铁路路基水沟基底轻型压实方法及标准研究

孙嘉良

(中国铁建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

水是造成路基病害发生和发展、影响路基稳定与安全的重要原因，路基排水沟就是为了保证地表和地下水顺利汇集、排出所采取的措施。地表排水设施主要有侧沟、边沟、天沟、截水沟、吊沟(急流槽)等[1－3]。地下水的渗流和侵入也会对路基强度和耐久性造成影响，圬工加固强度、水沟地基强度及圬工与地基的结合强度，都是影响排水设施强度的重要因素[4－8]。排水设施应与地基良好结合，防止初期破坏，当地基强度较低时，地基土遇水变形过程中可能导致排水设施破坏，当圬工与地基间结合不密贴时，可能出现圬工与地基土间发生位移、掏空等病害[9－10]。现场实际情况表明，水沟基底的压实质量对水沟的整体质量和寿命有很大影响。因此，路堤排水沟开挖后，需要对底部进行压实处理，以免水沟因沟底沉降而发生开裂等损坏。但目前我国现行的《铁路工程路基施工质量验收标准》(TB 10414—2018)中尚无对水沟沟底压实标准的要求，且由于受到场地边界等因素的影响，水沟基底无法使用大型压实设备进行碾压。因此，有必要对水沟基底的压实方法、压实质量控制指标和控制标准进行研究。

2 水沟基底压实方法

由于水沟沟底较窄，大约只有30～50 cm，即使小型压路机都无法进入，同时，相对于路基等重要承载部位，水沟基底对压实标准要求相对较低。课题组选用振动平板夯、手扶压路机、振动冲击夯对路堤边沟和站场排水沟基底进行碾压遍数和压实系数K、动态变形模量Evd的对比试验研究[11－12]。

课题组对路堤边沟进行对比试验，根据筛分资料，路堤边沟基底属于粉土(原状土)。试验结果如图1、图2所示。

图1 不同压实机械压实路堤边沟基底碾压遍数与压实系数关系曲线

图2 不同压实机械压实路堤边沟碾压遍数与动态变形模量Evd关系曲线

由试验结果可知，无论采用哪种压实方法均能将该试验路堤边沟基底压实。其中振动平板夯和手扶压路机的压实效果基本相同，动态变形模量Evd、压实系数K均随着碾压次数的增加而增加，当压实到第5遍时趋于平稳，再增加压实遍数动态变形模量Evd、压实系数K均变化不大。振动冲击夯在压实到第4遍时检测数据趋于平稳，再次增加压实遍数动态变形模量Evd、压实系数K均变化不大。由于振动冲击夯的压实次数较难统计和计算，压实次数受操作人员影响很大[13－14]。

课题组又对站场排水沟基底进行对比试验，根据筛分资料，站场排水沟基底属于B组填料，是在已压实的路堤上开挖而成。试验结果如图3、图4所示。

图3 不同压实机械压实站场排水沟基底碾压遍数与压实系数关系曲线

图4 不同压实机械压实站场排水沟基底碾压遍数与动态变形模量Evd关系曲线

无论采用哪种压实方法均能将该试验站场排水沟基底压实。其中振动平板夯和手扶压路机的压实效果基本相同，动态变形模量Evd、压实系数均随着碾压次数的增加而增加，当压实到第6遍时趋于平稳，再增加压实遍数动态变形模量Evd、压实系数均变化不大。振动冲击夯在压实到第7遍时检测数据趋于平稳，再次增加压实遍数动态变形模量Evd、压实系数均变化不大。

3 压实质量控制参数

德国相关标准规定管道坑槽的回填材料应碾压密实，压实质量控制参数采用压实系数Dpr(轻型击实标准的压实系数)控制，与我国《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)类似。另外，由于动态平板载荷试验省时省力，且可以在狭窄空间作业，动态平板载荷检测方法在管道沟渠开掘中获得广泛应用。一般是，通过动态平板载荷试验与密度试验的对应关系，因地制宜地确定沟槽压实质量的动态平板载荷试验值，但是在较重要的场地(部位)，必须至少进行一次密度测试来验证动态平板载荷试验检测结果的可靠性。

澳大利亚有的州，为保证沟槽施工质量，公路部门对于沟槽回填施工制定了压实标准。沟槽包括敷设管道的沟槽和穿过路堤设置涵洞沟槽，沟槽压实要求为:槽底的压实系数K(轻型击实标准)不小于1.0，回填压实系数K(轻型击实标准)不少于0.95。对于一般管道的地基要求压实系数K(重型击实标准)不小于0.93，回填压实系数K(重型击实标准)不少于0.95。

我国铁路路基验收标准中没有对水沟沟底压实标准的要求，《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中规定，对于刚性管道沟槽回填土灰石土垫层压实系数K不小于0.93(重型击实标准)，压实系数K(轻型击实标准)不少于0.95，柔性管道沟槽回填土管底基础压实系数K(轻型击实标准)不少于0.90。

从国内外情况看，水沟基底压实质量控制参数主要采用密度指标压实系数，但由于水沟沟底空间狭小，在压实系数试验中，往往操作较为困难，且易产生误差。动态变形模量Evd指标已广泛应用于我国铁路路基压实质量控制，其操作简便、检测速度快、便携的特点，适合用于路基特殊部位检测，且德国已有相关应用。因此，课题组研究采用动态变形模量Evd指标评价水沟基底压实质量的可行性和相关标准。

4 水沟基底压实标准研究

在铁路路基工程中，无论是路堤排水沟还是路堑侧沟，其大多位于天然地层中，而天然地层细粒土往往较多。因此，课题组对粉土(细粒土)和B组填料(粗粒土)进行了压实系数K和动态变形模量Evd对比试验，试验结果如图5、图6所示。

图5 粉土Evd与压实系数拟合关系

图6 B组填料Evd与压实系数拟合关系

通过数据拟合分析，分别对上述两种填料进行分析，其拟合公式如下:

粉土拟合公式为:y＝268.12x－212.08；R＝0.889 8。

B组填料拟合公式为:y＝265.65x－205.53；R＝0.844 5。

参考《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中对管道沟槽基础填土压实系数K应不小于0.90的规定，根据现场试验数据分析结果，给出初步的铁路水沟沟底基础压实质量控制指标建议值，具体分析如下所示:

粉土拟合公式为:Evd＝268.12K－212.08，当压实系数K等于0.9时，动态变形模量Evd为29.2 MPa。

B组填料拟合公式为:Evd＝265.65K－205.53，当压实系数K等于0.9时，动态变形模量Evd为33.6 MPa。

粉土(细粒土)的动态变形模量Evd与压实系数K之间的相关系数为0.889 8，B组填料(粗粒土)的动态变形模量Evd与压实系数K之间的相关系数为0.844 5，说明粉土和B组填料的动态变形模量Evd与压实系数K存在着一定的相关性，采用动态变形模量Evd指标控制压实质量具有可行性。

通过以上分析可知，当压实系数K等于0.9时，粉土(细粒土)和B组填料(粗粒土)其动态变形模量有些许差别，因此对不同类型的水沟沟底填料，宜制定不同的动态变形模量Evd压实标准，即细粒土地基Evd≥30 MPa，粗粒土地基Evd≥35 MPa。

5 结束语

(1)无论采用哪种小型压实机械均能将水沟基底压实，其中振动平板夯和手扶压路机的压实效果基本相同。但因为水沟基底空间狭小，更宜使用平板振动夯或振动冲击夯进行碾压。

(2)从动态变形模量试验特点及现场试验得出的粉土和B组填料的动态变形模量Evd与压实系数K相关关系可以看出，采用动态变形模量指标控制水沟基底压实质量具有可行性。

(3)建议在具体工程中可采用动态变形模量指标作为快速检测手段判断水沟基底压实质量，抽检压实系数指标作为补充验证。采用动态变形模量指标时，可参考以下建议值，如表1所示。

表1 水沟基底压实控制指标及控制标准建议值