高原多年冻土区块石路基施工技术问题探讨

张爱忠

(中铁十二局集团有限公司，山西 太原 030024)

青藏铁路格拉段全长1 142 km，其中穿越连续多年冻土区550 km。块石路基是青藏铁路格拉段高原多年冻土区路基采取的主要工程措施之一，其结构形式是在路堤下部设置块石层，利用块石层的冷开关作用，降低堤身和路基基底的地温，从而达到保护多年冻土的目的。多年以来，国内外多家科研机构多次进行了多年冻土区块石路基的试验研究，并取得了丰富的试验数据，积累了可贵的经验。2001年，铁道部青藏铁路建设指挥部组织科研、施工单位在青藏铁路清水河试验段、北麓河试验段对块石路基进行了试验研究，取得了阶段性试验成果，从而使块石路基在青藏铁路高原多年冻土区路基工程中得以广泛应用。

不冻泉至可可西里段(第六和第十一标段)位于青藏高原多年冻土区，大部分土质为细粒土。本段线路长度为73.253 km，路基长度为50.683 km，其中高含冰量冻土地段采取了块石路基，全长17.665 km，填块石总量为63万m3(不含热融湖塘路基工程量)。在施工过程中，中铁十二局集团有限公司成立了课题组，对块石路基施工技术进行了研究。

1 块石路基施工

青藏铁路第六和第十一标段采用的块石路基设计措施是在路基基底设一层土路拱，路拱最小厚度为30 cm，原地面为平地时，路拱做成人字坡，原地面为斜坡时，路拱做成单面坡。路拱上设1.0～1.2 m厚块石层，其顶部分别设0.2 m厚碎砾石和0.2 m厚中粗砂反滤层。块石粒径要求为20～40 cm。图1为块石路基横断面设计图。

图1 块石路基横断面设计(单位:m)

1.1 路拱施作、地表处理采取的措施

1)路拱的作用。在块石层下设土路拱，作用是防止地表水进入路基基底，避免减弱块石层的效果。

2)现场发现的问题。青藏铁路第六标段部分地段路基范围地表低洼，如按30 cm厚度填筑路拱，则不能有效防止地表水进入块石层的底部，将减弱块石路基的效果。

3)解决措施。将低洼地段路基范围及附近的坑洼采用粗粒土填平，然后填筑路拱，使路基坡脚高于路基以外地面，避免地表水进入路基基底，取得了相当好的效果。

1.2 块石生产工艺及质量控制

1)清水河试验段块石路基施工质量控制

2001年9月—11月，在清水河试验段DK1 025+550—DK1 025+600段块石路基的施工中，采石场采取人工配合挖掘机挑选块石，施工工效低，且容易使大小石块混入，施工进度缓慢，平均每台挖掘机每台班选料不足200 m3。

2)2002年块石生产工艺的改进情况

2002年3月至6月在五道梁GK3022左采石场进行了块石生产工艺试验，对块石粒径控制采取了多种措施进行试验。选料是控制块石质量的关键。在采石场工作面设置了筛分台，筛分台采用工字钢搭建。长9 m的I20工字钢，按20 cm间距布置，倒扣放置，坡度为1∶1，台下净空满足装载机作业要求。采用挖掘机进行初选，将＞40 cm块石挑选出来，进行解小或采用冲击气锤分解;初选出的料用装载机装运至筛分台进行筛分，将 ＜20 cm的石块筛除，用于块石层顶面找平，筛分后的块石运至工地。根据现场统计分析，PC200挖掘机每台班可选料400～450 m3。采石场在配置一套筛分台，一台冲击气锤(用 PC200挖掘机改装)，7～8台挖掘机的情况下，每日可选料3 500 m3。

1.3 块石层填筑成型工艺的研究

1)清水河试验段块石路基填筑成型工艺试验

清水河试验段DK1 025+550—DK1 025+600段块石层设计厚度为1.5 m，块石粒径要求为20～40 cm，块石层下填筑30 cm厚粗粒土，块石层上设30 cm厚圆砾石垫层，垫层顶设一层防渗土工布。

2001年9月—10月，进行了块石现场工艺试验。首先采用压路机对原地面进行了碾压，填筑了30 cm厚砾砂土，填层顶面做成4%的人字形横坡，碾压密实。块石填筑采用先低后高、先两侧后中央倾填、水平分层填筑的方法，分层厚度为50 cm，采取人工配合挖掘机进行填筑，边坡采用人工整理成型。采用YZ18t振动压路机进行碾压，碾压时先两侧后中间纵向进行，反复碾压，行与行之间重叠0.4 m以上，前后相邻地段重叠2.0 m以上，碾压遍数试验确定为4～6遍。

2)第六标段块石层填筑成型工艺试验

第六标段DK1 041+730—DK1 042+910段块石路基，块石层设计厚度为1.2 m，块石层下设30 cm厚土路拱，块石层以上依次设20 cm厚碎砾石反滤层和20 cm厚中粗砂反滤层。

2002年5月—6月，在现场进行了成型工艺试验。路拱填料采用砾砂土，采取全宽填筑。采取“半幅施工、半幅通车”的方法填筑块石层，解决车辆行驶问题。总结清水河试验段的施工经验，将块石层一次倾填到高程，采用人工配合挖掘机进行填筑，块石层顶面用粒径为5～10 cm小石块找平封闭。采用YZ18t压路机振动碾压6～8遍，碾压时先两侧后中间纵向进行，行与行之间重叠0.4 m以上，前后相邻地段重叠2.0 m以上。反滤层填筑从一端依次推进。经过现场碾压工艺试验，得出块石层、反滤层填筑碾压工艺参数见表1。块石层边坡采取人工进行整理。经施工中统计，1台挖掘机需50人配合，每日可完成填筑块石700～750 m3。

表1 块石层、碎砾石、中粗砂层填筑碾压工艺参数

在试验过程中，针对存在的问题，并采取了下列措施:

1)采用插钢筋纵横向挂线的方法，控制块石层的厚度，防止超欠填。

2)在第二个半幅块石层填筑前对路拱重新整平碾压，确保路拱的平整度;左右幅块石层搭接处预留1 m宽的搭接台阶，保证块石层的整体性。

3)块石层顶面先用5～10 cm小石块找平封闭，再填10 cm厚的碎石层人工挂线整平，然后采用自重不小于18 t的压路机碾压。

4)块石层完成后在护道和边坡上盖上彩条布，防止散落下的填料堵塞块石层孔隙。

2 块石路基施工技术要点

2.1 施工工艺流程

块石路基施工工艺流程见图2。

图2 块石路基施工工艺流程

2.2 施工工艺要点

2.2.1 施工准备

1)料源选择及备料:开工前进行料源调查，根据环保要求选择采石场位置，及早备料。

2)施工机械、劳力配备:根据工程量和运距合理配备施工机械、车辆、劳力，适当留有富余。

3)熟悉资料和现场调查:认真熟悉设计图纸及文件，充分领会设计意图;详细调查现场地形地质情况，以便确定合理的施工方案和切合实际的处理措施。

4)测量放样:准确进行路基边桩放样，在边线上插彩旗，设限界标志，防止超欠填现象发生。

2.2.2 基底处理及路拱填筑

根据《高原多年冻土区路基(含环保)施工技术细则》要求，进行路基基底处理和路拱填筑。路拱填料采用粗粒土，最小厚度控制在30 cm，使路基坡脚位置高出路基以外地面。路拱顶面做成人字形排水坡或单面坡，坡度控制在2% ～4%。

2.2.3 块石开采及质量控制

块石的粒径控制的好坏，直接关系着通风效果。因此，块石的生产是块石路堤施工中的质量控制关键。在采石场控制块石质量，可有效防止不合格块石进入施工现场。

2.2.4 块石层填筑

1)块石施工现场每个工作面设备机具配备见表2，相应配备劳力50人。

表2 块石通风路基现场设备机具配备

2)块石层填筑施工。块石层按设计一次倾填到位。采取后倾法填筑块石，人工配合挖掘机进行块石层整形，边卸车边整理。按顺序一次整理成型。

2.2.5 碎砾石及中粗砂反滤层施工

1)块石施工完毕经验收合格并经监理工程师签认后，方可进行碎砾石施工。

2)碎砾石施工前，先行在块石边坡铺设彩条布或其它材料(伸入护道顶面50 cm)，以防碎砾石滑入边坡堵塞空隙，从而影响通风效果。

3)填筑前，在块石顶面上用白灰线划出方格网，按照方格网进行布料。

4)插杆挂线控制碎砾石虚铺厚度，推土机配合人工摊平，YZ18t压路机碾压，碾压采用静压法。检测合格后，进行中粗砂填筑。

5)中粗砂施工前，首先需对中粗砂进行外观、筛分检验，要求选用颗粒级配良好、质地坚硬耐久的中粗砂，砂中不得含有杂草、垃圾及粒径＞10 mm的石块等杂质，含泥量不得大于5%。

6)中粗砂填筑方法与碎砾石基本相同。

2.2.6 路基土方填筑

块石路基完成后，其上部的路基土方填筑严格按照“四区段、八流程”工艺施工。为防止在施工过程中造成块石层边坡块石孔隙的堵塞，路基填筑过程中仍然在边坡上覆盖彩条布。

2.3 质量控制要点

1)路拱填筑。严格控制填料质量，并确保路拱面平整度、高程、横坡及压实度达到验标要求。

2)块石层填筑。重点控制块石粒径，在料源上把关，不合格的块石严禁运往工地。另外要保证块石层的厚度符合设计要求，顶面找平时将孔洞堵塞严密，保证通风效果。

3)反滤层铺设。严格进行碎砾石层、中粗砂的选料，严格控制粒径、级配、细度模量、含泥量等各项指标。填筑时，控制好虚铺厚度、碾压遍数，保证压实度和平整度。

3 小结

1)块石路基施工宜安排在暖季初进行，以减少带入路基的热量。如在暖季施工，将路拱施工安排在每日温度较低时段进行。

2)路拱采用粗粒土填筑，厚度不小于30 cm，路拱横坡达到4%是必要的，其目的是保证地表水不进入路基基底。路拱填料、块石、碎砾石、中粗砂的备料应提前进行。

3)施工中，严格控制块石粒径。块石粒径要在采石场控制，从源头上解决。振动气锤用于大石块解小，效率较高。

4)严格做好块石层顶面的封闭，防止上部的碎砾石渗入块石层的孔隙中影响通风效果。

5)在反滤层和上部路基填筑时，在块石层边坡上覆盖彩条布，可有效地防止填料落入块石层。

[1]田亚护，温立光，刘建坤.季节冻土区铁路路基变形监测及冻害原因分析[J].铁道建筑，2010(7):104-107.

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