40cm厚级配碎石，基床底层两侧各 2.5m宽反压（保温）护道，护道压实要求 K≥0.90，K30≥80MPa，要求同步填筑（见图1）。
图1 路基横断面图
6.3.2、测量工作
根据设计院提交的桩点资料进行施工复测，恢复了线路中间桩位，并加密了水准点，复核了设计路基横断面，放出了路基边桩。
6.3.3、填筑试验方案
该试验段A、B组填料填筑按第一层松铺30cm，第二层松铺35 cm，第三层松铺40cm进行填筑、整平、压实、检测施工。
6.3.4、工艺概述
施工工艺的关键在压实设备组合上，因为低细颗粒含量填料按以往的碾压工艺无法满足压实指标的要求，振动碾压后，因为细颗粒含量太少，碾压表面水分散失过快，填料表面松散，不板结，无法满足检测指标要求，我们通过不断摸索和总结，摸索出采用22t振动压路机，20t胶轮压路机，13t光轮压路机，三种压实机械搭配碾压的方式 ，并且在振动后必须及时洒水，洒水量控制在填料表面湿润为好，放置一小时后上胶轮压路机慢速碾压，表面能出现板结现象，且检测指标上升，能满足客专检测指标要求，最后上小型光轮压路机收光，不宜上大型碾压设备，否则表面又出现松散现象。
6.3.4.1划网格
根据松铺厚度（30cm、35cm、40cm）计算每车料所需用的面积，然后用石灰在填筑底层面画格子，格子的宽度依据每车卸料的摊开宽度和推土机的宽度确定一个合适的尺寸，布料时注意每车料都能卸在格子的固定位置，一般保持在格子上方居中处，所推开的长度基本一致，这样有利于保证填筑厚度统一，压实系数一致和平整度良好。
为保证路基边缘的地基系数、动态变形模量及压实系数K，边线应比设计边线每边宽度宽出50cm。
6.3.4.2摊铺计算
本次试验段按松铺厚度30cm、35cm、40cm进行试验。填料的摊铺采用推土机和平地机，保证每一层的平整度及厚度的均匀。放样时，在测量桩上画出虚铺厚度。摊平过程中不断检查，平整松铺厚度，多余的填料清除路外。每一层填筑时均需形成3%-4%的人字形拱坡利于排雨水。
6.3.4.3碾压工艺
摊铺整平后，松铺厚度、平整度、纵横坡度均符合要求时，即开始碾压。碾压机械的组合成为该种填料能否压实的关键，本段采用22t振动压路机，20t胶轮压路机，13t光轮压路机，三种压实机械搭配碾压的方式，碾压过程先上22t振动压路机振动碾压+洒水放置+20t胶轮压路机慢速碾压+13t小型光轮压路机收光的方式进行，并记录碾压遍数及压实速度。
碾压时采用从两侧向中心的顺序，纵向进退式碾压，轮迹重叠不小于0.4m，相邻两区段重叠2m，以保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。碾压方法为：振动压路机静压一遍，弱振碾压两遍，强振碾压2遍（同步检测结果），胶轮压路机碾压2遍，光轮压路机静压收光。即：静压→弱振→强振→洒水放置1h→胶轮碾压→光轮静压收光。碾压行驶速度开始时用慢速（宜为2km/h），最大速度不超过2.4km/h。
6.3.4.4接头与沉降观测桩附近施工
在相邻两区段上下两层填筑接头处需错开不小于3m的距离。在沉降观测桩周围1m范围内的路基采用人工填筑后。用打夯机夯实，但每层夯实松铺厚度在18cm之内，避免沉降观测桩受机械碰撞。用钢筋加工直径为1m钢筋笼，罩在沉降观测桩的周围，保护好观测桩。
6.3.4.5试验检测
配置主要检测仪器:
①用ø200mm灌砂筒检测压实度；
②用K30平板载荷仪检测地基系数K30值；
③用Evd动态平板载荷仪检测地基动态变形模量值；
采用这几种仪器联合检测控制施工过程中的填筑碾压工艺方法。
试验过程中安排技术人员、试验人员记录压路机的碾压速度、碾压顺序、碾压遍数工艺及各项试验指标检测等情况，以便整理出大面积路基填筑施工的总结报告。
6.3.4.6试验压实标准和成果
细砾土试验压实标准及试验测试成果如表5、表6、表7
表5 试验压实标准一览表
部位 K K30（MPa/m） Evd（MPa）
基床底层 ≥0.95 ≥130 ≥40
表6 试验压实成果
碾压
遍数 压实系数(%) K30（MPa/m）
Evd（MPa）
表面描述 备 注
3 90～94 81～105 26～34 表面松散 松铺厚度为30cm，6遍压实厚度为25.8cm,6遍检测指标均合格，碾压工艺（静压1+弱振2+强振1+洒水+胶轮碾压2）
4 93～97 108～152 37～54 表面松散
6 95～99 135～190 43～65 表面
较板结
3 90～95 78～100 22～35 表面松散 松铺厚度为35cm，7遍压实厚度为30.3cm,7遍检测指标均合格，碾压工艺（静压1+弱振2+强振2+洒水+胶轮碾压2）
5 93～96 110～148 35～44 表面松散
7 96～100 150～200 48～74 表面
较板结
3 89～91 84～110 25～34 表面松散 松铺厚度为40cm，8遍压实厚度为34.9cm,8遍检测有部分指标不合格，碾压工艺（静压1+弱振2+强振3+洒水摆放+胶轮碾压2+光轮静压1）
6 92～96 100～150 31～42 表面松散
8 96～99 120～170 37～58 表面
较板结
松铺系数的确定：
根据路基填筑过程中高程测量，确定松铺系数=松铺厚度/压实厚度=1.15
表7 富裕铁砂石场A、B填料碾压后试验指标
粒 径 ＜60mm ＜20mm ＜5mm ＜2mm ＜0.5mm ＜0.075mm
试验结果（%） 100 77.0 39.8 30.7 18.6 6.3
不均匀系数Cu 曲率系数Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最优含水率ωopt(%) 液限
wL (%) 塑限wp (%) 土的定名
54.23 1.26 2.34 3.9 / / 细圆砾土
碾压后较碾压前细颗粒（＜0.075mm）含量增长1.7%，碾压后含量不超过7%，符合设计要求。
6.3.4.7路基沉降观测
根据施工图设计，为了观测路基基底沉降情况，第一层填料经碾压合格后，分别在DK193+830 、DK193+930处埋设沉降板，以观测路基基底下沉变化。
观测方法及结果如下：
①沉降板观测采用二等水准测量，保证其观测精度不低于1mm，该数取位至0.1mm。
②在施工期间一般每天进行一次观测，在沉降量突变的情况下,每天观测2次,如果两次填筑间隔时间较长，每3天观测一次。
7.试验段总结
7.1 填料虚铺厚度确定：本试验段选择了三种松铺厚度：30cm、35cm、40cm，压实厚度分别为25.8cm、30.3cm、34.9cm，在前两种虚铺厚度下，分别用了6遍和7遍压实，检测指标满足要求，当虚铺厚度达到40cm时，检测指标在碾压8的情况下，还有部分指标不能满足要求，前两种虚铺厚度，压实工效分别为25.8/6、30.3/7，可以看出松铺厚度在35cm时，在现有设备条件下压7遍是最经济、合理的选择。
7.2 压实工艺的选择
通过DK193+820～DK193+950段试验段填筑，在虚铺控制在35cm的前提下，确定了采用22t振动压路机，20t胶轮压路机，13t光轮压路机配合使用的碾压方式，碾压工艺确定为 22t振动压路机 静压1+弱振2+强振2+洒水放置（洒水以表面湿润为准）+20t胶轮压路机 碾压2+13t静压收光1。
7.3 控制重点
7.3.1填料的控制：必须控制好填料在装车、运输、卸车、布料，摊铺等过程，保证填料均匀，无大面积集窝现象。
7.3.2填料最佳含水量控制：该填料最佳含水量在3.5%～4.4%之间，含水量的大小直接影响填料的压实效果。
7.3.3该种填料摊铺厚度不宜超过35cm。
7.3.4洒水时间控制：通过本次试验段发现，洒水对于这种填料相当重要，洒水时间和量的控制也很重要，因该填料骨料较少，颗粒较细，在加上表面振动，表面2~3cm水分散失很快，表面水分散失后很松散，不易板结，检测指标也不理想，洒水时间控制在强振碾压后，洒水量控制以表面润湿为准，不易多，洒水后放置1h左右，然后上胶轮压路机碾压，再检测，效果更好。
7.3.5 碾压机械的选择，经过试验段摸索和总结，确定了22t振动压+20t胶轮压路机+13t小光轮压路机的组合方式，并严格控制碾压遍数和压实方式。
7.3.6反压保温护道一定到同步填筑，碾压顺序为先碾压反压护道，后碾压基床部分。
7.3.7下层上料过程中，不能让运输车辆在待填筑路基上掉头，转急弯，要求从一端便道提前掉头后直接卸至指定网格，防止车辆对已检测层表面的破坏。
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