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客运专线路基基床以下路堤施工工法
中铁十六局甬台温铁路工程项目部
一、 前言
甬台温客运专线铁路的设计时速度是200km，预留25Okm，路基质量标准依据铁建设[2005]160号文颁布的《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》，质量标准新,质量指标要求高，路基工程工后沉降控制要求严格。在实施客运专线路基施工时，必须在选取合格的填料后,通过选取有代表性的路基试验段施工，先进行摊铺压实工艺试验,经过试验检测和数据分析,确定所选填料的施工工艺参数(松铺厚度、碾压遍数、碾压方法等)后，然后展开路堤大面积填筑施工。中铁十六局集团在承建宁海车站路基工程施主过程中,积极实践、不断总结，严格按照验标规定和设计要求施工，遵循先试验、后展开的程序,使施工规范有序,质量全部达到验标要求。经过三个多月的施工，宁海车站路基施工已初具规模,施工进展顺利,路堤质量稳定，积累了成功经验,经专家评审,形成本工法,有广泛的应用前景。
二、工法特点
1、以试验段引路,先进行摊铺压实工艺试验,取得可行的施工工艺参数后,有序展开大面积填筑施工,确保施工质量验收一次达标,避免盲目施工。
2、以试验检测为控制主线,贯穿施工全过程,以科学的检验检测手段获得真实可靠数据,全面指导施工。
3、合理配置机械设备和检测设备,机械化、标准化流水作业,工效高,质量稳定。
三、 适用范围
本工法适用于客运专线铁路路堤基床以下粗粒土填料填筑施工。
四、 工艺原理
采用配套机械设备和检测设备,以试验检测为控制主线,根据试验段施工工艺试验确定质量达标、操作可行的施工工艺参数,指导大范围填筑施工。
五、 施工工艺
(一)工艺流程
见图1。
图1 试验段路基施工工艺流程图
弃土外运
不符合设计要求
压实指标稳定
路基沉降观测
编制《试验成果报告》作为路基施工依据
符合设计要求
进行下一松铺厚度试验
路基初碾压
路基压实检测
路基续压并检测
填料满足要求
路基填筑
软基处理
基底处理
原地面碾压
原地面检测
选择取土场
对取土场土源填料进行现场取样检测
路基摊平
施工准备
测量放样
原地面承载力检测

数据分析
记录数据

1、施工准备
(1)制定实施方案。路基试验段施工之前,项目部组织相关技术、试验人员制订详细的实施方案，明确试验的目的、人员、机械设备及检测设备的需求计划、试验步骤、检测方法、相关数据整理分析方法。
(2)合理配置机械设备和检测设备。为满足路基试验段施工需要,选配性能状况好、满足施工工艺与质量要求的成套施工机械设备。为满足客运专线检测要求,工地中心试验室除配备各种计量设备、力学试验设备、核子密度仪等常规检测设备外,还新购置了K30、Evd、静力触探、动力触探等检测设备。
(3)确定料源。路基施工,填料是关键。按照客运专线对路基填料的特殊要求，对沿线路基填料进行调查,进行试验比对分析。从填料的质量、运输道路以及经济性三方面综合考虑,确定符合要求的取土场。经对选定的取土场土源进行土质取样、筛分检测,确定其质量是否满足设计要求,是否需要改良。
(4)检测原地面承载力。项目部组织试验、技术人员采用静力触探法,进行全管区原地面承载力检测。按要求每隔10Om检测2处,测出承载力Ps值大于等于设计值(l.2MPa)的原地面以下深度。原地面承载力达不到要求的,对于浅层软土根据软土深度分别采用碾压片石和级配碎石换填等方法进行加固处理。
(5)测定基底土样最佳含水量和最大压实度。试验人员分别对试验段的基底土现场取样,进行室内标准击实试验,以确定该土的最佳含水量及对应的最大压实度，以便下一步对清表后的原地面进行翻挖、晾晒、回填、碾压、检测。
(6)确定路基填筑检测方法。试验段路基基床以下部分采用K30和孔隙率双控检测。为取得足够的试验数据,基床以下部分每层检测孔隙率和K30检测点数满足验标要求。
(7)组织人员培训和技术交底。举办“客运专线新验标培训班”，使全体施工人员能适应客运专线的施工要求,及时掌握客运专线路基施工相关标准,经过培训并考试合格的人员才允许上岗。同时,为使全体管理、技术人员准确掌握相应的专业知识,项目部分别在总部、分项目部、施工现场组织“路基试验段施工技术交底会”，使其掌握试验工作程序和控制标准,并将各阶段质量责任分解到具体人员。
2.测量放样。由精测队对现场迸行测量放样,放出路基两侧坡脚线、排水边沟线,并测出原地面高程。
3.基底处理。人工配合挖掘机将原地面杂草、树根及表层软土等清理干净,并将弃土用自卸车运至弃土场;对基底土进行晾晒,待含水量达到试验确定的最佳含水量时,再用推土机进行整平、碾压,以达到规定的压实度。地面横坡大于l:5时,原地面开挖台阶,台阶宽度不小于2m,台阶高度不大于25cm。当基岩的覆盖层较薄时,先清除覆盖层再挖台阶;当覆盖层较厚且稳定时,予以保留,即在原地面挖台阶后填筑路堤。对原地面进行碾压成形后,再对原地面进行动力触探检测其承载力。
4.路基填筑。填料合格、原地面处理满足要求后,进行分层填筑。填筑前,首先放出线路中桩和填筑边线,每l0m钉出边线木桩。为保证路基边缘的压实度,边线比设计线每边宽出50cm。填筑中,采用挖掘机挖装、自卸车运输,按放样宽度及松铺厚度控制卸土量。为便于比较,路基试验段先后以35cm、45cm、55cm三种松铺厚度进行试验。填土厚度控制采取两种方法:一是量出每车土的方量，根据摊铺厚度,计算每车土所能摊铺的面积,并按此面积在填筑面上用灰线划上格,在每格内卸入一车料;二是在路基坡脚附近每隔1Om立上竹杆,在竹杆上用红布条标记好试验摊铺厚度的位置线用以控制推土机作业厚度。
5.路基平整。首先采用推土机将填料按竹杆标示线初步推平,再用平地机进行精细整平,并将路基顶面做成两侧2%～4%的横向排水坡。
6.路基初压。当松铺厚度、平整度符合要求时开始碾压。碾压采用激振力35t振动压路机。根据“先稳后振←先快后慢、纵向到底、横向到边、轮迹重叠”的原则∫从两侧向中心纵向进退式碾压:先静压一遍,再弱振碾压二遍,再强振碾压一遍,完成初压。碾压时,行与行轮迹重叠0.4～0.5m，横向同层接头处重叠0.4～0.5m，相邻两区段纵向重叠1～1.5m，以保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。
7.压实检测。初压结束后,进行压实指标检测。检测采用K30和孔隙率双控指标。即用K30平板载荷仪测试地基系数K30、灌砂法检测孔隙率n。
8．续压检测。对试验段路基进行续压续检，每碾压一遍检测一次。检测方法同前。并认真记录松铺厚度、碾压次数、K30和孔隙率检测值等相关数据。沉降观测点周围压路机压不到的地方应采用打夯机夯实。直到压实指标稳定后停止碾压。
9.沉降观测。软基处理地段设计有沉降、位移控制要求时,首层填料摊平后,在路基中心埋设沉降观测板、设置沉降观测桩。碾压结束后,进行沉降观测，沉降观测采用二等水准测量标准。路基面形成后在路基面中心和两侧路肩设置路基面观测桩,纵向间距不宜大于100m,每段路堤至少保证l个观测断面，路堤较高(大于8m)地段进行加密,并且保证至少有6个月的沉降观测和调整期。测量频度:前15天内每3天监测一次,第15～3O天每星期监测一次,第30～180天每15天监测一次。
10.数据分析。试验过程中安排技术、检测人员,记录压路机的碾压速度、碾压顺序、碾压遍数及压实度检测等情况,并整理和分析记录数据,将同一松铺厚度碾压次数和压实指标以及双控指标之间分别画出曲线图,找出达到压实指标要求时的碾压次数、K30和孔隙率之间的内在联系。确定填料压实机械、最佳分层厚度、压实遍数、碾压搭接宽度、压实方法等基本数据,编制《试验成果报告》,报监理审核确认后,指导大面积路堤填筑施工。同时,还应对路基沉降观测数据进行分析,为推算路堤工后沉降量积累资料。
对于35cm、45cm、55cm三种不同分层松铺厚度填筑碾压施工试验数据见试验数据汇总表。
试验数据汇总表
松铺厚度/压实厚度(cm)
强振碾压遍数
实测K30及孔隙率值
35/27
5
K30值
93
93
92
91
91
91

孔隙率值
29.2
29.6
29.2
28.8
28.8
29.2
29.2
29.6
35/27
6
K30值
115
113
116
111
111
114

孔隙率值
28.4
28.0
28.0
28.3
27.9
27.5
27.9
28.3
35/27
7
K30值
123
128
122
125
121
127

孔隙率值
27.1
26.7
26.3
27.9
26.0
27.5
26.9
26.5
45/35
5
K30值
106
105
104
105
106
103

孔隙率值
29.6
29.2
29.2
29.2
29.6
29.2
29.3
29.0
45/35
6
K30值
122
124
121
124
122
125

孔隙率值
28.4
28.0
28.2
28.0
28.8
28.0
28.0
28.4
45/35
7
K30值
127
126
126
124
126
123

孔隙率值
27.7
27.3
27.3
26.9
27.3
27.7
27.4
27.0
55/45
7
K30值
87
86
88
87
95
93

孔隙率值
28.0
28.0
28.4
28.0
28.2
27.8
28.0
28.0
55/45
8
K30值
117
115
113
116
114
114

孔隙率值
26.1
26.5
26.1
26.5
26.5
26.5
26.5
26.5

不同的分层填筑厚度时，碾压遍数和压实度的关系曲线如下：

本试验段填筑工艺性试验表明,当分层松铺厚度较小时,路基易于碾压密实,但施工效率较低,而当分层松铺厚度较大时,压实所需要的碾压遍数明显增大,碾压效率降低。从检测数据及分析图表可以看出,合理的分层厚度和压实工艺是当松铺厚度45cm,压实厚度为35cm,先静压1遍、后弱振2遍、最后强振碾压6遍时地基系数和孔隙率均能较好满足暂行标准要求。根据压实遍数和压实效果关系图, 可以看出填土厚度一定的情况下，碾压遍数、地基系数K30及孔隙率值基本成比例关系,即碾压遍数越多,地基系数K3O值越大,孔隙率值也越小,更满足规范要求,但孔隙率值变化没有K30值变化明显,即达到一定的孔隙率值后再增加碾压遍数就体现不出经济性。从科学经济性考虑,采用激振力更大的压路机槭,可继续优化松铺和压实厚度,提高作业效率,使之更适应新验标的检测要求。
(二)工艺成果
根据试验和分析,确定宁海车站路基施工工艺参数为:填料最佳松铺厚度为45cm,采用35t振动压路机先静压l遍,再弱振碾压2遍,强振碾压6遍,既可达到验标压实标准。
(三)成果应用
在试验段进行摊铺工艺试验取得成功并总结成果报监理审核确定路基的松铺厚度、碾压遍数等工艺参数后,根据试验段的施工步骤和取得施工工艺参数按“三阶段、四区段、八流程”组织车站大面积路基填筑施工,把路堤填筑施工分成准备、施工、整形验收三个阶段,根据现场涵洞较多的情况和机械配置情况确定以2O0m及涵洞为界划分为“填筑、平整、碾压和检测”四个区段,全车站路堤施工形成施工准备、基底处理、分层填筑、摊铺平整、洒水晾晒、机械碾压、检验签证、路基整形八个流程作业面,展开平行、流水作业,施工工艺流程与试验段工艺试验步骤基本相同。
不同点仅松铺厚度采用确定的参数每层45cm,碾压严格按照试验段工艺试验确定的碾压遍数和碾压方法进行碾压。碾压结束后,进行压实指标检测。检测采用K30和孔隙率双控指标:即用K30平板载荷仪测试地基系数、灌砂法检测孔隙率n。压实检测合格后,对路基中线、标高、宽度、边坡等进行测量检查,符合设计及验标要求后,及时进行填层检验批验收。
六、主要机具设备
见表1。
表1 主要机具设备
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
挖掘机
CAT320B
台
2
2
挖掘机
210-5
台
2
3
推土机
D8N
台
1
4
推土机
T-140, SD16
台
2
5
压路机
ZY18J
台
2
6
压路机
BOMAG BW225D-3
台
1
7
自卸车
东风EQ、斯太尔
台
12
8
装载机
ZL50C
台
2
9
洒水车
CA10B
台
1
10
平地机
PY-160G
台
1
七、 劳动组织
见表2。
表2 劳力组织
序号
工种
人数
备 注
1
现场负责人
2
现场组织、指挥
2
现场技术负责人
1
负责技术指导、交底
3
路基技术人员
3
质量控制、检查
4
测量工程师
1
测量控制、检查
5
测量员
3
现场测量
6
试验工程师
1
试验检验、质量控制
7
试验员
4
现场试验
8
机械司机
14
机械操作
9
汽车司机
16
填料运输
10
机械维修人员
3
机械维修保养
11
普工
12
现场辅助
12
调度员
1
现场调度
13
安全员
1
现场安全
八、 质量控制
(一)填料质量要求
1.一般路基填料应为A、B组填料或C组中的块石、碎石、砾石类等填料,必要时填料需采取改良措施,必须符合验标有关规定要求。
2.路堤填料中碎石最大粒径不得大于15cm，并且要求大小级配良好。
⒊路基施工必须加强全路段填料和填筑压实度的一致性控制，确保路基整体刚度的均匀性，以达到高等级铁路行车平衡性要求。
4.路堤浸水部分应采用水稳性高的渗水性材料填筑，严禁填筑易风化的软岩石。
5.填筑前应对取土场填料进行取样检验；填筑时应对运至现场的填料进行抽样检验。当填料土质发生变化或更换取土场时应重新进行检验,检验的方法按《铁路工程土工试验规程》(TB10102)规定进行试验。基床以下部分路堤填料复查项目及频次详见表3：
表3 基床以下部分路堤填料复查项目及频次表
填料类别
试验项目、频次
颗粒级配
液塑限
击实试验
颗粒密度
细粒土

5000m3(或土性明显变化)
5000m3(或土性明显变化)

粗粒土、碎石土
10000m3(或土性明显变化)

10000m3(或土性明显变化)
(二)压实标准
基床以下路堤填料及压实标准见表4
表4 基床以下路堤填料及压实标准表
填 料
压实标准
细粒土
粗粒土
碎石土
A、B组填料及C组(不含细粒土、粉砂和软块石土)或改良土
地基系数K30
(Mpa/m)
≥90
≥110
≥130
压实系数Kh
≥0.90

孔隙率n(%)

＜31
＜31
(三)路堤边坡质量控制
1.路堤边坡宜采用加宽超填方法，超填宽度不小于50cm。
2.路基刷坡采用刷坡机械。机械刷坡时根据路肩线用坡度尺控制坡度。
3.路堤边坡应平顺、密实、稳固；边坡的坡率应符合设计要求，偏陡不得大于设计值的3%。
(四)试验检测控制内容和检测方法
1.原地面处理前,静力触探试验或动力触探试验,复核地基承载力,不满足设计要求的,报建设、设计、监理变更；
2.原地面处理后,静力触探试验或动力触探试验，复核地基承载力；
3.路基填筑前,取土场选择,现场取样,做室内土质分析试验，确定路基填料;
4.路基压实度检验:基床以下部分,每压实层做孔隙率试验(灌砂法)；每逢三层做K30及孔隙率试验;基床底层1.9m部分,每压实层做孔隙率试验(灌砂法)；每逢三层做Κ30、Evd及孔隙率试验；
九、 安全与环境保护措施
l.推土机、装载机、自卸汽车、压路机、平地机等大型机械驾驶员,必须严格按照操作规程,在边坡、沟边高填方段作业时,应与边缘保持一定的距离。
2.各机在同一作业面施工,前后两机应保持一定的安全距离。
3.机械夜间进行作业时，施工段应有照明设施。
4.进入作业区必须按标准戴好安全帽,穿戴好劳动保护用品。
5.经常检查工具材料、物件的堆码垛情况，防止松动倒塌伤人。
6.各种仪器设备、工具使用遵守操作规程。
7.各种机械、器具必须有轮有罩、有套有轴、防护装置齐全、良好,严禁超负荷或带病运转。
8.严禁对运行中的机械设备进行修理或保养工作。
9.加强对全体施工人员的文明施工教育,创建文明工地,做到“两通三无、五必须”。两通即：施工现场人员行道畅通；施工工地沿线单位和居民出入畅通。三无即：施工中无管线事故；施工现场排水畅通无积水；施工工地道路平整无坑道。五必须即：施工区域与非施工区域必须严格分隔；施工现场必须挂牌施工；工地现场材料必须堆放整齐；工地生活必须清洁文明；工地现场必须开展以创建文明工地为主要内容的思想政治工作。加强现场施工管理，每道工序应做到现场落手清，加快施工进展，做到工完场清，不留尾巴。
10.施工机动车辆在国道或地方道路上行驶，要遵守地方政府及交通部门的管理规定，遵守公安部门道路交遍管理条例，自觉维护交通秩序，保证运输畅通。
11. 施工时要注意保护坏境，采取措施不压缩、不侵占、不污染河道，保护水源、灌渠，保护树木、植被。运输道路、便道应洒水防尘，防止污染环境。
十、效益分析
应用本工法施工客运专线基床以下路堤,各工序平行施工、流水作业、有序可控，施工进度快，质量稳定、一次达标。
十一、工程实例
中铁十六局集团承建的甬台温客运专线铁路宁海车站路基从2006年4月份开工以来,路基施工进展顺利，质量稳定，截止7月初己完成路基基床以下土石方填筑15万方。