高速铁路路基试验段工艺试验研究

丁宇翔

（北京铁研建设监理有限责任公司，北京 100000）

1 工程概况

某高速铁路位于北京市密云区，从平原向丘陵、低山区进入，地形逐渐陡峭。

沿途主要地质条件为：素填土：黄褐色，稍密，稍湿，主要为粉质黏土，含植物根及少量碎石。粉质黏土：红褐色，硬塑，手捏有砂感，含云母、氧化铁，土质不均，偶见砾石，地基承载力σ0=160kPa。粉土：褐黄色，潮湿，中密，含砂颗粒及少量细角砾土，地基承载力σ0=160kPa。粗角砾土：浅灰色，稍密，潮湿，主要成分以砂岩为主，一般粒径为20～40mm，最大粒径为70mm，填充黏性土，地基承载力σ0=350kPa。片麻岩：褐黄色，9.8m 以下为灰绿色，全风化，原岩结构已基本破坏，岩芯风化呈砂土状，地基承载力σ0=300kPa。强风化片麻岩地基承载力σ0=600kPa。弱风化片麻岩地基承载力σ0=1200kPa。土壤标准冻结深度为1m。

沿途水文地质条件：地下水为第四系松散孔隙水，主要由大气降水补给，对混凝土无侵蚀性。

沿线地震烈度为Ⅷ度，地震动加速度峰值为0.2g。路基中心最大填方高度12.37m，路基最大边坡高度12.69m，路基段基床厚2.7m，混凝土基床设置在基床上部，顶部结构宽8.9m，混凝土基床从上到下依次为：0.5m 厚C35 混凝土；0.8m 厚C20 混凝土；0.25m厚级配碎石掺5%水泥;基床两侧及基地范围内填筑1.15m 厚A、B 组土。

2 试验段的设置、试验目的和内容

2.1 试验段的设置

DK88+940—DK89+040 段路基作为基床以下试验段，全长为100m，计划填筑2 层。

2.2 试验目的和内容

试验目的：一是通过试验验证机械设备的性能是否满足工程施工需求。二是通过试验确定填料、压实机具、松铺厚度、最佳含水量、压实遍数等关键工艺参数，为路基填方施工提供检测依据。

试验内容：一是在保证填料种类相同、压实机械相同的条件下，进行分层碾压施工，层厚为35.4cm。明确施工期间填料含水量要求、松铺厚度要求、碾压次数要求、碾压工艺要求、施工机械组织要求，在以上要求和设计要求均相符的情况下，选用最佳机械配置开展试验，为后续路基填筑施工环节提供指导。

二是在压路机上安装连续压实控制设备、根据相关校验确定合理的VCV(振动压实值)目标值、确定压实遍数，填料类型不同、填筑层厚不同、压实机械不同、施工情况不同时，分析各种情况对振动压实值产生的影响，总结规律，对目标值进行调整，为路基施工的经济性、合理性及工程质量和进度提供依据。

3 填料的技术要求、控制要素

试验段选择级配良好的碎石粗粒土填料，按设计要求，在路基基床下方填筑A、B 组填料，控制填料粒径小于75mm。试验室针对填料比重、颗粒级配、曲率系数以及不均匀系数等指标进行试验。通过多次调整，确定的试验结果如下：

A、B 组填料所选隧道出渣，均为硬质岩（砂岩、片麻岩），无强风化材料或泥块；填料不均匀系数Cu=28.3；曲率系数Cc＝2.42；大于20mm 颗粒占31.7%；细粒（小于0.075mm）占6.2%。按照填料分组为细角砾土A 类填料，级配良好。

试验室试验确定填料属A 组填料，满足设计方案。根据《铁路工程土工试验规程》（TB 10102—2010）[1]以及《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751—2010）[2]要求，可作为基床下A、B 组填筑土。

4 路基填筑质量控制要点

试验段路基施工重点是基床下部结构的填筑施工，一般路基需要按照“三个阶段、四个区段、八个流程”组织施工。其中，“三个阶段”是准备阶段、施工阶段、验收阶段；“四个区段”为填筑区段、平整区段、碾压区段、检测区段；“八个流程”指准备施工、处理基底、分层填筑、平整摊铺、晾晒洒水、机械碾压、签证检验、整形路基。因试验段的路基较短，采用“一次性”方式组织施工，即“相同土层进行一次性填筑、摊平、碾压、验收”。路基填筑沿横断面全宽、纵向分层填筑，不产生纵向接缝。

4.1 施工测量、放样

路基试验段填筑进行测量，控制好标高后，进行路基本体中桩及边桩放样，间隔50m 距离设置边线木桩，边线长度大于设计长度50cm。

4.2 试验段填筑前准备

基底层验收合格后，采集填筑前标高，检测线路左右10m 位置及中点的3 个断面9 个点，进行A、B 组填料试验段填筑施工准备。

4.3 埋设沉降观测标

按照设计图纸、观测要求埋设沉降观测标，放置沉降标防护架。

4.4 填料控制

根据松铺厚度及1 辆自卸汽车方量等参数，计算单车填料摊铺面积，采用白灰格网标记。1 个格子倒入1 车土，以保证摊铺厚度达标。摊铺前检查填料均匀性，判断粗细颗粒是否存在离析问题。如果存在，采用人工与机械配合的方式现场拌和施工，控制填料厚度及均匀性，不得出现集料窝。

4.5 摊铺整平

确认填料最佳含水量，检测填料实际含水量，填料实际含水量与最佳含水量差异低于2%，可用于摊铺施工。若填料含水量不达标，可现场晾晒或喷洒水雾，以使填料含水量达标。

分别按照松铺厚度1 层35cm、1 层40cm 展开试验，结合同类工程施工的经验，确保填料压实系数介于0.9～1 之间，即压实之后的厚度介于30～35cm 之间，满足《高速铁路路基工程施工技术规程》（Q/CR 9602—2015）[3]中碎石类、砾石类土每层最大压实厚度不宜大于40cm(基床下）或35cm（基床底）的要求。结合前两层施工获取的压实系数，对试验厚度进行适当调整，确保路基压实度满足要求。每一层填筑时均按设计方案填筑路拱，同时满足填筑面排水要求。

4.6 碾压

摊铺整平后，测得松铺厚度、填料含水量、平整度以及横坡度符合要求后，开始碾压施工。选择20t 振动压路机均匀碾压不得搭接不足和漏碾。

碾压操作流程：使用压路机静压1 遍，后弱振碾压1 遍，再强振碾压3 遍，碾压的同时进行检测，反复操作，直至检测结果合格为止，最后使用光轮压路机静压1 遍。碾压阶段，控制速度在2～3km/h 之间，速度最大值4km/h，确保边缘填层部位充分压实，并将各填层中线、填筑边线等放出，边坡两侧填筑宽度要大于设计宽度50cm。

4.7 连续压实试验

碾压过程中同步进行连续压实校验试验，按轻度、中度和重度采集数据。在不同压实区域中，选择常规检测点位，据现行标准的要求检测指标，明确检测数据，以确定合理的VCV(振动压实值)目标值。利用试验段所得数据确定路基连续压实检测与常规质量验收指标。

4.8 路基填筑记录

路基填筑碾压的具体情况见表1、表2。

表1 路基填筑碾压记录（第1 层填料）

表2 路基填筑碾压记录（第2 层填料）

第1 层平均摊铺厚度为35cm，压实厚度为30.7cm，松铺系数=摊铺厚/压实厚度=1.140。

第2 层平均摊铺厚度为40.4cm，压实厚度为35.4cm，松铺系数=摊铺厚度/压实厚度=1.141。

4.9 压实检测

单层材料碾压4～7 遍后，用K30 平板载荷仪检测K30 地基系数，采用灌砂法检测压实系数K，用动态变形模量测试仪检测动态变形模量Evd，同时进行平行试验，对比结果，每碾压1 遍，检测6 点，直至检测结果达标。

4.10 试验检测及填筑碾压情况

第1 层填筑试验摊铺厚度为35cm，初始确定碾压遍数组合为：静压1 遍+弱振1 遍+强振n 遍+静压收光1 遍，压路机运行速度为2km/h。强振2 遍后检测压实系数K、地基系数K30、动态变形模量Evd；振动4 遍后各参数均满足设计要求。当压路机的运行速度为2km/h 时，静压、弱振、强振、静压遍数分别为1 遍、1 遍、4 遍、1 遍，以上碾压组合能够达到设计值要求。

第2 层填筑试验摊铺厚度为40.4cm，初始确定碾压遍数组合为：静压1 遍+弱振1 遍+强振n 遍+静压收光1 遍，压路机运行速度为2km/h。强振3 遍后开始检测压实系数K、地基系数K30、动态变形模量Evd，振动4 遍后各项参数均满足设计要求。当压路机行驶为速度2km/h 时，静压、弱振、强振、静压遍数分别为1 遍、1 遍、6 遍、1 遍，以上碾压组合符合设计标准。

根据两层试验结果，基床下路基填筑的摊铺厚定为35cm，20t 压路机速度在2～3km/h，静压1 遍+弱振1 遍+强振3 遍+静压收光1 遍后试验所得各项指标均能满足压实系数K≥0.92、K30≥110MPa/m 的要求，静压1 遍+弱振1 遍+强振4 遍+静压收光1 遍后试验所得各项指标均能满足压实系数K≥0.95、K30≥130MPa/m、EVD≥40MPa 的要求，且各项施工参数组合的施工效果最理想,可达到良好压实效果。

5 改善存在的问题

通过此次路基工艺试验，确定了路基施工的工艺参数，为确保路基工艺试验能更好地推广，对此次试验中存在问题加以改善。

一是应加强A、B 组填料生产过程的控制，防止现场局部出现集料窝现象。

二是及时梳理排水系统，防止雨水浸泡路基填方。

三是应严格按照标准化要求进行加工制作沉降观测标防护架。

四是应加强对沉降观测标周围的碾压。

6 结论

根据试验路段的土方填筑现场试验结果，得出如下结论：

其一，松铺厚度最合理值为35cm，松铺系数应设定为1.142。其二，当K30 合格值为130，A、B 组为细角砾土，压实厚度为30cm 时，连续压实VCV(振动压实值)目标值为293。其三，最优化的机械组合是：压路机2 台、装载机1 台、挖掘机2 台、20m3运输车8 台、推土机2 台、平地机1 台。其四，基床下方路基填筑施工中，当厚度在8m 以内时，碾压遍数参数为：一静压1 遍，二弱振1 遍，三强振3 遍，四静压1 遍，控制压实系数K≥0.92、K30≥110MPa，既符合设计要求，又能达到验收标准；当高度超过8m 时，碾压遍数参数为：一静压1 遍，二弱振1 遍，三强振4 遍，四静压1 遍，控制压实系数K≥0.95、K30≥130MPa/m、EVD≥40MPa。其五，碾压速度值为2～3km/h 时碾压效果最理想。其六，填料含水量为控制在3.9%时碾压效果最理想。