/軟巖改良填料現場填筑施工技術中鐵十六局集團第五工程有限公司胡曉軍摘要：結合工程實例介紹軟巖實行改良措施后，用于客運專線基床以下路堤本體填筑的施工技術，本文主要介紹泥質粉砂巖強～弱風化混合物物理改良土的現場填筑施工。關鍵詞：軟巖改良土施工工藝填筑質量限制檢測沉降1工程概況：DK1623+405～+510段路基為鐵道部科研項目“武廣客運專線軟巖填料的現場填筑成套技術的試驗探討”的現場試驗工點。主要探討內容：泥質粉砂巖強～弱風化混合物物理改良土的現場填筑施工工藝及質量檢測限制試驗探討；該段路基填高大多在5m以上，最大填高8.4m。地基接受CFG樁加固，基床表層接受級配碎石+5%水泥填筑，基床底層接受A、B組填料填筑,路基本體接受泥質粉砂巖全～強風化混合物物理改良土填筑，護坡形式為現澆C20砼拱形骨架護坡。該段路基旁邊路塹挖方主要以泥質粉砂巖強～弱風化物為主，局部夾薄層含礫砂巖強～弱風化物，為該段路基填筑所需填料供應料源保障。2施工工藝2.1施工工藝流程泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土填筑施工工藝可以劃分為準備階段、施工階段和檢測驗收階段等三個階段。2.2填料裂開、改良及施工泥質粉砂巖強～弱風化料物理改良土填筑路基本體，須要裂開、拌和、填筑三道施工工序密切協作，相互協調，科學施工，才能取得經濟、合理、快速的施工效果。2.2.1壓實機具的選擇軟巖強～弱風化料的碾壓機械必需接受較大噸位的振動壓路機。因為軟巖強～弱風化料顆粒之間存在很不勻整的孔隙，特殊是較大顆粒之間夾有很大的孔隙，假如用靜壓式壓路機壓實，由于粗顆粒之間有不同程度的接觸，并能承受確定程度的外力，因而靜壓效果不顯著。當外力為振動荷載時，振動力使顆粒之間摩擦力大大減小。和此同時，較小顆粒填充大顆粒之間的空隙，結果混合土被振動壓實。現場選擇接受20T振動壓路機。2.2.2填料的選擇、裂開及改良泥質粉砂巖強～弱風化物取自該試驗段路基旁邊路塹挖方棄碴，依據現場填料室內補充試驗成果，經裂開、篩選后，摻20％粗砂改良。(1)泥質粉砂巖強～弱風化物的選擇(a)泥質粉砂巖強～弱風化物料源(b)泥質粉砂巖全風化物料源(c)暴露于大氣中風化的棄碴巖塊(d)風化后自然崩解的棄碴巖塊(2)泥質粉砂巖強～弱風化物的裂開泥質粉砂巖強～弱風化物經分選后，運到裂開場。大塊風化物巖塊用挖掘機進行敲擊裂開，方可以進入裂開機進行裂開。裂開工藝流程如下圖所示：泥質粉砂巖強～弱風化物裂開流程圖（a）裂開廠裂開設備全景（b）泥質粉砂巖風化物裂開物由于泥質粉砂巖含泥量較高，當泥質粉砂巖強～弱風化物含水量較高時，特殊是雨后，裂開效率很低甚至無法進行裂開，須要進行晾曬。經比較，泥質粉砂巖強～弱風化物的含水量在10～15％時，裂開工效較高，可以接近其額定生產實力。(3)泥質粉砂巖強～弱風化物的拌和改良由室內篩分試驗可知，泥質粉砂巖強～弱風化物裂開料級配不良，摻20％粗砂后，其級配及力學性質得到明顯改善。2.2.3場地集中拌法施工場地集中拌和法是干脆將裂開好的泥質粉砂巖強～弱風化物填料運至該段路基上，將其勻整堆放并用裝載機修成較平整的積累體。依據裂開料方量，按比例要求運粗砂到路基上，用挖掘機將粗砂勻整地撒布在裂開料積累體上，然后用挖掘機和裝載機拌和3～4遍，輔以人工協作進行拌和的方法。依據現場拌和閱歷看，針對泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土，此法工藝流程相對簡潔，工效相對較高，1臺挖掘機和1臺裝載機的拌和實力可達250t/h。但此法可控性相對較低，拌和勻整性相對較差，但輔以人工協作后，其混合料拌和質量亦能滿足要求。此法適用于物理改良土用量不是太大的路基填筑試驗段，經濟、快捷。從滿足路堤填筑施工要求動身，考慮到改良填料在攤鋪、整平過程中含水量的損失，拌和時填料含水量宜限制在比最優含水量高1～2%左右比較合適。現場拌和后，在不同部位取改良混合料進行級配試驗，四組試驗結果分別為：Cu＝127.64，Cc＝0.7；Cu＝75.16，Cc＝1.17；Cu＝123.88，Cc＝1.94；Cu＝158.85，Cc＝1.73；級配基本良好，說明泥質粉砂巖物理改良土接受場地集中拌和法可以滿足填料的拌和要求。主要機械配備為：1臺挖掘機，1臺裝載機，1臺推土機，1臺平地機，1臺壓路機。場地集中拌和法及拌和后的改良土2.3施工工藝參數確定2.3.1含水量(1)碾壓含水量限制含水量是影響物理改良土填筑路基生產效率、壓實質量的主要因素之一，且不同的施工工藝和同一施工工藝在不同的流程中對含水量的要求有所不同。通過室內擊實試驗可知，泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土摻20%的粗砂改良作為填料，其最佳含水量是6.3%。而在施工生產中發覺，泥質粉砂巖強～弱風化物裂開料在攤鋪填筑的過程中，受氣溫、拌和、攤鋪等因素的影響，含水量會降低。特殊是夏天，氣溫高于30℃時，失水特殊快，常出現攤鋪后改良土表層較干，需灑水后進行碾壓，既影響施工進度，又增加生產成本。現場試驗發覺，其攤鋪前含水量比最佳含水量高約1～2％時，碾壓效果較好。所以在攤鋪前，應按“稍高勿低”的原則限制泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土的含水量組織施工，這是因為軟巖微～強風化混合料潮濕時強度低，極易裂開，而干燥時則相反。當發生過干粗集料集中時，.就簡潔架空。而混合料和純土相比較.持水實力差，簡潔風干，產生外干內濕現象，壓實后土體疏松。這是因為壓實時顆粒之間缺乏必要的潤滑水分，摩擦力較大，而水分卻貯存在聚團體的內部，因此不易壓實，可見混合料在施工碾壓時含水量可以放寬。以填料在碾壓過程中不產生翻漿、彈簧現象，不致影響機械化施工為上限；以含水量的削減不致使干密度顯著下降、上下層結合不好、不利于壓實的含水量為下限。(2)壓實限制指標和含水量間關系現場碾壓試驗發覺，含水量和壓實限制指標之間并沒有特殊明顯的相關性，這和泥質粉砂巖物理改良土屬于粗礫土，本身不勻整性較大有關；且壓實限制指標受影響因素較多，不僅和壓實度有關，且受填料本身性質影響較大。對泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土而言，拌和及攤鋪含水量宜限制在wopt+2%～wopt+1%，壓實含水量限制wopt+2%～wopt-1%范圍內，路基的壓實質量可以滿足《規范》所要求的壓實限制指標。2.3.2壓實層厚和攤鋪系數為了確定泥質粉砂巖強～弱風化物物理改良土能達到質量驗收標準，又經濟合理的每層填筑厚度，分別進行了25cm、30cm、35cm三種壓實厚度的壓實效果對比。(a)泥質粉砂巖物理改良土的攤鋪整平(b)攤鋪整平后的路基不同厚度填筑層壓實質量檢測指標均值對比表壓實層厚KhnK30(MPa/m)Evd(MPa)Ev2(MPa)25cm0.9619.6229562.10111.730cm0.9321.3933398.83121.435cm0.9123.4724864.45110.2用20t振動壓路機碾壓都可以保證壓實質量。壓實系數以壓實厚度25cm最高，其余壓實限制指標以壓實厚度30cm最優。若滿足《規范》所要求的壓實限制指標，則壓實厚度25cm須要碾壓10遍，壓實厚度30cm和35cm均須要碾壓8遍。而要滿足壓實系數K≥0.92的要求，壓實厚度為35cm時有約一半檢測點不合格，說明壓實層厚度太大時壓實勻整性及可控性相對較差。從經濟性及平安性角度綜合考慮，壓實機械為20T振動壓路機時，泥質粉砂巖物理改良土的最優壓實厚度為30cm。2.3.3壓實遍數同一填料、壓實厚度下，運用同一碾壓機械，其壓實質量和碾壓遍數和碾壓工藝密切相關。依據以往的路基施工閱歷，碾壓時的工藝次序定為靜壓1遍＋強振1遍+弱振，不同的碾壓遍數只是在靜壓1遍+強振1遍之后增加弱振的遍數。該段分別在泥質粉砂巖物理改良土其次層和第六層分區進行了4遍、6遍、8遍的碾壓，并分區進行壓實質量的檢測。檢測結果顯示，碾壓4遍后，壓實質量檢測指標中K30、Evd、Ev2等力學指標可以滿足規范要求，孔隙率n也可以滿足規范要求，但壓實系數Kh一般難以滿足對路基本體細粒土改良土的設計要求。由路基壓實限制指標和碾壓遍數的關系圖分析可見，存在以下規律：(1)隨著碾壓遍數的增加，壓實系數Kh、變形模量EV2呈增加趨勢，孔隙率n慢慢減小。(2)隨著碾壓遍數的增加，K30、動模量Evd、變形模量EV1呈拋物線變更，有一極值點，極值點對應的碾壓遍數為6遍。這表明：當泥質粉砂巖物理改良土的密實度達到較高標準時，接著振動反而會使路基表面發生松動，造成力學指標下降，現場碾壓以6～8遍為最佳。(a)壓實系數Kh(b)孔隙率n(c)K30(d)Evd(e)Ev1(f)Ev2壓實限制指標和碾壓遍數的關系3路基的填筑質量限制及驗收標準3.1施工質量限制措施依據客運專線路基施工指南的要求以及并參照泥質粉砂巖物理改良土的施工閱歷，強～弱風化含礫砂巖物理改良土的施工質量限制措施主要為以下幾個方面：分層填筑壓實，每層壓實厚度小于30cm。拌合應當勻整，無明顯的砂團、砂條，無粗集料集中現場。攤鋪平整度達到客運專線路基施工指南的要求，橫向形成4%的拱坡；由于泥質粉砂巖受雨水浸泡影響較大，避開下雨時施工，若在下一層受雨水浸泡后，應待其風干后補充壓實才能進行填筑。3.2施工質量驗收標準(1)泥質粉砂巖強～弱風化料物理改良的摻砂率及拌和后顆粒粒徑級配限制及驗收標準應符合下表的規定。摻砂量和顆粒粒徑質量限制標準項目檢測方法工藝限制標準摻砂量質量配比場/路拌法≥20％顆粒分析篩析法場/路拌法Dmax≤60mm，小于5mm粒徑含量≥15～20%，不勻整系數Cu>12，曲率系數Cc=1～3(2)基床以下路堤填料及其壓實標準應符合下表的規定。基床以下路基填料及質量檢驗標準填料地基系數K30（MPa/m）變形模量EV2(MPa)動態變形模量Evd(MPa)壓實系數K孔隙率n(%)細粒土改良土≥90≥45≥35≥0.92砂類土及細礫土≥110≥45≥35--≤31碎石類及粗礫土≥130≥45≥35--≤31泥質粉砂巖強～弱風化料物理改良土碾壓后質量限制指標應不低于上表中碎石類及粗礫土的要求；另外還應滿足Ev2/Ev1的要求：即一般狀況下，Ev2/Ev1≤2.6，當2.6<Ev2/Ev1≤3.5時，Ev1應不小于Ev2規范規定值的60%，即Ev1≥27MPa；同時宜滿足壓實系數Kh≥0.92的限制要求。(a)分區進行碾壓檢測(b)Ev2的檢測（c）動態變形模量Evd檢測分區進行不同碾壓遍數的壓實質量檢測4泥質粉砂巖物理改良土路基本體沉降狀況DK1623+405～+510段于2007年11月17日完成路基本體泥質粉砂巖物理改良土填筑，2008年1月5日完成其上部2.3m基床底層A、B組填料填筑，1月9日完成基床表層第一層20cm厚級配碎石填筑，從埋設于改良土路基本體內的單點沉降計沉降監測數據看，目前泥質粉砂巖物理改良土路基本體沉降小于1.5mm。該段地基總沉降小于4.5mm。施工期間沉降量均較小。泥質粉砂巖物理改良土填筑路基本體頂面全段面鋪設隔水土工膜5整體穩定性水敏性視察:下雨前，路基平整，剛度較大，載重汽車在路基上行駛后無輪跡。泥質粉砂巖物理改良土路基整體效果泥質粉砂巖物理改良土路基雨后全景泥質粉砂巖易崩解風化，須要對其物理改良土路基的水穩性進行重點考察評價。第一層泥質粉砂巖物理改良土碾壓完成后，閱歷一場持續約2小時的大雨。路基施工時形成2～4%的自中心向兩側的橫向排水坡，整體排水較好，沒有有淤泥層存在。(a)雨后浸泡路基局部景象(b)雨水浸泡路基車輛行走造成的車轍泥質粉砂巖物理改良土雨后路基痕跡6結論和建議通過對該試驗段路基改良土填料的室內試驗及現場施工總結，得到泥質粉砂巖物理改良土施工技術及質量檢測方面的以下初步結論：（1）裂開后的泥質粉砂巖強~弱風化物摻20%的粗砂后其級配得到顯著改善，級配評價為良好，可以滿足現場填筑碾壓須要。（2）通過對現場該段路基改良土填料的拌和方法綜合評價，實踐證明不接受廠拌法而干脆接受場地集中拌和法工藝流程相對簡潔，工效較高，其混合料拌和質量亦能滿足要求而且經濟有效。（3）現場泥質粉砂巖強~弱風化物物理改良土的，。施工含水量限制在最優含水量旁邊，用20T振動壓路機碾壓6~8遍其壓實質量可以滿足要求。（4）泥質粉砂巖物理改良土接受20T振動壓路機，其松鋪系數為1.12左右，最佳壓實層厚為30cm左右。（5）從本段路基泥質粉砂巖物理改良土檢測結果來看，K30、Evd、Ev2等力學指標較簡潔滿足規范要求，孔隙率n也可以滿足規范