简述高速铁路路基施工技术及质量检测方法

来旭侠

摘 要：根据高速铁路路基的功能与特性，简要介绍路基地基处理、路基填筑、过渡段施工技术和质量检测方法。

关键词：高速铁路；路基；施工技术；检测方法

中图分类号： U238 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-73-2

1 高速铁路路基特点

高速度、高密度、高舒适性、高安全性是高速铁路的四大特点，高速铁路路基工程，作为一个力学结构的整体必须具备较高的抗变形能力与一定的刚度稳定性，以达到工后沉降满足运行要求，特别是无砟轨道路基在运行期间，通过调整轨道的变形量来弥补路基变形的空间是非常有限的，这就要求从设计到施工要严格控制路基、桥涵隧过渡段的工后沉降和不均匀沉降，高速铁路控制线路的工后沉降量满足要求是线下过程的最终目标，追求差异沉降、不均匀沉降为零是高速铁路线下工程的理想目标，因此说路基工程的变形控制是高速铁路质量控制的关键，采用先进科学的施工技术和检测手段进行路基施工质量控制是非常必要的。

2 高速铁路路基施工技术要求

普通铁路路基把强度作为设计的主要指标，高速铁路路基把变形作为设计的控制指标，要求在路基材料的允许强度内不能出现过量变形，高速铁路路基结构物主要由地基、基床以下路堤、基床底层、基床表层四大部分组成，各部分的主要结构模式和技术标准如下。

2.1 地基处理方式及技术要求

高速铁路路基工后沉降量的大小很大程度取决于地基处理的好坏，根据不同的地质条件和环境条件选取合适的地基处理方式。软土、松软土地基，当地表下2m范围内有软弱夹层时，采用换填或重型碾压处理，换填材料一般为改良土或粗粒料，处理后技术标准达到相应部位路基压实控制指标。地下水位较低且松软土层较浅（7m以内）的地基，采用强夯或强夯置换法加固，强夯加固的地基在施工过程采用静力触探仪确定孔隙水压力消散过程，加固完成后采用复合地基承载力、标准贯入测定加固效果。 埋深12m以内的软土及松软土地基，采用搅拌桩、CFG桩或打入桩加固处理；位于地表硬壳下的松软土及软土地基，采用振冲挤密碎石桩、搅拌桩等方法加固。不论何种地基条件，在施工前必须进行地质核查，一般每100m布置一个断面，在地层变化区加密核查，以确保地基加固方式正确，地质核查采用静力触探仪复查地层地质分布情况，加固后的地基技术质量标准达不到设计要求时必须进行分析，采取可靠的补充加固方式。

2.2 路基基床填筑技术要求

路基填筑包括基床以下路堤填筑、基床底层填筑、基床表层填筑三大部分，路基的变形大小取决于填筑材料的选择和压实状况，填料的土体颗粒特征是决定路基物理力学性能的内因，压实效果是体现土体力学性能的外因，路基质量的好坏取决于填料的选择和应用。

①路基填筑材料要求。路基填筑材料必须有足够的强度和刚度，一般基床以下路堤和基床底层采用A、B组填料或改良土进行，A、B组填料为天然的粗粒土，经过筛分加工制备，要求最大粒径基床以下路堤≯15cm，基床底层≯10cm，不同等级填料分层D15/d85≤4，级配良好，新鲜坚硬，若采用C组填料时必须经过化学或物理改良，A、B组填料压实效果不能满足设计要求时也需要根据料源的颗粒特性采取有效的改良措施。基床表层是路基直接承受列车荷载的载体，要具备强化、消散、防浸入、防渗、防冻胀等作用，填料必须采用级配良好的新鲜级配碎石或砂砾石，最大粒径60mm，0.075颗粒含量4%-10%。

②路基填筑工艺要求。路基填筑施工工艺严格按照四区段六流程进行，不同部位的填料，需进行工艺性试验确定施工参数，料源要定期复查，通过室内标准试验调整现场控制指标，填筑过程为确保路基压实质量和均匀性，每层压实厚度最厚≯30cm，最薄≮15cm，压实机具采用重型振动碾，一般为静压1遍，弱压2遍，强压2-4遍，再静压1遍，这种组合可以提高压实效果，击振力要求400-500kN，振动频率在25-50Hz，行进速度3-6km/h，填料含水量控制在最优含水2%范围以内，平整度和纵横坡满足验标偏差要求。

2.3 路桥、路涵过渡段技术要求

桥涵与路基连接部位，桥涵为圬工结构基本上不沉降或很少产生沉降，而路基作为土工结构沉降是不可避免的，路桥、路涵过渡段是路基产生不均匀沉降和差异沉降的关键部位，设计上目前采用一定长度的倒梯形结构，用掺加3%-5%水泥的级配碎石分层填筑实现圬工结构与路基的平顺连接，在施工时要严格按照分层厚度进行填筑，在与路基搭接部位采用台阶式实现过渡段与路基的密切结合，同时在圬工结构与路基连接位置设置排水结构、锥坡结构等方式以控制过渡段的变形量。

3 路基施工质量主要检测方法

3.1 动力触探检测方法

①检测目的和原理。利用一定的锤击能量，将一定规格的探头和探杆打入土中，根据贯入过程土的抗阻大小判别土层变化，进行力学分析，评价土的工程性质。动力触探分为轻型、重型和特重型，可测定不同地层地基承载力和土体变形模量，它还可以用于查明地层在垂直和水平方向的均匀程度，确定桩基承载力。

②检测要点。作业前机具安装必须稳固，在作业过程中心支座不得偏移，动力触探时应始终保持重锤沿导杆垂直下落，锤击频率控制在15～30击/min；动力触探的锤座距孔口高度不宜超过1.5m，探杆应保持垂直。

③数据处理。轻型动力触探以每层实测击数的算术平均值作为该层的触探击数平均值N10，按公式N10=8n-20计算地基承载力； 重型动力触探以每层实测击数的算术平均值作为该层的触探击数平均值N63.5，根据场不同土层特性查表取得地基承载力。

3.2 静力触探检测方法

①检测目的和原理。用来划分土层界面、土类定名、确定地基承载力和单桩极限荷载等。静力触探单桥探头可测定土的比贯入阻力，双桥探头可测定土的端阻和侧阻，为施工现场的工序衔接提供时间依据。

②检测要点。安放触探机，使用反力措施保持静力触探达到预定深度，调零后，匀速施压，在整个贯入过程中不得提升探头，每贯入0.1m或0.2m记录一次数据，探头拔出地面后，应及时清洗、检查，进行下一触探时，孔压探头的过滤片和应变腔应重新进行脱气处理。

③数据处理。单孔触探成果资料应包括：各触探参数随深度的分布曲线；土层的名称、潮湿程度或塑性状态、地下水位；各层土的触探参数值和地基参数值；孔压触探时应进行孔压随时间变化的过程采集，必要时附端阻随时间的过程曲线。

以深度为纵轴，以触探参数为横轴绘制触探曲线，其中侧阻值、修正的贯入孔压值及端阻值之间的数值比例宜取1：10：100；根据触探曲线划分土层，对主要受力层应纤细划分，对工程有影响的软弱下卧层应单独分出。

3.3 标准贯入检测方法

①检测目的和原理。用于判断砂类土密实程度或黏性土的塑性状态，评定砂类土、粉土的地震液化，确定土层剖面并可取扰动土样进行一般物理性试验。

②检测要点。检测时先用钻具钻至试验土层高程以上15㎝处，将贯入器竖直打入土层中15㎝后，以小于30击/min的锤击频率开始记录打入10㎝的击数，累计打入30㎝的击数为实测击数N；密实土层中贯入不足30㎝而击数超过50击时，应终止试验，并记录实际贯入度△s和累计击数n，按式N=30n/△s换算成贯入击数。标准贯入试验不宜少于3孔，各孔试验点的间距，在地基主要受力层内宜为1～2m，且每一主要土层的试验点数不应少于6个，测试深度超过15m时，可放宽试验点的间距。

③数据处理。剔除数据中异常值，按照检测结果确定砂类土的相对密度和密实状态，确定粘性土的塑性状态和密实状态，用于评价地基加固效果。

3.4 路基压实地基系数K30检测方法

①检测目的和原理。用于测定土体抗力指标。其原理是用直径30㎝的荷载板测定下沉量为1.25mm时地基承受荷载值。

②主要仪器设备及检测要点。K30平板荷载仪由荷载板、加荷装置、反力装置、下沉量测定装置及其他辅助设备组成，适用于填料最大粒径不大于荷载板1/4的各类土、土石混合填料及级配碎石填料，测试面必须是平整无坑洞；试验采用逐级加载，当下沉量超过规定的基准值（1.25mm），或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。

③数据处理。根据采集数据，计算地基系数K30，绘制荷载与下沉量（P-S）关系曲线。

3.5 路基静态弹性模量Ev2检测方法

①试验目的和原理。Ev2静态模量试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力和与之相应的承载板中心沉降量，来计算变形模量Ev2及Ev2 /Ev1值的试验方法；适用于粒径不大于荷载板1/4的各类土和土石混合料和级配碎石，其目的是测定路基在静态下的刚度和二次加载后的变形模量，用于评定路基静态刚度和变形性能。

②主要仪器设备及检测要点。变形模量Ev2测试仪由承载板、加荷装置、反力装置、下沉量测定装置组成。

Ev2测试场地应平整，检测时先预加0.01MPa荷载稳定30s，第一次加载分为6级，并以大致相等的荷载量（0.08MPa）逐级加载，达到最大荷载0.5MPa时卸载，承载板卸载按最大荷载的50%、25%和0三级进行；第二次加载应与第一次荷载相同，直至第一次加载最大荷载的倒数第二级为止；每级加载或卸载过程必须在1min内完成；加载或卸载时，每级荷载的保持时间为2min，在该过程中荷载应保持恒定。

③数据处理。根据试验结果绘制应力—沉降量曲线图，通过应力—沉降量曲线在0.3σmax和0.7σmax之间割线的斜率确定Ev值，变形模量公式Ev=1.5r/（α1+α2σ1max），其中Ev2/Ev1的比值可用来评定检测结果的正确性，一般不应大于2.5。

3.6 路基动态弹性模量

①试验目的和原理。采用动态变形测定仪来检测土体承载力动态指标，能够反映列车在高速运行时对路基产生的动应力和动应变的变化；Evd试验测试有效深度范围400～500mm；其目的是评定路基在动态荷载下的刚度和变形能力。

②检测要点。动态平板荷载试验仪由落锤仪和沉陷测定仪组成；测试面必须整平，检测过程导向杆的垂直度和测试面的倾斜度不大于5°，检测时严格控制落距。

③数据处理。根据实测数据，计算动态弹性模量，公式 Evd=22.5/S。

4 结语

高速铁路对路基从地基到路基本体的技术性能要求均比较高，我国在技术上注重吸收国际高速铁路的先进技术，制定了符合我国国情的高速铁路设计、施工的新技术、新标准，路基地基处理按照一次到位，不留后患的原则，采取科学合理的加固处理措施对地基隐患进行治理，路基填筑引进了双控压实标准的新概念，提出了强度与变形同步控制，这些完善的施工技术和先进的检测手段的应用为保障高速铁路建设质量起到了极大的促进作用。