渝万铁路长寿—垫江段改良土填料路基施工质量控制

王明慧，邱立群，陈荣山，朱永波

(1.渝万铁路有限责任公司，重庆 400014;2.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011; 3.铁科院(北京)工程咨询有限公司，北京 100081)

渝万铁路长寿—垫江段改良土填料路基施工质量控制

王明慧1，邱立群2，陈荣山2，朱永波3

(1.渝万铁路有限责任公司，重庆 400014;2.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011; 3.铁科院(北京)工程咨询有限公司，北京 100081)

我国西南地区多为山岭重丘区，路基填料主要为路堑挖方及隧道弃渣等土石混合料，其填筑工艺及工法相对成熟，但西南地区仍有部分地段路基挖方为Ⅲ类土及Ⅳ级软石，无法直接破碎加工后作为高速铁路路基填料。本文通过渝万铁路客运专线路基填筑工程实例，探讨西南地区软土改良后的填料施工质量控制要点，为我国西南地区高速铁路类似工程提供借鉴。

西南地区 客运专线 改良土 质量控制

1 工程概况

渝万铁路又称渝万城际铁路、渝万客运专线，是重庆主城到万州区的一条高速铁路，是中国铁路网中长期规划中的重要客运专线郑渝铁路(郑州—重庆)的重要组成部分，同时也是联系西南地区和中原地区、华北地区的主要客运快速通道，兼顾沿线城际及旅游客流运输。线路全长247.2 km，设计时速250 km。

渝万铁路正线路基线路长247.2 km，新建正线路基长70.772 km，区间路基长56.889 km。路基点多，分散，短小。对其纵向刚度均匀性要求高。

本线沿线路地质情况复杂，主要以红层砂泥岩、砂岩为主。根据工程具体情况，本着环保节能、绿色施工的原则就地取材，优先选取挖方作为填料。其中长寿—垫江段路基挖方以强风化砂岩、粉质黏土为主，无法破碎加工后直接用作填料，采用破碎后掺加水泥进行改良后用作路基填料。本文通过对改良土试验段填筑工艺的研究，探讨改良土质量的影响因素，为改良土施工质量控制提供参考依据。

2 改良土室内试验及填料制备

2.1 改良土的室内试验

相对于 A、B组填料，改良土填料的室内试验较多，改良土的室内试验主要包括原土料的性质试验、外掺料(本文采用水泥)的性质试验、改良土的配合比试验和标准击实试验。原土料需进行有机质和硫酸盐含量检验，以及原土的基本物理指标试验。外掺料(水泥)需检测凝结时间、安定性和强度指标。在原土料和外掺料的质量合格后，需进行配合比和无侧限抗压强度验证试验。改良土拌和前，还需测定原土料和混合料的含水率，并根据测试结果和环境条件及时调整施工配合比，控制改良土混合料出场时的含水率在工艺试验确定的范围内。在改良土出场前，需进行最大干密度和延迟时间试验，见表1。

表1 改良土室(场)内试验名称或指标

2.2 改良土填料的制备

我国目前的改良土制备主要有厂拌法、路拌法和场拌法。其中厂拌法主要是将原土料、外掺料集中到一处，利用大型拌和设备集中拌制，统一运往填筑现场。该施工方法需要大面积的场地、厂房和便利的交通，优点是能够较好控制拌和质量，但是在铁路这种线状结构中，成本较大，难于推广。路拌法是在施工现场，先摊铺原土料，后铺撒外掺料，最后使用现场拌和机械进行拌和。此方法的最大缺点是拌和的均匀性不足，施工质量不易保证。综合以上情况，目前通用的做法是场拌法，即将拌和的材料运至一集中的就近拌和场地，将填料、掺合料进行破碎、拌和，之后再将拌好的填料运至待填路基，进行摊铺、整平、碾压。场拌法的主要机械有稳定土拌和设备、液压碎土设备和液压碎石设备。以下结合渝万铁路的施工实例介绍场拌法的场内质量控制要点。

1)含水率控制

在场拌法施工中，含水率的大小直接影响着粉碎机械的粉碎功效和质量。在现场应试验不同含水率情况下的原土破碎效率，得出合理的含水率范围。如遇雨水天气，应及时将取土场覆盖，避免大面积的雨水浸泡造成原土含水率过高从而引起现场难于粉碎，影响施工工效。在拌和过程中，应提前关注天气预报，不应在雨天施工。如拌和过程出现下雨天气，应及时停止拌和，并将拌和料废弃，不得强行运至现场施工。在拌和过程中，应安装可准确计量的加水设备，并在拌和前对原土料的含水率进行测试，根据原土料的测试结果，结合配合比及环境情况，调整施工配合比，确保拌和出的改良土混合料的含水率在允许范围内。

2)颗粒粒径控制

《高速铁路路基工程施工质量验收标准》(TB 10751—2010)要求化学改良土混合料中不应该含有＞15 mm的土块，在原土破碎过程中，应及时检验破碎后的土粒颗粒大小，避免因筛网破损导致的颗粒过大，影响拌和效果。

3)外掺料剂量控制

外掺料的剂量直接关系着改良土混合料的质量，是控制的重点。应采用安设有可靠计量设施的拌和设备，在投入使用前进行标定，并按照生产规模或时间进行校验，确保外掺料剂量在允许误差范围内。

3 改良土现场检验及质量控制

1)外掺料剂量检验

化学改良土在填筑前，应对外掺料的剂量进行检验，允许偏差为试验配合比的外掺料剂量 －0.5% ～+1.0%，试验方法为EDTA滴定法。外掺料剂量检验的试验流程此不赘述，其试验尤其需要注意试验时间的选择，应在改良土拌和后4 h(初凝时间)内完成，否则水泥开始凝固，对试验结果的影响较大，试验结果偏小，数据失真。

2)压实系数K

改良土的现场检验主要是对压实成果的检验，按照TB 10751—2010的要求，其验收指标见表2。

表2 化学改良土填筑压实标准(现行)

改良土与一般填料在现场检验上存在较大区别，对其没有地基系数K30的检验要求，而增设了7 d饱和无侧限抗压强度qu的检验指标。查阅旧版的《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设［2005］160号，已作废)，其检验标准含地基系数K30的检验指标要求，检验标准为K30≥90 MPa/m(见表3)。为此，在试验段做了K30的检测试验，发现在压实系数达到验收标准后，K30的值远远超过旧版验收标准的要求，可见K30的检测对于改良土试验已经没有实际控制意义。

表3 基床以下路堤压实标准(旧版)

在压实度的检测试验中，现场试验发现水泥改良土的压实度随碾压结束后龄期的增长而增长，图1是现场碾压试验后的一组检测数据(检测数据来自基层以下路基的顶层)。

图1 压实度与龄期的关系

由图1可见，在碾压结束后即进行压实度检测，压实系数偏低。其在后期有一定增长，甚至在28 d龄期时出现了“超百”现象，说明水泥改良土的压实度具有可增长性，有一定的安全储备。

3)7 d饱和无侧限抗压强度qu

qu是化学改良土特有的一项检测指标。在改良土填筑碾压结束后，按照区间正线路基沿线路纵向连续长度每100 m抽样检测3组无侧限抗压强度。样品在选取后应及时送入实验室进行标准养护，待养护7 d后进行试验。

本试验的缺点是检测指标需要7 d的养护后方可检验，且每层均需检测，将导致现场施工无法连续。如一层填筑碾压结束后，7 d后方可确定该层的强度指标是否合格，进而确定是否允许进入下一层的施工，严重制约了现场施工进度。目前施工单位的普遍做法是在每层填筑后将抽检的取样送入标准实验室养护，并在现场检验压实系数K合格后即进入下一层的施工，待7 d后进行无侧限抗压强度试验，通过修正得出现场强度，如试验结果合格，则判定合格;如某一层不合格，则将该层以上填筑部分挖除，重新填筑。此施工方法可保证现场连续作业，但是一旦7 d无侧限抗压强度不合格，则需要进行返工，成本较大。

目前的改良土检测指标采用压实度与7 d无侧限抗压强度进行双控存在一定的缺陷，尤其是7 d无侧限抗压强度指标需要填筑后7 d方可得出试验结果。该指标可作为检验性指标，但不适合过程控制，给施工带来了一定的不便。如果能增设灰剂量或其他关键指标，能及时检验填筑质量，将有利于改良土填筑质量控制，可作为今后改进的方向。

4)现场填筑工艺及质量控制要点

改良土填筑阶段的主要工序包括拌和、摊铺整平、碾压、检测等。

拌和。拌和之前应检测土料含水率，如含水率偏高，应将土料翻晒晾干。根据设计要求的水泥掺和比及试验得出的最佳含水率，计算加水量和加水泥量，进行试拌。对试拌成品进行EDTA滴定，检测掺和量是否足够，掺和施工是否均匀。试拌结束后方可规模化生产。

摊铺整平。拌和料检验后应迅速运至现场。应根据试验段确定的虚铺厚度计算卸车密度，以便于一次性摊铺整平，并分别用推土机初平和平地机精平。为争取在改良土水泥初凝前完成碾压，需使用平地机进行精平，提高平整效率。场地整平应形成4%的横向拱坡。

碾压。碾压是改良土填筑的关键工序。根据试验段确定的填筑工艺成果，采用了20 t压路机，按照基床以下路基静压1遍→弱振1遍→强振3遍→静压1遍和基床底层静压1遍→弱振1遍→强振4遍→静压1遍的碾压组合施工。

检测。碾压结束后，进行压实系数K检验及抽取7 d无侧限抗压强度试件，送实验室标准养护。

在现场施工中尤其要注意水对改良土施工质量的影响，要点如下:

1)基底是否含水。在填筑底层改良土前，应确保基底无涌水、渗水等水害，确保改良土填筑后不会被基底水浸泡。

2)填筑前应开挖好排水沟、侧沟等临时排水设施，确保改良土填筑后遇下雨天气不会造成雨水浸泡路基基脚。

3)填筑过程中，应严格控制混合料的含水率，控制在最佳含水率的±2%范围内。每个填筑层应设置4%的横向路拱。施工前应准备篷布等防雨设施，填筑过程遇雨水天气，应及时覆盖已碾压成型的部分，避免雨水浸泡。对未碾压完成的部分，待雨天结束后应挖除重新填筑。

另外，水泥改良土的强度经历掺合料的水化反应和压实过程而产生，除了与水泥掺量有关，也与填筑工艺有关。在试验段进行填筑强度试验时，发现改良土的强度随碾压时间的延迟而降低。这是因为改良土在拌和后即开始水化反应，如不及时碾压，将导致水泥颗粒与周围松散土体形成土团，而再次碾压时无法有效压实，并将导致已发生水化反应的水泥失去与周围土颗粒的粘结作用，致使混合料松散，也进一步降低了混合料的强度。为此，填筑碾压过程应尽快完成(4 h内)，现场施工时切忌长段摊铺，而应摊铺一段，碾压一段，成型一段。

4 实例分析

4.1 改良土试验段的填料选材

选择渝万铁路DK104+197.5—DK104+267.5作为基床以下改良土路基试验段。试验段填料选自挖方泥岩夹砂岩的强风化岩层及粉质黏土，经标准击实试验绘制干密度—含水率关系曲线，确定最大干密度为2.17 g/cm3，最优含水率为8.2%(见图2)。经筛析法颗粒分析，得到的颗粒级配曲线(见图3)Cu=d60/d10=19.79，Cc=d230/(d10×d60)=1.12，判定原土颗粒级配良好(Cu≥5且Cc=1～3)。

图2 试验段干密度—含水率关系曲线

图3 颗粒级配曲线

4.2 试验段现场检测试验

1)压实度与碾压遍数的关系

为得到最优碾压遍数，在同一个层厚的压实度检测中，取得了压实系数与碾压遍数的关系曲线，如图4。可知，使用20 t压路机在碾压6遍以上时，检测的压实系数达到验收标准要求，且随着压实遍数的增加，压实系数的增长缓慢，可选择6遍作为最优碾压遍数。

图4 压实系数与碾压遍数的关系

2)压实度与含水率的关系

为得到压实度与含水率的关系，在不同的含水率、同样的碾压方式和遍数(6遍)的情况下，检测碾压后的压实度，得到压实系数与含水率关系曲线，见图5。由图可知，在最优含水率(8.2%)时，压实系数达到最大值。含水率超出最优含水率后，随着含水率的增加，压实系数降低明显。可见，在现场施工中，应将含水率控制在最优含水率附近，过大的含水率将导致填料无法压实。

图5 压实系数与含水率的关系

3)试验结果

按照上述试验得出的最优含水率和最优碾压遍数，确定了试验段的填筑方法。填筑结束后，通过灌砂法测得试样的干密度，与最大干密度的比值即为压实系数K，并抽样检测7 d无侧限抗压强度，按规范进行修正。检测结果见表4，均满足验收标准要求。

表4 试验段现场检测结果

5 结语

虽然改良土填料在我国高速铁路建设中已广泛应用，但在西南地区以强风化泥岩、粉质黏土作为原土料的应用并不广泛。在这些地区改良土的施工质量控制应注意以下方面:

1)理清室内试验要求，严格把关原土料、外掺料的质量。

2)拌和过程应采用场拌法施工，控制好原土料的含水率和外掺料的剂量。

3)填筑碾压过程应提前做好试验段总结，选择好松铺厚度和最优碾压遍数的组合，碾压过程中须控制改良土含水率在最优含水率允许偏差范围内，并及时摊铺碾压，在水泥的初凝时间内碾压成型。

4)做好施工过程的临时排水和防降雨工作，并做好成型路基的保湿养护。

目前，我国高速铁路对改良土填筑采用压实度与7 d无侧限抗压强度双控检验方式，其中7 d无侧限抗压强度无法及时提供检验成果，用于施工过程质量控制存在一定的缺陷。如能增加一项现场检验指标，有利于改良土施工过程质量控制。这可作为今后改进的方向。

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［2］中华人民共和国铁道部.TB 10001—2005 铁路路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］160号 客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准［S］.北京:中华人民共和国铁道部，2005.

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(责任审编 李付军)

U213.1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.20

2015-03-06;

:2015-05-10

王明慧(1964— )，男，教授级高级工程师，博士。

1003-1995(2015)11-0065-04