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摘 要:本文对客运专线路基施工技术进行探讨，对软土路基、基床的施工及质量控制问题进行分析。
关键词:客运专线;路基施工;质量控制
铁路路基工程在铁路工程中所占比例较大,是铁路安全运输的最基本保障。近年来,铁路不断提速,运量不断加大,对铁路路基施工及防护提出了更高的要求。因此,按照铁路路基施工规范科学地组织施工,可有效减少铁路路基各种病害,确保铁路快速、安全运营,使铁路这条国民经济的大动脉更好地发挥经济效益和社会效益。我国铁路客运专线建设的设计标准及施工管理技术需要总结和提高,施工过程还存在一些问题。主要体现在:技术标准不够完善,施工过程变更多;质量要求高,路基基底处理和检测控制严格;填料要求及改良需单独增加材料、场地和设备投入,加大了工程投资;既有线改建项目多,对低标准的既有铁路改建和结合部处理相对困难;工期与安全质量及技术要求和工序安排存在局部冲突。
1 客运专线路基施工技术
1.1 路基填料的选择
路堤填料应满足设计及规范要求,尽量在施工现场就地取材,同时还要满足下列条件:便于压实施工、压缩性小、在外力(列车荷载、地震、降雨)作用下能保持稳定、在列车荷载的作用下必须保持适当的弹性。
(1)基床表层填料和底层填料客运专线基床表层设计填料多为级配碎石,是由粒径大小不同的粗细碎(砾)石集料和砂,以及塑性指数较高的黏土按比例组成的满足密实级配要求的混合物。基床表层的上层填料宜选用耐磨性较好、模量高的石英质母岩。为了提高刚度,可适当加大颗粒的粒径,粗颗粒含量也可增加,厚度一般为0.2 m~0.3m为宜,下层填料的颗粒级配应与基床底层匹配,使底层填料颗粒不能进入基床表层,其渗透系数小于10 m /s。基床底层的填料应严格按现行规范执行,避免使用A级、B级以外的填料。
(2)路堤本体填料。客运专线对路堤本体填料有三个基本要求:在列车与路堤自重荷载作用下,路堤能保持长期稳定;路堤本身的压缩沉降能很快完成;其力学特性不会因其他因素(水、温度、地震影响而发生不利于路堤稳定的变化。
根据上述要求,路堤下部填料原则上不能使用膨胀性土、岩,吸水膨胀风化严重的蛇纹岩、泥岩、有机质土、冻土,其它填料均可直接或经改良后使用。
1.2 路基填筑施工
1.2.1 重点控制环节
首先,重点控制软土地基处理,施工前做好试验段,从中找出满足路基施工压实要求的各项参数;其次,选配性能优良的施工机械和技术素质高的施工及管理队伍;最后,加强施工过程质量监控和检测。路堤土的夯实必须分层进行,并严格控制分层填筑厚度。施工应严格按照设计和规范要求进行,做好工后观测和记录,并作出沉落曲线图。在路堤急剧下沉时,应立即停止施工,直至基底稳固。含水量对土的强度和模量有决定性的影响,控制施工期间填土的含水量是提高路基质量的重要环节;路堤填土本身的下沉量是通过提高压实密度来控制的,路堤本身的下沉约为填土高度的0.1% ~0.3% (砂土)及0.5% ~1.0% (粘性土)。
1.2.2 路堤本体填筑技术
路堤本体的填筑严格按路堤填筑压实工艺流程图进行水平分层填筑、均匀压实。
2 软土路基施工及质量控制
2.1 搅拌桩处理地基路基本体
软土地基经搅拌桩处理后,设计一般要求出露其桩头,并铺碎石垫层和土工格栅。搅拌桩施工过程中,一般对桩头部分加强复搅,喷灰或喷浆的残渣往往“污染”桩周土体。强化、改良桩头部分土体,一般会形成浅部硬壳层;该硬壳层和土工格栅、碎石垫层等一起可以加强地基的承载力和整体性。
2.2 挤密砂桩或挤密碎石桩地基上的路基本体
挤密砂桩或挤密碎石桩处理软土地基的目的在于增强地基的承载力和加速孔隙水压力的消散,促使土体强度提高。地基处理完成后,受扰动的软土地基往往需要一定时间的强度恢复过程,该类型地基处理完成后,一般采用铺设砂垫层和土工格栅的方式加强地基和保证排水。当在该类型的地基上施作路基本体时，需考虑垫层厚度、软基强度恢复程度;当进行路基施工时车辆对于地基的扰动影响(尤其是碾压机械的振动影响作用)往往可能会对地基造成不利影响,压路机产生的作用力较重时会因垫层厚度不足导致下伏地基的“软弹变形”发生,容易造成橡皮土出现。对于此类型路基,应重视两侧排水沟设计、垫层厚度设计;施工时应着重于压路机等施工机械的选型和填层厚度的控制。松软土地基、液化砂土地基、岩溶地基对于该地区的路基本体填筑施工及其质量控制同常规路基施工。
3 基床施工及质量控制
基床表层是路基的重要组成部分,是路基直接承受列车荷载的载体,同时保护其下的基床底层填料,确保路基的整体结构性、耐久性和路基的长期稳定性。其主要功能如下。
(1)强化作用。强化路基强度和刚度,确保列车通过时的弹性变形控制在规定的范围内;
(2)消散作用。扩散列车作用在基床表面的动应力,弱化动应力对路基的重复作用影响;
(3)防侵入作用。防止道碴压入基床及基床土进入道碴层;
(4)防渗作用。排除雨水,防止雨水深入基床底层,弱化雨水的浸透、浸泡作用;
(5)防冻胀作用。防止雨水浸入路基产生冻害。
我们在对某客运专线对于基床表层所作的相应试验表明,基床表层浸泡10 h测得的值下降24%,且基床底层与基床表层分界处在模拟10 h的连续降雨状态下存在积水现象。我国高速铁路基床底层主要采用石灰、水泥改良土、碎石土、改良风化物填筑,石灰、水泥改良土在施工过程中容易因气候差异导致裂缝等现象发生,裂缝容易在渗水和列车动荷载反复作用下泥化,引起强度降低;另外,因气象因素引起的冻胀现象在一些客运专线已有所体现。因此,加强基床表层抗渗性、抗冻性尤为重要。
4 结束语
实践证明,应用上述路基施工技术和质量控制方法,路基刚度明显加强,线路稳定性提高;工后沉降和线路变形小,降低了使用后的维修保养费用;安全稳定性和旅客列车的舒适度有较大幅度的提高。
关键词:客运专线;路基施工;质量控制
铁路路基工程在铁路工程中所占比例较大,是铁路安全运输的最基本保障。近年来,铁路不断提速,运量不断加大,对铁路路基施工及防护提出了更高的要求。因此,按照铁路路基施工规范科学地组织施工,可有效减少铁路路基各种病害,确保铁路快速、安全运营,使铁路这条国民经济的大动脉更好地发挥经济效益和社会效益。我国铁路客运专线建设的设计标准及施工管理技术需要总结和提高,施工过程还存在一些问题。主要体现在:技术标准不够完善,施工过程变更多;质量要求高,路基基底处理和检测控制严格;填料要求及改良需单独增加材料、场地和设备投入,加大了工程投资;既有线改建项目多,对低标准的既有铁路改建和结合部处理相对困难;工期与安全质量及技术要求和工序安排存在局部冲突。
1 客运专线路基施工技术
1.1 路基填料的选择
路堤填料应满足设计及规范要求,尽量在施工现场就地取材,同时还要满足下列条件:便于压实施工、压缩性小、在外力(列车荷载、地震、降雨)作用下能保持稳定、在列车荷载的作用下必须保持适当的弹性。
(1)基床表层填料和底层填料客运专线基床表层设计填料多为级配碎石,是由粒径大小不同的粗细碎(砾)石集料和砂,以及塑性指数较高的黏土按比例组成的满足密实级配要求的混合物。基床表层的上层填料宜选用耐磨性较好、模量高的石英质母岩。为了提高刚度,可适当加大颗粒的粒径,粗颗粒含量也可增加,厚度一般为0.2 m~0.3m为宜,下层填料的颗粒级配应与基床底层匹配,使底层填料颗粒不能进入基床表层,其渗透系数小于10 m /s。基床底层的填料应严格按现行规范执行,避免使用A级、B级以外的填料。
(2)路堤本体填料。客运专线对路堤本体填料有三个基本要求:在列车与路堤自重荷载作用下,路堤能保持长期稳定;路堤本身的压缩沉降能很快完成;其力学特性不会因其他因素(水、温度、地震影响而发生不利于路堤稳定的变化。
根据上述要求,路堤下部填料原则上不能使用膨胀性土、岩,吸水膨胀风化严重的蛇纹岩、泥岩、有机质土、冻土,其它填料均可直接或经改良后使用。
1.2 路基填筑施工
1.2.1 重点控制环节
首先,重点控制软土地基处理,施工前做好试验段,从中找出满足路基施工压实要求的各项参数;其次,选配性能优良的施工机械和技术素质高的施工及管理队伍;最后,加强施工过程质量监控和检测。路堤土的夯实必须分层进行,并严格控制分层填筑厚度。施工应严格按照设计和规范要求进行,做好工后观测和记录,并作出沉落曲线图。在路堤急剧下沉时,应立即停止施工,直至基底稳固。含水量对土的强度和模量有决定性的影响,控制施工期间填土的含水量是提高路基质量的重要环节;路堤填土本身的下沉量是通过提高压实密度来控制的,路堤本身的下沉约为填土高度的0.1% ~0.3% (砂土)及0.5% ~1.0% (粘性土)。
1.2.2 路堤本体填筑技术
路堤本体的填筑严格按路堤填筑压实工艺流程图进行水平分层填筑、均匀压实。
2 软土路基施工及质量控制
2.1 搅拌桩处理地基路基本体
软土地基经搅拌桩处理后,设计一般要求出露其桩头,并铺碎石垫层和土工格栅。搅拌桩施工过程中,一般对桩头部分加强复搅,喷灰或喷浆的残渣往往“污染”桩周土体。强化、改良桩头部分土体,一般会形成浅部硬壳层;该硬壳层和土工格栅、碎石垫层等一起可以加强地基的承载力和整体性。
2.2 挤密砂桩或挤密碎石桩地基上的路基本体
挤密砂桩或挤密碎石桩处理软土地基的目的在于增强地基的承载力和加速孔隙水压力的消散,促使土体强度提高。地基处理完成后,受扰动的软土地基往往需要一定时间的强度恢复过程,该类型地基处理完成后,一般采用铺设砂垫层和土工格栅的方式加强地基和保证排水。当在该类型的地基上施作路基本体时，需考虑垫层厚度、软基强度恢复程度;当进行路基施工时车辆对于地基的扰动影响(尤其是碾压机械的振动影响作用)往往可能会对地基造成不利影响,压路机产生的作用力较重时会因垫层厚度不足导致下伏地基的“软弹变形”发生,容易造成橡皮土出现。对于此类型路基,应重视两侧排水沟设计、垫层厚度设计;施工时应着重于压路机等施工机械的选型和填层厚度的控制。松软土地基、液化砂土地基、岩溶地基对于该地区的路基本体填筑施工及其质量控制同常规路基施工。
3 基床施工及质量控制
基床表层是路基的重要组成部分,是路基直接承受列车荷载的载体,同时保护其下的基床底层填料,确保路基的整体结构性、耐久性和路基的长期稳定性。其主要功能如下。
(1)强化作用。强化路基强度和刚度,确保列车通过时的弹性变形控制在规定的范围内;
(2)消散作用。扩散列车作用在基床表面的动应力,弱化动应力对路基的重复作用影响;
(3)防侵入作用。防止道碴压入基床及基床土进入道碴层;
(4)防渗作用。排除雨水,防止雨水深入基床底层,弱化雨水的浸透、浸泡作用;
(5)防冻胀作用。防止雨水浸入路基产生冻害。
我们在对某客运专线对于基床表层所作的相应试验表明,基床表层浸泡10 h测得的值下降24%,且基床底层与基床表层分界处在模拟10 h的连续降雨状态下存在积水现象。我国高速铁路基床底层主要采用石灰、水泥改良土、碎石土、改良风化物填筑,石灰、水泥改良土在施工过程中容易因气候差异导致裂缝等现象发生,裂缝容易在渗水和列车动荷载反复作用下泥化,引起强度降低;另外,因气象因素引起的冻胀现象在一些客运专线已有所体现。因此,加强基床表层抗渗性、抗冻性尤为重要。
4 结束语
实践证明,应用上述路基施工技术和质量控制方法,路基刚度明显加强,线路稳定性提高;工后沉降和线路变形小,降低了使用后的维修保养费用;安全稳定性和旅客列车的舒适度有较大幅度的提高。