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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(yīng)用(一)
低細顆粒含量礫石類A、B組填料在哈齊客專的應(yīng)用
哈齊項目部 范先知
摘要：路基施工質(zhì)量是哈齊客專建設(shè)的關(guān)鍵所在，是控制工后沉降的重要控制點，如何保證高寒地區(qū)路基施工質(zhì)量，高寒地區(qū)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(xiàn)凍漲現(xiàn)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(zhàn)，本文就如何確保低細顆粒含量礫石填料的壓實質(zhì)量，以及客專中路基填筑工藝進行了總結(jié)。
關(guān)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(qū)修建的首條客運專線，如何確保高寒地區(qū)路基施工質(zhì)量是哈齊客專建設(shè)的關(guān)鍵所在，對路基工后沉降的要求尤為嚴格，高寒地區(qū)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(guān)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(jié)和壓實的關(guān)鍵也在細顆粒含量上，因此，設(shè)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(jù)前期設(shè)計對沿線料源地的考察，指定了一部分具有穩(wěn)定料源的廠家，各施工單位根據(jù)管段情況，在考慮料源，成本，施工質(zhì)量的前提下，選定合適的填料，保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。
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(nèi)，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(qū)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(jié)這對我們的施工是很大的挑戰(zhàn)，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(shù)和經(jīng)驗。
3.設(shè)計和業(yè)主對A、B填料的要求（見表1）
表1 設(shè)計關(guān)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(shù)
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(jù)設(shè)計單位指定的料場名錄，結(jié)合我們對附近料場的考察結(jié)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裕縣境內(nèi)，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(shù)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(jié)果（%） 100 74.4 37.0 27.1 16.1 4.6
不均勻系數(shù)Cu 曲率系數(shù)Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最優(yōu)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(shè)計和業(yè)主的技術(shù)要求。
6、A、B組填料試驗段方案
6.1試驗?zāi)康?br />
如何確保低細顆粒含量填料的壓實質(zhì)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(shù)和施工最佳控制含水量等工藝參數(shù)，選定經(jīng)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(shè)備配置（見表3 表4）
表3 機械設(shè)備表
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 單 位 數(shù) 量 狀態(tài)
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(shè)備表
序號 儀器設(shè)備名稱 規(guī)格型號 單位 數(shù)量 穩(wěn)定狀態(tài)
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(qū)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(qū)段：填筑區(qū)→攤鋪區(qū)→碾壓區(qū)→檢驗區(qū)；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(shè)置
結(jié)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(xiàn)場施工條件等因素，經(jīng)綜合分析決定將試驗段設(shè)在DK193+820～DK193+950，全長130m。該段路基設(shè)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(shè)置10cm碎石墊層+5cmC20素砼墊層，其上設(shè)置50cm厚C35鋼筋砼板，基床底層2.3cm，基床頂層設(shè)置40cm厚級配碎石，基床底層兩側(cè)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(jù)設(shè)計院提交的樁點資料進行施工復(fù)測，恢復(fù)了線路中間樁位，并加密了水準點，復(fù)核了設(shè)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(guān)鍵在壓實設(shè)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(jié)，無法滿足檢測指標要求，我們通過不斷摸索和總結(jié)，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(xiàn)板結(jié)現(xiàn)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(shè)備，否則表面又出現(xiàn)松散現(xiàn)象。
6.3.4.1劃網(wǎng)格
根據(jù)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(jù)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(tǒng)一，壓實系數(shù)一致和平整度良好。
為保證路基邊緣的地基系數(shù)、動態(tài)變形模量及壓實系數(shù)K，邊線應(yīng)比設(shè)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(guān)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(shù)及壓實速度。
碾壓時采用從兩側(cè)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(qū)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(jié)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(qū)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(nèi)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(nèi)，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(shù)K30值；
③用Evd動態(tài)平板載荷儀檢測地基動態(tài)變形模量值；
采用這幾種儀器聯(lián)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(shù)人員、試驗人員記錄壓路機的碾壓速度、碾壓順序、碾壓遍數(shù)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(jié)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(shù) 壓實系數(shù)(%) 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(jié)
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(jié)
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(jié)
松鋪系數(shù)的確定：
根據(jù)路基填筑過程中高程測量，確定松鋪系數(shù)=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(jié)果（%） 100 77.0 39.8 30.7 18.6 6.3
不均勻系數(shù)Cu 曲率系數(shù)Cc 最大干密度ρdmag/cm3) 最優(yōu)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(shè)計要求。
6.3.4.7路基沉降觀測
根據(jù)施工圖設(shè)計，為了觀測路基基底沉降情況，第一層填料經(jīng)碾壓合格后，分別在DK193+830 、DK193+930處埋設(shè)沉降板，以觀測路基基底下沉變化。
觀測方法及結(jié)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(shù)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(jié)
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(xiàn)有設(shè)備條件下壓7遍是最經(jīng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(jié)，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(jīng)過試驗段摸索和總結(jié)，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(shù)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(zhuǎn)急彎，要求從一端便道提前掉頭后直接卸至指定網(wǎng)格，防止車輛對已檢測層表面的破壞。
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