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摘 要:文章介绍了铜九铁路填石路堤试验段试验,通过对路堤填料粒径、松铺厚度、压实机械及压实遍数等工艺参数分析,制定了填石路基填筑质量控制施工参数,作为控制施工质量的重要指标。
关键词:填石路基;施工工艺;地基系数;控制
中图分类号:U418文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0049-03
1 简述
铜九铁路设计为单线I级铁路,路基填料要求基床以下路堤为C组以上填料、基床底层B组填料、基床表层为A组填料。路基标准横断面如图1。铜九铁路第四合同标段位于安徽东至县境内,处于山陵微丘区,沿线土地肥沃,植被良好,森林茂密,环境优美,地层地质多高、弱膨胀土和石炭岩,填料相对缺乏,因此路基挖方和隧道开挖的石料就成为填筑路堤的利用填料,一是就地取材,少占耕地,以挖作填可降低工程造价,解决了填料匮乏的难题;二是石料破碎压实后,强度高、密度大、沉降小,是良好的填方材料,符合设计A组和AB组填料要求。
因此,为指导本项目填石路基施工,选取DK148+800~DK149+000做为标准试验段,该段填土高10.6 m,填筑底宽度42 m,填料选自DK147+650处挖方段。通过对松铺厚度、压实遍数、机械设备、地基系数等压实参数和指标的分析,制定了填石路基压实工艺参数,并作为质量的相对控制标准,在施工过程中起到了较好的效果。
2 标准段试验
2.1 试验目标
确定达到最佳压实质量时的工艺参数,压实质量采用地基系数指标控制;在现有上场机械设备中,选择合适的碾压机具;明确压实遍数与压实质量(地基系数)的关系;确定填料松铺厚度、机械碾压行驶速度。
2.2 填料松铺厚度的拟定及粒径控制
标准试验段长度200 m,根据铁路现行施工及验收规范要求,结合现场路堤设计数据,即要满足压实后不大于检测方法所控制的层厚,也要达到设计要求的压实标准,故拟定虚铺厚度分别为40 cm、60 cm、80 cm。由于铁路基础设计速度为140 km/h,要求工后沉降较小,从有利于压实考虑,石块粒径5 cm~10 cm,占填料的85%以上,最大粒径不超过15 cm,否则应予剔除。考虑块石破碎难易程度及便于现场操作控制,允许极个别石块最大尺寸不得大于层厚的2/3。
2.3 碾压设备的选用
填筑石块粒径必须在上路基前破碎到小于15 cm,为使填料碾压紧密咬合、嵌紧,故需选用自重较大的重型压路机碾压。块石尺寸较大,缝隙、蓬松、架空、松散现象较多,空隙率过大,路基如不压实,极易造成局部塌陷。而要使松散的石块密实,根据有关施工技术和经验,振动是一个有效办法,因此宜选用高频低幅振动压路机。因此,本试验段路基碾压机械选用了25 t、50 t的钢轮震动压路机。
2.4 摊铺及整平
将开挖破碎合格的石块,运至试验段,按初步计算的布料间距堆卸,用T140型推土机摊铺平整,个别不平整处,人工配合找平。划网格及立标杆法控制虚铺层厚,石块应大小拱合拱配,相互嵌塞紧密稳固,石隙应用小石块或石屑填满,层厚均匀、顶面大致平整。
2.5 碾压工艺流程
严格按传统路基“四区段,八流程”工艺控制,即填筑区、平整区、碾压区、检验区;施工准备、基底处理、边坡码砌、分层填筑、摊铺平整、振动碾压、检验签证、路面整修。注意纵横向重叠碾压宽度。
2.6 压实质量测点的布置
填料由于粒径较大,在碾压过程中粒料易咬错松动,表层松散,影响检测效果,故在规范要求的基础上,加密检测点,纵向每50 m每填筑层检查2个断面6个点,每断面中间一点,每侧距填层边沿2 m处一点。确保测试结果的准确性,并据此制定填石路堤的压实工艺标准。检测点不能设在大石块上,如遇则移。
3 压实效果检测方法
主要试验方法分别按以下几种情况进行:松铺厚度一定,碾压机具不同;松铺厚度和碾压机具相同,行驶速率不同;松铺厚度、碾压机具、行驶速率相同情况下,达到最佳压实效果时的碾压遍数;碾压机具、行驶速率和碾压遍数相同,松铺厚度不同。
每100 m设为一个试验区段,分别用25 t和50 t钢轮震动压路机按拟定的试验方法和施工规范要求的碾压措施进行碾压,一直到每个区段达到最佳的压实效果为止,并记录有关技术工艺数。
每步压实效果检测方法:每填筑一层采用K30平板荷载仪检测一次压实效果。由于地基系数测试时间相对较长,为便于在碾压过程中,快速记录各阶段工艺参数,可利用精密水准仪先测量各测点高程并记录,作为碾压下沉值,同时测孔隙率。
每层每碾压一遍,测试记录一次压实工艺参数。在测压实质量时,如某一层已达到设计压实质量,然后继续碾压2遍,取3次测量的平均值,如在压实效果的允许范围内,则停止碾压;或水准仪测量的相应点高程的2次误差在允许范围,则该层的压实质量符合要求;或在低幅高频碾压出石粉石屑后,洒水继续碾压,石屑不在渗透,无明显车辙轮痕,可认为达到要求。否则,继续碾压,重新测试各测点高程,和上次的测试结果相比较,直至相邻2次高程之差在允许误差内,然后进行下道工序施工。
允许误差的确定。考虑测试过程中人员读数、仪器本身误差、现场环境及测试操作过程对测点的影响,按规范及经验确定,高程误差允许范围5 mm以下,K30荷载仪测定的地基系数允许误差在1%以内。
由于基床表层设计厚度为60 cm,为便于控制压实质量,分两层填筑,填料最大粒径不得大于10 cm。基床底层及基床以下路堤按拟定的厚度进行试验,填料粒径控制在15 cm以内。
4 试验结果分析
4.1 碾压遍数与压实效果关系
开挖段石料均为石灰岩,石质硬,粒度均偏大,为便于摊铺碾压,开挖时设计合理的爆炮的方法,并经机械破碎后,粒径尽力控制在15 cm以下。试验同时采用路基表面沉降量、地基系数确定碾压遍数的方法,分析评价路基碾压的压实程度,从图2中可以看出,碾压至一定遍数后,沉降量趋向平缓,且碾压表面已无轮迹,说明填石路基已处于密实状态。从图3中,碾压到7~8遍后,碾压遍数与地基系数曲线逐渐平直,地基系数不再增加,路基也逐步达到路基各结构层的设计和规范要求的压实指标。图2、图3也说明采用沉降量和地基系数来测定压实遍数是一致的。
4.2 松铺厚度与碾压遍数关系
本次试验主要是根据基床以下路堤填筑选取工艺参数,表1是不同压实机械碾压下,地基系数满足设计和规范时,不同松铺厚度对应的碾压遍数,从表中可以看出,使用50 t的钢轮震动压路机碾压松铺80 cm厚的填层,碾压遍数增加,效率不太合理。相对而言,如路基设计高度大,松铺60 cm比松铺40 cm机械利用率高,能提高工程进度和经济效益,考虑到K30荷载板有效测试范围,施工时采用松铺厚度60 cm来控制施工比较合理。
4.3 碾压机械与压实结果关系
图2、图3中的压实曲线是基床以下路堤松铺厚度为60 cm时25 t、50 t钢轮震动压路机的压实结果,25 t的钢轮震动压路机需碾压9～11遍,变形量才能达到稳定,才能达到规范要求的K30地基系数。50 t的钢轮震动压路机需压6～8遍,即达到基床以下路堤设计地基系数。从图中看出,大吨位压路机比小吨位压路机易压实,压实遍数少,效率也高,因此,针对填石路基,选用50 t的压路机压实效果更好,且能提高工作效率,加快进度。
4.4 行驶速度与压实质量关系
在试验过程中,压实效果受压路机行驶速度、振动频率、振幅大小等技术因素影响较大,行驶速度越慢、振动频率越高、幅度不易太大,压实效果越好。一般压路机第1～2遍先慢速静压,第3遍慢速轻振,第4～7遍行驶速度最好控制在1km/h～2 km/h。第8遍以后,适当碾压收面即可。
4.5 压实工艺参数的选定
在实际施工时,为了控制压实质量,加测了填层的孔隙率,配合地基系数进行压实质量控制。碾压遵循先轻后重、先慢后快的原则,采用先静压、后弱振、再强振的方式碾压,碾压顺序由两侧路肩向线路中心碾压,即先边后中。碾压时纵向重叠0.4 m,横缝衔接处应搭接,搭接长度大于2 m,路基填筑试验施工工艺参数如表2。
施工注意事项:K30荷载板油泵和油压表一起配套标定合格后,方可使用。检测点应避开大块石。
路堤填筑时两侧需超宽填筑30 cm～50 cm,对保证路堤边部压实有较好的效果。路基各结构层次顶层面,应整平,个别不平处用细碎石洒水补填碾压,并做成4%的横坡。各结构层K30值设计要求不同,基床表层、底层、基床以下路堤要按界限分开填筑。
5 结语
填石路基材料石质越硬,级配良好,越易碾压密实。但预留沉降量影响因素较多,不易控制,从试验段填高与后期沉降观测数据推测,按路堤高度的1%～1.5%取值,如预留过高,则会沉降难,造成返挖;如预留过低,沉降超标,补填又不易。
用挖方石料填筑路基时,石块大小不一,如料径大于15 cm的块石数量多,则摊铺层中架空现象较多,即使碾压检测合格,由于测点间距,局部难免仍有空隙,为控制密实度,一是石料粒径于以解小。二是摊铺时,及时用细碎石或石屑填塞缝间隙。三是碾压时,用石屑洒铺层面,及时洒水灌筑。
分析路堤填筑施工工艺试验段结果得出,填石路基宜用重型高频低幅振动压路机碾压,50 t的钢轮震动压路机较适宜;松铺厚度不小于40 cm,选用60 cm厚左右较佳;行驶速率控制在
1 km/h~2 km/h,填料最大粒径不宜大于15 cm,且料径5 cm～10 cm的量比重大,易于压实;碾压遍数不少于8遍,才能确保压实质量。
不同的开挖段石方,填料的岩性、尺寸、级配各不相同,影响碾压效果的松铺厚度、压实机械、碾压遍数等工艺参数也就不能一概而论,最有效的方法是通过摊铺压实工艺性试验来确定。
作者简介:蒋贞红,女,1974年出生,湖北仙桃人,1997年毕业于石家庄铁道学院,工程师。
关键词:填石路基;施工工艺;地基系数;控制
中图分类号:U418文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0049-03
1 简述
铜九铁路设计为单线I级铁路,路基填料要求基床以下路堤为C组以上填料、基床底层B组填料、基床表层为A组填料。路基标准横断面如图1。铜九铁路第四合同标段位于安徽东至县境内,处于山陵微丘区,沿线土地肥沃,植被良好,森林茂密,环境优美,地层地质多高、弱膨胀土和石炭岩,填料相对缺乏,因此路基挖方和隧道开挖的石料就成为填筑路堤的利用填料,一是就地取材,少占耕地,以挖作填可降低工程造价,解决了填料匮乏的难题;二是石料破碎压实后,强度高、密度大、沉降小,是良好的填方材料,符合设计A组和AB组填料要求。
因此,为指导本项目填石路基施工,选取DK148+800~DK149+000做为标准试验段,该段填土高10.6 m,填筑底宽度42 m,填料选自DK147+650处挖方段。通过对松铺厚度、压实遍数、机械设备、地基系数等压实参数和指标的分析,制定了填石路基压实工艺参数,并作为质量的相对控制标准,在施工过程中起到了较好的效果。
2 标准段试验
2.1 试验目标
确定达到最佳压实质量时的工艺参数,压实质量采用地基系数指标控制;在现有上场机械设备中,选择合适的碾压机具;明确压实遍数与压实质量(地基系数)的关系;确定填料松铺厚度、机械碾压行驶速度。
2.2 填料松铺厚度的拟定及粒径控制
标准试验段长度200 m,根据铁路现行施工及验收规范要求,结合现场路堤设计数据,即要满足压实后不大于检测方法所控制的层厚,也要达到设计要求的压实标准,故拟定虚铺厚度分别为40 cm、60 cm、80 cm。由于铁路基础设计速度为140 km/h,要求工后沉降较小,从有利于压实考虑,石块粒径5 cm~10 cm,占填料的85%以上,最大粒径不超过15 cm,否则应予剔除。考虑块石破碎难易程度及便于现场操作控制,允许极个别石块最大尺寸不得大于层厚的2/3。
2.3 碾压设备的选用
填筑石块粒径必须在上路基前破碎到小于15 cm,为使填料碾压紧密咬合、嵌紧,故需选用自重较大的重型压路机碾压。块石尺寸较大,缝隙、蓬松、架空、松散现象较多,空隙率过大,路基如不压实,极易造成局部塌陷。而要使松散的石块密实,根据有关施工技术和经验,振动是一个有效办法,因此宜选用高频低幅振动压路机。因此,本试验段路基碾压机械选用了25 t、50 t的钢轮震动压路机。
2.4 摊铺及整平
将开挖破碎合格的石块,运至试验段,按初步计算的布料间距堆卸,用T140型推土机摊铺平整,个别不平整处,人工配合找平。划网格及立标杆法控制虚铺层厚,石块应大小拱合拱配,相互嵌塞紧密稳固,石隙应用小石块或石屑填满,层厚均匀、顶面大致平整。
2.5 碾压工艺流程
严格按传统路基“四区段,八流程”工艺控制,即填筑区、平整区、碾压区、检验区;施工准备、基底处理、边坡码砌、分层填筑、摊铺平整、振动碾压、检验签证、路面整修。注意纵横向重叠碾压宽度。
2.6 压实质量测点的布置
填料由于粒径较大,在碾压过程中粒料易咬错松动,表层松散,影响检测效果,故在规范要求的基础上,加密检测点,纵向每50 m每填筑层检查2个断面6个点,每断面中间一点,每侧距填层边沿2 m处一点。确保测试结果的准确性,并据此制定填石路堤的压实工艺标准。检测点不能设在大石块上,如遇则移。
3 压实效果检测方法
主要试验方法分别按以下几种情况进行:松铺厚度一定,碾压机具不同;松铺厚度和碾压机具相同,行驶速率不同;松铺厚度、碾压机具、行驶速率相同情况下,达到最佳压实效果时的碾压遍数;碾压机具、行驶速率和碾压遍数相同,松铺厚度不同。
每100 m设为一个试验区段,分别用25 t和50 t钢轮震动压路机按拟定的试验方法和施工规范要求的碾压措施进行碾压,一直到每个区段达到最佳的压实效果为止,并记录有关技术工艺数。
每步压实效果检测方法:每填筑一层采用K30平板荷载仪检测一次压实效果。由于地基系数测试时间相对较长,为便于在碾压过程中,快速记录各阶段工艺参数,可利用精密水准仪先测量各测点高程并记录,作为碾压下沉值,同时测孔隙率。
每层每碾压一遍,测试记录一次压实工艺参数。在测压实质量时,如某一层已达到设计压实质量,然后继续碾压2遍,取3次测量的平均值,如在压实效果的允许范围内,则停止碾压;或水准仪测量的相应点高程的2次误差在允许范围,则该层的压实质量符合要求;或在低幅高频碾压出石粉石屑后,洒水继续碾压,石屑不在渗透,无明显车辙轮痕,可认为达到要求。否则,继续碾压,重新测试各测点高程,和上次的测试结果相比较,直至相邻2次高程之差在允许误差内,然后进行下道工序施工。
允许误差的确定。考虑测试过程中人员读数、仪器本身误差、现场环境及测试操作过程对测点的影响,按规范及经验确定,高程误差允许范围5 mm以下,K30荷载仪测定的地基系数允许误差在1%以内。
由于基床表层设计厚度为60 cm,为便于控制压实质量,分两层填筑,填料最大粒径不得大于10 cm。基床底层及基床以下路堤按拟定的厚度进行试验,填料粒径控制在15 cm以内。
4 试验结果分析
4.1 碾压遍数与压实效果关系
开挖段石料均为石灰岩,石质硬,粒度均偏大,为便于摊铺碾压,开挖时设计合理的爆炮的方法,并经机械破碎后,粒径尽力控制在15 cm以下。试验同时采用路基表面沉降量、地基系数确定碾压遍数的方法,分析评价路基碾压的压实程度,从图2中可以看出,碾压至一定遍数后,沉降量趋向平缓,且碾压表面已无轮迹,说明填石路基已处于密实状态。从图3中,碾压到7~8遍后,碾压遍数与地基系数曲线逐渐平直,地基系数不再增加,路基也逐步达到路基各结构层的设计和规范要求的压实指标。图2、图3也说明采用沉降量和地基系数来测定压实遍数是一致的。
4.2 松铺厚度与碾压遍数关系
本次试验主要是根据基床以下路堤填筑选取工艺参数,表1是不同压实机械碾压下,地基系数满足设计和规范时,不同松铺厚度对应的碾压遍数,从表中可以看出,使用50 t的钢轮震动压路机碾压松铺80 cm厚的填层,碾压遍数增加,效率不太合理。相对而言,如路基设计高度大,松铺60 cm比松铺40 cm机械利用率高,能提高工程进度和经济效益,考虑到K30荷载板有效测试范围,施工时采用松铺厚度60 cm来控制施工比较合理。
4.3 碾压机械与压实结果关系
图2、图3中的压实曲线是基床以下路堤松铺厚度为60 cm时25 t、50 t钢轮震动压路机的压实结果,25 t的钢轮震动压路机需碾压9～11遍,变形量才能达到稳定,才能达到规范要求的K30地基系数。50 t的钢轮震动压路机需压6～8遍,即达到基床以下路堤设计地基系数。从图中看出,大吨位压路机比小吨位压路机易压实,压实遍数少,效率也高,因此,针对填石路基,选用50 t的压路机压实效果更好,且能提高工作效率,加快进度。
4.4 行驶速度与压实质量关系
在试验过程中,压实效果受压路机行驶速度、振动频率、振幅大小等技术因素影响较大,行驶速度越慢、振动频率越高、幅度不易太大,压实效果越好。一般压路机第1～2遍先慢速静压,第3遍慢速轻振,第4～7遍行驶速度最好控制在1km/h～2 km/h。第8遍以后,适当碾压收面即可。
4.5 压实工艺参数的选定
在实际施工时,为了控制压实质量,加测了填层的孔隙率,配合地基系数进行压实质量控制。碾压遵循先轻后重、先慢后快的原则,采用先静压、后弱振、再强振的方式碾压,碾压顺序由两侧路肩向线路中心碾压,即先边后中。碾压时纵向重叠0.4 m,横缝衔接处应搭接,搭接长度大于2 m,路基填筑试验施工工艺参数如表2。
施工注意事项:K30荷载板油泵和油压表一起配套标定合格后,方可使用。检测点应避开大块石。
路堤填筑时两侧需超宽填筑30 cm～50 cm,对保证路堤边部压实有较好的效果。路基各结构层次顶层面,应整平,个别不平处用细碎石洒水补填碾压,并做成4%的横坡。各结构层K30值设计要求不同,基床表层、底层、基床以下路堤要按界限分开填筑。
5 结语
填石路基材料石质越硬,级配良好,越易碾压密实。但预留沉降量影响因素较多,不易控制,从试验段填高与后期沉降观测数据推测,按路堤高度的1%～1.5%取值,如预留过高,则会沉降难,造成返挖;如预留过低,沉降超标,补填又不易。
用挖方石料填筑路基时,石块大小不一,如料径大于15 cm的块石数量多,则摊铺层中架空现象较多,即使碾压检测合格,由于测点间距,局部难免仍有空隙,为控制密实度,一是石料粒径于以解小。二是摊铺时,及时用细碎石或石屑填塞缝间隙。三是碾压时,用石屑洒铺层面,及时洒水灌筑。
分析路堤填筑施工工艺试验段结果得出,填石路基宜用重型高频低幅振动压路机碾压,50 t的钢轮震动压路机较适宜;松铺厚度不小于40 cm,选用60 cm厚左右较佳;行驶速率控制在
1 km/h~2 km/h,填料最大粒径不宜大于15 cm,且料径5 cm～10 cm的量比重大,易于压实;碾压遍数不少于8遍,才能确保压实质量。
不同的开挖段石方,填料的岩性、尺寸、级配各不相同,影响碾压效果的松铺厚度、压实机械、碾压遍数等工艺参数也就不能一概而论,最有效的方法是通过摊铺压实工艺性试验来确定。
作者简介:蒋贞红,女,1974年出生,湖北仙桃人,1997年毕业于石家庄铁道学院,工程师。