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1、 软岩改良填料现场填筑施工技术 中铁十六局集团第五工程有限公司 胡晓军摘要：结合工程实例介绍软岩采取改良措施后，用于客运专线基床以下路堤本体填筑的施工技术，本文主要介绍泥质粉砂岩强弱风化混合物物理改良土的现场填筑施工。关键词：软岩改良土 施工工艺 填筑 质量控制 检测 沉降1工程概况：DK1623+405+510段路基为铁道部科研项目“武广客运专线软岩填料的现场填筑成套技术的试验研究”的现场试验工点。主要研究内容：泥质粉砂岩强弱风化混合物物理改良土的现场填筑施工工艺及质量检测控制试验研究；该段路基填高大多在5m以上，最大填高8.4m。地基采用CFG桩加固，基床表层采用级配碎石+5%水泥填筑，基
2、床底层采用A、B组填料填筑, 路基本体采用泥质粉砂岩全强风化混合物物理改良土填筑，护坡形式为现浇C20砼拱形骨架护坡。该段路基附近路堑挖方主要以泥质粉砂岩强弱风化物为主，局部夹薄层含砾砂岩强弱风化物，为该段路基填筑所需填料提供料源保障。 2施工工艺2.1施工工艺流程泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土填筑施工工艺可以划分为准备阶段、施工阶段和检测验收阶段等三个阶段。2.2填料破碎、改良及施工泥质粉砂岩强弱风化料物理改良土填筑路基本体，需要破碎、拌和、填筑三道施工工序密切配合，相互协调，科学施工，才能取得经济、合理、快速的施工效果。2.2.1 压实机具的选择软岩强弱风化料的碾压机械必须采用较大吨位的振
3、动压路机。因为软岩强弱风化料颗粒之间存在很不均匀的孔隙，特别是较大颗粒之间夹有很大的孔隙，如果用静压式压路机压实，由于粗颗粒之间有不同程度的接触，并能承受一定程度的外力，因而静压效果不显著。当外力为振动荷载时，振动力使颗粒之间摩擦力大大减小。与此同时，较小颗粒填充大颗粒之间的空隙，结果混合土被振动压实。现场选择采用20T振动压路机。2.2.2 填料的选择、破碎及改良泥质粉砂岩强弱风化物取自该试验段路基附近路堑挖方弃碴，根据现场填料室内补充试验成果，经破碎、筛选后，掺20粗砂改良。(1) 泥质粉砂岩强弱风化物的选择 (a) 泥质粉砂岩强弱风化物料源 (b) 泥质粉砂岩全风化物料源 (c) 暴露于
4、大气中风化的弃碴岩块 (d) 风化后自然崩解的弃碴岩块(2) 泥质粉砂岩强弱风化物的破碎泥质粉砂岩强弱风化物经分选后，运到破碎场。大块风化物岩块用挖掘机进行敲击破碎，方可以进入破碎机进行破碎。破碎工艺流程如下图所示：泥质粉砂岩强弱风化物破碎流程图 （a）破碎厂破碎设备全景 （b）泥质粉砂岩风化物破碎物由于泥质粉砂岩含泥量较高，当泥质粉砂岩强弱风化物含水量较高时，特别是雨后，破碎效率很低甚至无法进行破碎，需要进行晾晒。经比较，泥质粉砂岩强弱风化物的含水量在1015时，破碎工效较高，可以接近其额定生产能力。(3) 泥质粉砂岩强弱风化物的拌和改良由室内筛分试验可知，泥质粉砂岩强弱风化物破碎料级配不良
5、，掺20粗砂后，其级配及力学性质得到明显改善。2.2.3场地集中拌法施工场地集中拌和法是直接将破碎好的泥质粉砂岩强弱风化物填料运至该段路基上，将其均匀堆放并用装载机修成较平整的堆积体。根据破碎料方量，按比例要求运粗砂到路基上，用挖掘机将粗砂均匀地撒布在破碎料堆积体上，然后用挖掘机和装载机拌和34遍，辅以人工配合进行拌和的方法。根据现场拌和经验看，针对泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土，此法工艺流程相对简洁，工效相对较高，1台挖掘机和1台装载机的拌和能力可达250t/h。但此法可控性相对较低，拌和均匀性相对较差，但辅以人工配合后，其混合料拌和质量亦能满足要求。此法适用于物理改良土用量不是太大的路基填
6、筑试验段，经济、快捷。从满足路堤填筑施工要求出发，考虑到改良填料在摊铺、整平过程中含水量的损失，拌和时填料含水量宜控制在比最优含水量高12%左右比较合适。现场拌和后，在不同部位取改良混合料进行级配试验，四组试验结果分别为：Cu127.64，Cc0.7；Cu75.16，Cc1.17；Cu123.88，Cc1.94；Cu158.85，Cc1.73；级配基本良好，说明泥质粉砂岩物理改良土采用场地集中拌和法可以满足填料的拌和要求。主要机械配备为：1台挖掘机，1台装载机，1台推土机，1台平地机，1台压路机。 场地集中拌和法及拌和后的改良土2.3施工工艺参数确定 2.3.1含水量(1) 碾压含水量控制含水
7、量是影响物理改良土填筑路基生产效率、压实质量的主要因素之一，且不同的施工工艺和同一施工工艺在不同的流程中对含水量的要求有所不同。通过室内击实试验可知，泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土掺20%的粗砂改良作为填料，其最佳含水量是6.3%。而在施工生产中发现，泥质粉砂岩强弱风化物破碎料在摊铺填筑的过程中，受气温、拌和、摊铺等因素的影响，含水量会降低。特别是夏天，气温高于30时，失水非常快，常出现摊铺后改良土表层较干，需洒水后进行碾压，既影响施工进度，又增加生产成本。现场试验发现，其摊铺前含水量比最佳含水量高约12时，碾压效果较好。所以在摊铺前，应按“稍高勿低”的原则控制泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土的
8、含水量组织施工，这是因为软岩微强风化混合料潮湿时强度低，极易破碎，而干燥时则相反。当发生过干粗集料集中时，.就容易架空。而混合料与纯土相比较.持水能力差，容易风干，产生外干内湿现象，压实后土体疏松。这是因为压实时颗粒之间缺乏必要的润滑水分，摩擦力较大，而水分却贮存在聚团体的内部，因此不易压实，可见混合料在施工碾压时含水量可以放宽。以填料在碾压过程中不产生翻浆、弹簧现象，不致影响机械化施工为上限；以含水量的减少不致使干密度显著下降、上下层结合不好、不利于压实的含水量为下限。(2) 压实控制指标与含水量间关系现场碾压试验发现，含水量和压实控制指标之间并没有特别明显的相关性，这和泥质粉砂岩物理改良土
9、属于粗砾土，本身不均匀性较大有关；且压实控制指标受影响因素较多，不仅和压实度有关，且受填料本身性质影响较大。对泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土而言，拌和及摊铺含水量宜控制在wopt+2%wopt+1%，压实含水量控制wopt+2%wopt-1%范围内，路基的压实质量可以满足规范所要求的压实控制指标。2.3.2压实层厚和摊铺系数为了确定泥质粉砂岩强弱风化物物理改良土能达到质量验收标准，又经济合理的每层填筑厚度，分别进行了25cm、30cm、35cm三种压实厚度的压实效果对比。 (a) 泥质粉砂岩物理改良土的摊铺整平 (b) 摊铺整平后的路基不同厚度填筑层压实质量检测指标均值对比表压实层厚KhnK3
10、0(MPa/m)Evd(MPa)Ev2(MPa)25cm0.9619.6229562.10111.730cm0.9321.3933398.83121.435cm0.9123.4724864.45110.2用20t振动压路机碾压都可以保证压实质量。压实系数以压实厚度25cm最高，其余压实控制指标以压实厚度30cm最优。若满足规范所要求的压实控制指标，则压实厚度25cm需要碾压10遍，压实厚度30cm和35cm均需要碾压8遍。而要满足压实系数K0.92的要求，压实厚度为35cm时有约一半检测点不合格，说明压实层厚度太大时压实均匀性及可控性相对较差。从经济性及安全性角度综合考虑，压实机械为20T振动
11、压路机时，泥质粉砂岩物理改良土的最优压实厚度为30cm。2.3.3压实遍数同一填料、压实厚度下，使用同一碾压机械，其压实质量与碾压遍数和碾压工艺密切相关。根据以往的路基施工经验，碾压时的工艺次序定为静压1遍强振1遍+弱振，不同的碾压遍数只是在静压1遍+强振1遍之后增加弱振的遍数。该段分别在泥质粉砂岩物理改良土第二层和第六层分区进行了4遍、6遍、8遍的碾压，并分区进行压实质量的检测。检测结果显示，碾压4遍后，压实质量检测指标中K30、Evd、Ev2等力学指标可以满足规范要求，孔隙率n也可以满足规范要求，但压实系数Kh一般难以满足对路基本体细粒土改良土的设计要求。由路基压实控制指标与碾压遍数的关系
12、图分析可见，存在以下规律：(1) 随着碾压遍数的增加，压实系数Kh、变形模量EV2呈增加趋势，孔隙率n逐渐减小。(2) 随着碾压遍数的增加，K30、动模量Evd、变形模量EV1呈抛物线变化，有一极值点，极值点对应的碾压遍数为6遍。这表明：当泥质粉砂岩物理改良土的密实度达到较高标准时，继续振动反而会使路基表面发生松动，造成力学指标下降，现场碾压以68遍为最佳。 (a) 压实系数Kh (b) 孔隙率n (c) K30 (d) Evd (e) Ev1 (f) Ev2 压实控制指标与碾压遍数的关系3路基的填筑质量控制及验收标准 3.1施工质量控制措施根据客运专线路基施工指南的要求以及并参照泥质粉砂岩物
13、理改良土的施工经验，强弱风化含砾砂岩物理改良土的施工质量控制措施主要为以下几个方面：分层填筑压实，每层压实厚度小于30cm。拌合应该均匀，无明显的砂团、砂条，无粗集料集中现场。摊铺平整度达到客运专线路基施工指南的要求，横向形成4%的拱坡；由于泥质粉砂岩受雨水浸泡影响较大，避免下雨时施工，若在下一层受雨水浸泡后，应待其风干后补充压实才能进行填筑。3.2施工质量验收标准(1) 泥质粉砂岩强弱风化料物理改良的掺砂率及拌和后颗粒粒径级配控制及验收标准应符合下表的规定。掺砂量和颗粒粒径质量控制标准项目检测方法工艺控制标准掺砂量质量配比场/路拌法20颗粒分析筛析法场/路拌法Dmax60mm，小于5mm粒径
14、含量1520%，不均匀系数Cu12，曲率系数Cc=13(2) 基床以下路堤填料及其压实标准应符合下表的规定。基床以下路基填料及质量检验标准填料地基系数K30（MPa/m）变形模量EV2(MPa)动态变形模量Evd(MPa)压实系数K孔隙率n(%)细粒土改良土9045350.92砂类土及细砾土1104535-31碎石类及粗砾土1304535-31泥质粉砂岩强弱风化料物理改良土碾压后质量控制指标应不低于上表中碎石类及粗砾土的要求；另外还应满足Ev2 /Ev1的要求：即一般情况下，Ev2/Ev12.6，当2.6Ev2/Ev13.5时，Ev1应不小于Ev2规范规定值的60%，即Ev127MPa；同时宜满足压实系数Kh0.92的控制要求。 (a)分区进行碾压检测 (b) Ev2的检测（c）动态变形模量Evd检测分区进行不同碾压遍数的压实质量检测4泥质粉砂岩物理改良土路基本体沉降情况DK1623+405+510段于2007年11月17日完成路基本体泥质粉砂岩物理改良土填筑，2008年1月5日完成其上部2.3m基床底层A、B组填料填筑，1月9日完成基床表层第一层20cm厚级配碎石填筑，从埋
