抛石挤淤法在铁路软土路基施工中的应用

2022-09-10

软土是指强度低、压缩量较高的软弱土层, 多数含有一定的有机物质。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细颗粒含量多的松软土、空隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土构成, 地下水位高。

软土的成因一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质, 多分布在海滨、湖滨、河流沿岸等地势低洼地带, 地表常年潮湿或积水。所以地表往往有大量喜水植物, 由于这些植物的生长和死亡, 使软土中含有较多的有机物。软土地基上的填方稳定性差且沉降量较大。软土地基过量的剩余沉降和过大的沉降速率造成了线路养护维修工作量及行车干扰的问题日益突出。

因此软土地基处理是路基施工中的难点之一, 也是在施工中需重点解决的一个环节。否则, 随着时间的推移, 将会出现路基下沉, 直接影响到交工后铁路的使用功能。故在铁路工程建设中, 对软土地基的处理要引起高度重视。

1 工程概况

天津东北郊热电厂铁路专用线自北环铁路大毕庄接轨, 向东与北环铁路并行约5Km后向北折向电厂站, 修建完成后的电厂线将担负着近期年运煤135万吨, 远期年运煤270万吨的任务。该铁路并行段与北环线间距为8m, 其中DK3+200～DK5+300段为低洼地, 杂草芦苇丛生, 淤泥较厚。需对该段路基进行处理, 方能保证工程质量。

2 方案选择

根据不同的情况, 软土地基的处理应根据软土, 淤泥的物理力学性质、埋层深度、路基高度、材料场地情况、线路级别等因素分别可采用换填、抛石挤淤、反压护道、透水、土工材料、塑料排水板、粉喷桩、碎石桩、超载预压等措施进行处理。

结合本工程特点, 该段路基在既有运行线安保区内, 且北环线忙时日行车1 0 3对, 大量换填会危及铁路行车安全, 不宜采用, 北环线为电气化区段, 对桩板施工也很不利, 经方案对比后, 决定采用抛石挤淤法。经研究决定路基填筑断面方案为:抛片石至高出水面0.5m的防护高程处, 片石顶设0.3m的碎石垫层, 垫层以上填渗水料至设计路基标高顶, 并在防护高程处设置护道, 护道宽度为1.0m。在路基侧不设取土坑。

3 施工方案

3.1 石料填料的技术要求

石料采用坚硬、不易风化的片石, 片石尺寸不小于0.3m, 允许有20%以下较小片石, 但块径不得小于15cm。此外, 对每一个料场还需检测3组试件, 材料发生较大变化时应重新检验, 所选用的片石抗压强度应满足设计要求。对其中个别块径较大的岩块在填筑前须进行二次破碎, 以满足填料级配要求。填料不得含有草根、树叶、塑料袋等有机杂物及垃圾。而且含泥量不得超过3%。石料最大粒径不得大于垫层或虚铺厚度的2/3, 并小于50mm。

3.2 主要施工设备

运输机械:15t自卸汽车20台;

挖装机械:1.0m3挖掘机3台;

碾压机械:22t振动压路机2台;

其他机械:TY220型推土机1台, 洒水车1台。

3.3 抛石前准备工作

对于水深较深、淤泥较厚、难以清淤的坑塘, 采用围堰抽水, 对于低洼地段内正在生长的杂草芦苇应先清除干净, 再探明抛填深度、硬下卧层横坡。

尽量利用附近便道, 修建施工临时便道, 使运输车能够尽快到达预填筑路基位置, 缩短运距, 节约成本, 将该段预填筑路基分为7段, 当运输车到达卸料点后, 随着路基的填筑, 利用已填筑好的路基作为运输通道。

3.4 抛石

片石运至指定地点后, 利用挖装机械进行抛石作业。抛石自既有北环线路基坡角向外逐步进行, 以使淤泥挤出。

当软土底部横坡陡于1∶10时, 应自高侧向低侧抛投, 并在低的一侧多填一些。抛填第一层要厚些, 以便能承受住压路机, 待上一层抛填物压入泥中, 再抛填下一层, 直至用重型压路机碾压不再下降为止。当抛填厚度达到1.0m左右时, 应进行分层找平压实 (本工程抛石厚度为1.0m, 即设为一层) 。

抛填石的范围, 顶面高程允许偏差及检验标准见表1, 片石抛出水面0.5m后, 在片石顶面铺0.3m厚的碎石垫层, 垫层以上再分层填筑渗水料至路基基床。

3.5 整平

卸下的石质填料, 用推土机整平使岩块间无明显的高差。大石块要解体, 以保证碾压密度, 整平要均匀, 若有不平之处用人工填铺碎石找平。当至设计标高并在片石顶面铺完碎石层后, 再使用推土机稳压、推平, 在推平时将多余碎石均匀分布到整个施工段, 保证路拱自既有路基侧向外设有2%～4%的坡, 护道整平工作同时进行。

3.6 碾压

用22t振动压路机分层进行碾压, 碾压时应先压新填筑面的两侧, 优先压既有路基侧, 再压外侧路肩部位, 后压中央, 行于行之间, 要重叠0.4～0.5m, 前后相邻区段也要重叠1～1.5m, 以保证碾压密实。

碾压时, 先静压1遍, 然后低频高振幅振动碾压2遍, 再低频低振幅2遍, 最后再静压碾1遍。经试验证实可达到设计要求地基系数K30不小于0.8MPa/cm。检测压实度, 如不合格, 增加静压次数。

3.7 检测

抛石路基填层采用灌砂法或灌水法检测密实度是可行的, 但这2种方法的工作量大。而核子湿度、密度仪测量路基填层表面0.3m深的压实度, K30承载板试验测量超载板以下60～90cm厚度土的密度状况, 在一定程度上所测得数据能准确地反映填料压实质量, 因而路堤现场质量检测主要采用K30承载板检测路基土的强度和压实密度配合灌水法检测密度。

其质量检测频率按《铁路路基施工规范》有关质量检测规定执行。每一填层每100m检查2点并在“中部”、“边沿”相互错开检测。

3.8 路基修整成型

抛石填层全部完成并经检测合格后, 按1∶2的边坡坡度进行护道边坡修整。上部填方全部完成后, 再对上部填方路基超填部分按1∶1.5的边坡坡度, 自上而下先机械后人工进行刷坡修整并拍实。保证路基顶面纵向坡度符合设计要求, 横向坡度为4%, 坡向路基外侧。

4 后续路基施工

抛石挤淤工作仅仅是对软土路基进行了处理, 其完成并检测合格后, 应抓紧时间进行路基基床的填筑, 本工程填筑的是山皮土。也严格按照施工准备、填料试验、基底处理、分层填石整平、振动碾压、检验签证、路堤整修、边坡整修八流程作业, 保证了工程质量。

5 施工注意事项

(1) 抛石挤淤属于软土地基处理的方法之一, 是路基基床的下部结构, 其填筑质量的优劣决定路基的整体质量, 所以软土地基的处理必须要引起高度的重视。

(2) 由于铁路线长而小的特点, 所以施工临时便道尽量利用既有道路及充分利用正在修建的路基充当施工便道, 以节约成本。

(3) 抛石挤淤填筑段长度不宜太长并按四区段八流程作业方式作业。即四区段是:填石区段、整平区段、碾压区段、检测区段。八流程是:施工准备、填料试验、基底处理、分层填石整平、振动碾压、检验签证、路堤整修、边坡整修。应提前安排施工, 特别是从碾压到检测、填筑环节之间工序安排应合理、紧凑。碾压完成的路基必须及时检测并马上填筑。

(4) 抛石石料必须严格控制, 已被风化的片石及粒径太小抗压强度不合格的片石, 不得用于工程中。

(5) 抛石应根据设计断面分层填筑, 分层压实, 并应有足够的天然护道宽度。抛石挤淤工作完成并经检测合格后, 才可进行下步路基的填筑。

(6) 利用修筑的路基为施工便道时, 在全部路基全部填筑完成后, 应对路基表面进行二次找坡找平, 再次碾压完成后, 不允许大型机械再在路基面上作业。

(7) 地基范围内不应留有孔洞。完工后如无技术措施, 不得在影响其稳定的区域内进行挖掘工程。

(8) 施工中必须保证边坡稳定, 防止边坡坍塌。

(9) 夜间施工时, 应合理安排施工顺序, 配备足够的照明设施;防止石料铺筑超厚。

(10) 抛石挤淤后, 应当连续进行上部路基的填筑作业;此外还应适当经常洒水润湿。

(11) 因在运营线安保区内施工, 施工前除需办理相关手续外, 还需认真落实现场安全防护工作, 必须设专职安全员进行防护, 严禁超限作业。

6 工后沉降

路基填土的压密沉降属永久沉降, 发生在2个阶段:一是施工阶段;二是施工完成后发生的沉降, 也就是工后沉降。工后沉降量太大, 说明填土的压实密度不足, 强度低, 易变形, 容易产生病害。

天津东北郊热电厂铁路专用线DK3+200～DK5+300经抛石挤淤处理的软土路基段, 路基在全部填筑完成后又经过4个多月沉降, 其实侧工后沉降最大为16mm, 见表2。

从表2中资料, 该软土路堤段工后沉降基本控制在路堤高度的0.32%～0.49%之间, 路基稳定。工后沉降参数可采取路堤高度的0.3%～0.5%。

7 结语

效益分析。

天津东北郊热电厂铁路专用线DK3+200～DK5+300范围设计路基土方4.2万方, 其中抛石1.7万方。若不能够应用这一成果, 采用打桩对既有线路基进行安全防护将软土挖除, 再借土填筑, 需增加投资将在100万元以上, 亦即创社会效益100万元以上;并能够减少土石方倒运50%, 减少取土弃土对自然生态的破坏, 保护了环境。

通过抛石挤淤法在该工程中的实际应用, 显示出这种处理方法在控制工后沉降和差异沉降方面的优越性, 也达到了经济合理的目的。因此, 这种处理软土地基的方法可以为既有线旁软土路基设计施工提供参考和借鉴。

摘要：天津东北郊热电厂铁路专用线位于天津市东丽区, 沿线所经地貌为滨海相冲积、海积平原, 属暖温带亚湿大陆性季风气候。软土在此地带分布较广, 路线不可避免地穿过软土地段。由于软土天然含水量高, 透水性差, 抗剪强度低, 压缩性高, 流变性显著等特点, 在软土上修筑的路基因不均匀沉降或剩余沉降过大会产生各种破坏和失稳现象。如施工期发生路基开裂、塌滑;施工期及运营期长期不断的路基下沉或突然的大量下沉、滑移等现象。这些现象最严重的是路基整体坍滑, 滑弧切入地基软弱土层之中。乃至进而影响到轨道结构, 危害工程的安全。因此, 要保证路基稳定首先要进行软土地基的加固处理, 这就使得提高路基的稳定性和承载能力在施工中显得尤为重要。本文通过笔者在软土地基段的施工实例, 总结了抛石挤淤法在软土路基处理过程中的一些经验。

关键词：软土,路基,抛石挤淤