京沪高铁路基工程施工质量控制探讨

陈 强 上海铁路局安全监察室

1 前言

由于路基结构随时间、荷载等影响产生自然沉降、工后沉降等变形问题，路基工程质量控制一直是铁路施工质量控制的重点，特别是随着客运专线和高速铁路建设的发展，对路基工程施工质量要求更高。随着工程技术的发展，把路基工程作为一种“土工结构物”，按照结构物进行设计和施工的路基工程理论是当前满足客运专线及高速铁路路基工程要求的基本共识；而路基“土工结构物”理论中尤为关键的一点就是确保路基施工质量，促使路基填料以结构形式受力，因此路基施工质量控制是路基“土工结构物”的重要保证。

京沪高铁正线全长1 318 km，路基工程162 km，约占全长的12.3%；京沪高铁土建工程四标段路基工程共62.876 km，占总体路基工程量约40%。该段路基工程位于江苏、安徽两省北部黄淮冲积平原，地质条件以软体和松软土为主，路基填料全部采用A、B组填料填筑。

2 路基填料技术指标要求

根据京沪高铁设计及验收标准规定，基床底层应采用A、B组填料或改良土填筑，基床以下路堤优先选用级配良好的A、B组填料和C组碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时，必须根据土源性质进行改良。基床底层填料的粒径不应大于100 mm，不均匀系数Cu应大于20；基床以下路堤填料的粒径不得大于150 mm，不均匀系数Cu应大于12。对不符合上述要求的填料，可采用物理改良的方法，改善其粒径级配。

3 填料生产及控制措施

3.1 选料

调查料源时，首先通过外观检查对填料进行野外地质特征判断，选择硬质岩石块、弃碴、强风化硬质岩及构造和风化影响呈碎块土状的填料备用，并取样进行物理力学性能试验。取抗风化和耐崩解性较好、膨胀性等指标满足要求的母岩或土料，作为生产A、B组碎石土或砾石土的原料。若开挖或破碎后发现含有较细、质软颗粒等疑似膨胀性成分则取样进行矿物成分分析。部分填料的矿物成分分析试验结果见表1。

表1 部分工区路堤填料矿物成分分析试验结果

根据铁路规范要求，采用自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量等三项指标作为膨胀土的判定依据，当符合其中的两项指标时，即可判定为膨胀土，具体的判定指标见表2。

表2 膨胀土的详判指标

由表1可以看出，各填料都以抗风化性能较好的石英、长石或角闪石为主，无膨胀性，且具有很好的耐崩解性能，说明填料的稳定性良好，可经加工破碎后作为A、B组填料。当填料发生变化或更换料场时都应进行填料性质鉴定。

3.2 生产

采用与建筑材料相同的工厂化集中生产控制方式，确保填料质量。

（1）设立专门的A、B组填料加工场，建立健全机构和管理制度，由专业人员负责填料的开采和生产。加工场配备破碎机、挖掘机、装载机和过筛设备等，及时对生产出来的填料进行筛选和倒运，倒运过程中保证成品填料颗粒级配的均匀性，避免颗粒发生离析。

（2）开采前提前把山皮、草根、树根、表土、耕植土和粘土清除干净，对爆破出来的石料及时进行分选，只有满足要求的石料方可用于A、B组填料的加工。

（3）料场设置生产区、合格区、待检区等。生产出来的填料首先进入待检区，经试验室取样检验合格后再倒运入合格区，不合格的填料则根据情况进行重新加工或者改良，满足要求后方可倒运入合格区备用。

3.3 粒径和级配控制

鉴于在生产过程中会面临同时为基床底层和基床以下路堤供应填料的情况，统一控制填料的最大粒径小于100mm，限定圆孔筛的筛孔直径不得大于90 mm，若使用方孔筛，则筛孔边长不得大于80 mm，避免振动筛的孔径因填料磨损逐渐扩大后导致粒径超标。当发现填料粒径超出控制范围时，采取调节破碎机牙板间距或者更换振动筛等措施进行调整。

填料应具有一定的级配，如果填料级配不良，或者细粒含量过少，则容易在路基表面形成集料窝，难以压实，Ev2指标也难以满足要求。这是由于填料在压实功的作用下并没有形成一个密实的整体，内部还存在很多空隙，在外部荷载的作用下会发生较大的变形。当填料级配不能满足规范要求时，可采用物理改良的方式改善其级配性能。

图1是相同的两种填料通过不同的比例进行掺配后的颗粒分析曲线。可以看出，曲率系数Cc=7.11和Cc=20.31的两种填料在曲线上的某一位置均出现了水平段或曲线陡降，说明在该粒组的颗粒含量为0或者过多，填料级配不连续，而曲率系数Cc=13.68的填料曲线最为缓和，粒度变化范围宽，级配最好，说明通过合适的掺配比例能够得到级配良好的填料。

图1 不同曲率系数填料的颗粒分析曲线

击实是用机械方法将固体土粒聚集到更紧密的过程，通过外力功的作用使土的干密度增加，不同的土质、含水量和压实方法，对土的压实效果也不一样。通过击实试验，可以得知在给定的击实功条件下，土的干密度和含水量的关系，以及最有效的击实含水量和土的最大干密度，该试验结果能从一定程度上反应出土的压实特性。

图2是不同最大粒径的填料在不同曲率系数条件下模拟重型击实试验的数据曲线，可以看出，不同级配的填料在相同的击实功作用下得到不同的最大干密度，具有不同的压实特性。结合图1的数据分析，说明填料的级配越好，可压实性越高，施工中就能够得到更大的密度，更有利于路基的压实和稳定。

通过颗粒分析试验控制填料级配时，得到的级配曲线应接近圆顺。当需要物理改良时，必须先在室内进行不同粒级填料的颗粒分析试验，计算出掺配比例，在料场旁另辟一块场地用于填料的改良拌和，填料必须按室内试验确定的掺配比例经拌和均匀后方可装车运往填筑现场，严禁采用边拌和边装车或按配料比例装车的方式进行改良。

图2 填料不同曲率系数与最大干密度关系曲线

3.4 含水量控制

填料必须具备适宜的含水量才能碾压密实，不同填料的最佳含水量应根据室内试验确定。试验室应提前进行不同含水量状态下填料的重型击实试验，确定其最佳含水量。

传统的路基填筑施工中，通常采用在路基填筑现场采取洒水或晾晒的方式来调节填料的含水量，但这些方式只能解决填料表层的含水量，而且洒水后不易拌合均匀，填层不同部位的含水量不一致，会导致碾压不均匀，影响整体压实效果，因此在填料出场前必须解决含水量问题。

为了保证填料出场前具有均匀的含水量，在每个填料传送带的下料口处都加装了洒水设备，下料的同时加水湿润。需要改良的填料则在进行改良拌和时适量喷水湿润，使其含水量略高于最佳含水量1%～2%，用挖掘机翻拌均匀后，运至储存区闷料2～3天备用。

3.5 A、B组填料的生产工艺流程

试验室在生产过程中按照规范要求的检验项目和频率对填料质量进行检验。当发现粒径或级配有明显变化时要加大检测频率，并将结果及时反馈给技术主管，以便采取相应的处理措施，确保填料质量满足规范和技术要求。

A、B组填料的生产工艺流程见图3。

图3 A、B组填料的生产工艺流程

4 结束语

京沪高铁路基工程已通过验收，该段路基工程质量评定优良。随着京沪高铁的开通运行，路基施工质量将会不断得到检验，铁路专业技术部门将继续对路基沉降变形等进行观测和评价，对路基“土工结构物”理论进行丰富，促进铁路路基工程施工技术的发展。