哈罗铁路硫酸岩盐路基填筑施工技术

刘贺业,李凯崇,程建军,刘卫红

(1.中铁西北铁路科学研究院有限公司,兰州 730000； 2.石河子大学,石河子 832022；3.乌鲁木齐铁建工程咨询有限公司,乌鲁木齐 830002)

哈罗铁路DK298+130～DK383+934段有89 km处于罗布泊盐湖平原区,该区段海拔650～700 m。地表无植被,呈现茫茫“盐漠”景观,自然条件恶劣。由于岩盐中含有的硫酸盐、氯化盐等有机物。导致岩盐路基可能出现翻浆、溶蚀、松胀、膨胀等路基病害,影响路基稳定性。在路基填筑过程中应给予充分的重视。

1 气象、地质条件

哈罗铁路岩盐路段位于罗布泊地区,其最高气温48 ℃,最低气温-22.7 ℃,昼夜温差达38.2 ℃。年最大蒸发量达5 070.4 mm,年降雨量38.5 mm,5～8月为最大降雨月份,月降水量5～10 mm,平均7.6 mm,最大降水量一般出现在7月,可达29.3 mm,其他月份一般在1～3 mm。年平均相对湿度为37.5%。

2 试验段的选取和施工

2.1 试验段的选取

试验工程选址主要遵循以下原则：

(1)所在地段岩盐成分或地质情况具有代表性；

(2)地下水位较浅；

(3)路堤高度具有代表性；

(4)交通较为便利,方便试验设备和人员进出；

(5)应在铁路正线上,试验工程依托正线工程亦可为正线工程所用,节约投资。

根据以上原则,在认真分析现有勘察资料的基础上,选择典型盐岩路基段DK347+700～DK348+200展开盐岩作为路基填筑材料的路基填筑质量现场试验,并进行路基基底和路基本体的沉降观测。

2.2 路基填筑技术

基底处理采用4种方式。

(1)DK347+700～DK347+900段基底进行冲击碾压,地基冲击碾压前应先对基底大致整平,使碾压机能够在盐壳上行驶碾压,冲击碾压机能量采用30 kJ。

(2)DK347+900～DK348+000段基底进行重新碾压,采用250 kN振动重型碾压机,碾压前对地基浇洒卤水浸润透后进行碾压。

(3)DK348+000～DK348+100段基底进行重锤夯实,对原地面地起伏较大处推平处理,后浇洒卤水,再进行处理。重锤自重260 kN,起锤高度15.5 m,进行满夯施工,锤击点搭接10～20 cm。

(4)DK348+100～DK348+200段基底挖除含溶蚀空洞的盐壳层,回填岩盐,挖除宽度为路基基底范围,厚度为0.6 m。

2.3 路堤填筑

路肩以下0.6 m处铺设复合土工膜隔断层,复合土工膜沿线路横向铺设、纵向搭接,横向铺设时由路基中心线沿路拱向两侧平铺,其搭接宽度不应小于0.3 m,并在复合土工膜上、下各设置0.10 m厚的中粗砂保护层。复合土工膜采用质量750 g/m2,渗透系数不大于10-11cm/s,断裂强度大于18 kN/m,顶破强度大于3.6 kN,撕破强力大于0.48 kN,膜厚大于0.30 mm,耐腐蚀、抗冻及抗高温性能较好的材料。

路基填料选取地表0～6 m盐壳纯净的岩盐作为填料进行填筑,采用200 kN压路机静压1遍,按照最佳含水率控制匀洒卤水,采用K30及孔隙率双控指标。填料松铺厚度控制在30～35 cm以内,现场确定采用的压实工艺为“静压1遍、洒卤水、振压3遍、静压1遍,然后测定K30及孔隙率”。路基填筑工艺流程见图1。

图1 路基填筑工艺流程

3 路基沉降观测

3.1 沉降板的埋设

在试验段4种路基处理方式中每种选取2个断面进行沉降板埋设,共8个断面。每个断面埋设3个沉降板。从小里程开始,编号从1到8。每个断面中间沉降板的位置在路基基底,另2个分别布设在路基表层下60、70、80、90、100、110、120、130 cm处,每个断面埋设1个沉降桩。

沉降板的埋设要求：用岩心管钻成孔,孔径φ108 mm,要求钻孔深度范围内中心偏移不大于4 cm,成孔深度的误差为±5 cm,成孔后清理孔底浮渣,浮渣厚度不能大于5 cm,清渣处后下入沉降测杆,用水平尺测量确保沉降测杆安放垂直,再往孔内填中粗砂,大约回填至1 m左右后,下入沉降保护管,用中粗砂回填至孔口,沉降板安装过程中应注意两方面,一是孔底浮渣要尽量清理干净,二是沉降测杆的垂直。试验段沉降板布置见图2。

图2 试验段沉降板布置断面(单位：m)

3.2 沉降观测结果

沉降变形观测采用集合水准的测量方法,按二等水准测量精度施测,施工前在工点附近埋设4个基准点,基准点设在不受施工影响和便于观测的地方,观测频率为2次/月(正为向上,负为向下)。

经过近1年的观测,在4种基底处理方式的沉降情况见表1、表2。

表1 基底处理后变形量

表2 基底处理方法经济评价

由表1可以看出,路基变形量大多为负值,说明路基基底的变形以沉降为主,基底的盐胀变形不是很明显。从变形量可以看出,重型碾压的变形量最大,其值为-4.62 mm和-3.33 mm,换填的变形量最小,其值为1.17 mm和-2.95 mm。说明其中重型碾压的效果最差,换填的效果最好,但仍都满足《铁路路基设计规范》中二级铁路沉降量不大于30 cm的要求。表2给出重型碾压法、强夯法,冲击碾压法的施工单价,换填是回填岩盐再进行重型碾压，单价显然比重型碾压高。从经济性方面比较,建议采用施工成本最低的重型碾压法作为岩盐路基基底的处理方法。

从表3可以看出路基的基床表层以盐胀为主,最多盐胀量为7.30 mm。变形量以正值为主,说明路基本体变形主要表现为盐胀。由于岩盐中硫酸盐含量的不均匀,引起变形量不同,但满足《铁路路基设计规范》的要求。

表3 表层各个测点变形量

由路基各层的沉降数据,分析了岩盐路基的变形特征。在路基表层下1 m以内,路基本体变形从盐胀开始,然后出现沉降—盐胀—沉降的波浪形变化,并逐渐趋于稳定(图3)。路基表层下1 m以下,路基本体变形从路基沉降开始,一直延续到4月份开始出现盐胀现象。之后出现盐胀—沉降—盐胀的波浪形变化(图4)。

图3 路基表层下1.0 m以内代表沉降曲线

图4 路基表层下1.0 m以下代表沉降曲线

路基温度越靠近地表受外界环境的影响越大,图5为热敏电阻观测的地表和地面以下1 m处地温随时间的变化曲线。岩盐路基的变形是路基的正常沉降变形和盐胀变形叠加的结果。分析相关数据还可得出,路基在观测开始后到4月份,这段时间路基表层1 m以内相比路基表层1 m以下受其影响较大,而且由于随着路基深度的增大,土压应力增大抵消掉了部分岩盐的盐胀力。引起地表的变形体现为盐胀变形,而1 m以下则为路基沉降。在4月份之后由于受施工车辆的荷载和盐胀的双重影响,路基1 m以内出现涨降循环的现象,而1 m以下受其影响较小,并且路基的正常沉降越来越小。把其盐胀性凸显出来。

图5 地温随时间变化曲线

4 结论

(1)在重型碾压、冲击碾压、重锤压实、换填4种基底处理方法中,从变形量来看,换填的效果最好,重型碾压的效果最差。4种基底处理方法都满足规范要求,从经济性方面综合考虑,建议采用施工成本最低的重型碾压法作为岩盐路基基底的处理方法。

(2)路基本体的盐胀变形比较明显,主要是由硫酸盐的盐胀特性引起的。由于路基硫酸盐含量的不同,产生路基变形不均匀,但仍满足规范的沉降要求。

(3)对比不同深度的沉降数据,在路基表层下1 m以内,路基本体变形从盐胀开始,然后出现沉降—盐胀—沉降的波浪形变化,并逐渐趋于稳定。路基表层下1 m以下,路基本体变形从路基沉降开始,之后出现盐胀—沉降—盐胀的波浪形变化。

(4)在近1年的观测结果看,验证了硫酸岩盐作为路基填料是可行的,这样免于外运填料,节约了成本,缩短了工期。

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