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1、00602郑西路基填筑技术讲课资料摘要客运专线铁路路基填筑施工技术（摘要）客运专线铁路是指时速超过200km的高速旅客列车专用铁路。高速、舒适、安全运送旅客是铁路客运专线的主要特点。要达到这一目标，对线路来说必须确保轨道结构几何尺寸的高度平顺和稳定，而这依赖于给轨道结构提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、长久稳定的路基。因此，客运专线(尤其是无碴轨道)对路基的高标准要求，给铁路的设计、施工和养护提出了新的挑战，必须用全新的观念来设计、施工客运专线路基这种高标准土工结构物，把路基填料作为建筑材料来对待,树立工后零沉降的理念。 1.技术要求 1.1路基填料1.2 客运专线路基填料与填筑压实要求1

2、.2.1基床 基床表层采用级配碎石时应符合下述技术要求： 碎石粒径、级配及材料性能应符合铁道部现行铁路碎石道床底碴（TB/T2897）的规定。 与上部道床碎石及下部填土之间应满足D154d85的要求。当与下部填土不能满足此项要求时，基床表层应采用颗粒级配不同的双层结构，或在基床底层表面铺设土工合成材料。但当下部填土为改良土时，可不受此项规定限制。压实标准应符合表1.2.1-1的规定。表1.2.1-1 级配碎石基床表层的压实标准表填料压实标准地基系数K30（MPa/m）变形模量Ev2（MPa）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配碎石1901205518%基床底层应采用A、B组填料或改良土，其

3、压实标准应符合表1.2.1-2的规定。表1.2.1-2 基床底层填料及压实标准填料压实标准化学改良细粒土砂类土和细砾土粗砾土和碎石类土A、B组填料及改良土地基系数K30（MPa/m）110130150变形模量Ev2（MPa）606060动态变形模量Evd（MPa）404040压实系数K0.950.950.95孔隙率n（无侧限抗压强度不小于设计值）28%28%1.2.2路 堤 基床以下路堤应优先选用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，应根据土源性质进行改良后填筑，其压实标准应符合表1.2.2-1、1.2.2-2的规定。表1.2.2-2 基床以下路堤填料及压实标准填料压实标

4、准化学改良细粒土砂类土和细砾土粗砾土和碎石类土A、B、C组 (不含细粒土、粉砂及易风化软质岩块石土) 填料及改良土地基系数K30（Mpa/m）100120140变形模量Ev2（MPa）454545压实系数K0.930.930.93孔隙率n（无侧限抗压强度不小于设计值）30%30%原地面处理应符合路堤相应部位压实标准的要求。工后沉降的要求 无碴轨道路基工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；长度大于20m沉降比较均匀的路基，允许的最大工后沉降量为30mm。 路堤填筑完成后，对路基沉降进行系统的观测与分析评估，观测断面沿线路方向按设计要求设置。基床底层施工完成，路基进入不少于1218个月

5、的沉降稳定期（有等载预压土的路基段按设计要求预压土后，开始计算），根据路面沉降观测，推算剩余沉降量，分析评估沉降稳定满足设计要求后方可铺设无碴轨道。1.2.3过渡段 路堤与桥台过渡段采用二次过渡方法，在桥台后路基地段设计正梯形水泥级配碎石和倒梯形A、B组填料过渡段，路堤与桥台加设钢筋混凝土搭板；桥与路堑相连时，采用在桥后路基地段设置渐变混凝土板过渡段。路堤与桥台过渡段基床表层级配碎石掺35；路堑与桥台过渡段不小于20m，过渡段外20m范围内的基床表层级配碎石掺35水泥。过渡段路堤基床表层以下用级配碎石分层填筑（详见设计图）,填筑压实标准应满足K30150MPa/m、EV280MPa 、Evd5

6、0MPa和孔隙率n28%，碎石的级配范围应符合表1.2.3的规定。表1.2.3 碎石级配范围级配编号通过筛孔(mm)质量百分率（%）50403025201052.50.50.075110095100609030652050103021021009510060903065205010302103100951005080306520501030210注：颗粒中针状、片状碎石含量不大于20%；质软、易破碎的碎石含量不得超过10%；黏土团及有机物含量不得超过2%。过渡段与相邻路堤作为相同施工区段同步填筑。填料摊铺按设计要求分段选用不同填料，桥台后长度不小于4倍桥台后路堤高度，且不小于20m范围内不能使

7、用大型压路机施工的部位，采用小型压路机配合冲击夯进行压实，其它部位与路基同步采用大型压路机碾压。路堤与桥台结合部渗水墙无砂混凝土随桥路过渡段填筑同步砌筑，渗水墙底部埋设100mm软式透水管。钢筋混凝土搭板采用现浇施工。路堤与横向结构物设置过渡段。路堤与横向结构物（立交框构、箱涵等）连接处等纵向刚度变化地段，采用二次过渡方法。第一次正梯形过渡采用水泥稳定级配碎石填筑，过渡段范围上基床表层级配碎石内掺入35水泥。过渡段后不小于20m范围内设级配碎石二次过渡段。当涵洞顶部至路基面的高度H2.0m时，应在涵洞侧面设置水泥稳定级配碎石（掺35水泥）过渡段，过渡段范围内的基床表层级配碎石掺掺35水泥。当涵

8、洞顶部至路基面的高度0.7mh2.0m时，采用两次过渡方案，在涵洞顶面及两侧设置正梯形的水泥稳定级配碎石（掺35水泥）过渡段，再延伸设置一段倒梯形过渡段，采用A、B组填料填筑。过渡段范围内的基床表层级配碎石掺35水泥，过渡段总长度不小于4倍路堤高度，且不小于20m。路堤与路堑过渡段。 当路堤与路堑连接处为坚硬岩石路堑时，在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0.6m。在路堤一侧设置过渡段，过渡段基床表层20m范围内采用级配碎石掺入3%-5%的普通硅酸盐水泥填筑，充分振动压实，压实标准同桥路过渡段。当路堤与路堑连接处为软质岩石或土质路堑时，顺原地面纵向横向挖成1：2的坡面，坡面上开挖台阶，台阶

9、高度0.6m。与路堤同步填筑相同填料。同时在台阶顶部设置100mm横向排水盲沟（详见设计图），引排水入路堑侧沟或路基外。过渡段范围内的基床表层级配碎石掺35水泥。隧路、两桥（隧）之间短路基刚性过渡段半填半挖路基及不同岩土组合路基过渡段2主要检测方法2.1土体密度试验根据土的类别可分别采用下列方法： 环刀法适用于细粒土。灌砂法、气囊法适用于现场测定最大粒径小于20mm的土的密度。灌水法适用于现场测定最大粒径小于60mm的土的密度。核子射线法：适用于现场测定填料为细粒土、砂类土的压实密度。2.1.1灌砂法要点 按土的最大粒径不大于20mm的要求选定试坑位置。将试坑位置的地面铲平，其面积略大于试坑直

10、径150mm，按试坑直径划出坑口轮廓线。在轮廓线内下挖至要求深度200mm处，边挖边将挖出的土放入盛土容器内，称土的质量，准确至10g，然后取代表性土样测定含水率。2.1.2灌水法要点在选定的试坑位置处铲平略大于试坑直径的地面，并根据土的最大粒径，按表2.1.2确定试坑尺寸。按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度。边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称土的质量，准确至10 g。并取代表性土样测定含水率。表2.1.2 试坑尺寸与对应的试样最大粒径试样最大粒径(mm)试坑尺寸(mm)直径深度52015020040200250602503002.1.3气囊法要点 清扫场地，护坑环置于

11、试坑位置。 仪器置于护坑环上，并用压块固定。 打开排气阀，将测尺游标推至缸筒顶面，活塞提到缸筒顶端。 关上排气阀，慢慢向下推动活塞，直到水位管中溶液水柱升至水位标线。读取数显测尺初始数显数值（L1）并做记录。 提起活塞，使水柱退回零位，松开固定压块，移走仪器。2.1.4核子射线法工作原理：核子密度湿度仪内部装有两种放射源。一个是铯137源用来测量密度。一个是镅241/铍中子源用来测量水分。通过核子密度仪的试验可以快速检测到压实土体的干密度d、湿密度、含水量，并可换算得到压实土体的压实系数K、相对密度Dr、孔隙率n等物理指标。试验允许误差：本试验在同一测点，仪器在初始位置进行第一次读数，然后将仪

12、器绕测孔旋转180进行第二次读数，当密度的平行差值不大于0.03g/cm3时，试验结果取两次读数的平均值。如果两次测定的平行差值超过允许差值，则应将仪器再绕测孔旋转到90和270的位置进行两次读数，取其四次读数的算术平均值。 采用核子射线法测定土体密度时，试验操作应严格按照铁路土工试验规程（TB10102-2004）第4.5.2条执行。2.2击实试验仪器规格与选用击实试验是测定试样在标准击实功作用下含水率与干密度之间的关系，从而确定该试样的最优含水率和最大干密度。击实试验分轻型击实和重型击实。轻型击实试验单位体积击实功约为600（591.9）kJ/m3，重型击实试验单位体积击实功约为2700(

13、2688.2)kJ/m3。地基处理的灰土挤密桩夯实质量检测采用轻型击实试验方法确定最大干密度，铁路路基压实质量标准均采用重型击实试验方法确定最大干密度。本试验类型和方法应根据工程要求和试样最大粒径选用。 2.3地基系数K30 地基系数K30是指采用直径为30cm的荷载板测定下沉量为1.25mm对应的地基系数，其试验是平板载荷试验。2.3.1地基系数K30试验的基本步骤 平整场地，除去松土； 安置平板载荷仪； 加载。 加载为分级加载。按铁路工程土工试验规程TB101022004，加载为先预加0.01MPa荷载30s，待稳定后卸除荷载，然后以0.04MPa的增量，逐级加载。每增加一级荷载，当1mi

14、n的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时，增加下一级荷载。当总沉降量超过规定的基准值(1.25mm)，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。而以前，在K30试验中，加载一般采用0.035MPa为一级，且预压荷载也为0.035MPa。2.3.2地基系数K30的计算2.3.3随机误差应按下列规定进行校正2.4变形模量Ev1和Ev2变形模量Ev1和Ev2试验也属于平板载荷试验，在试验装备上与地基系数K30是及其相似的。主要差别在于操作步骤与资料整理和计算方法的不同。 该试验在一般情况下也采用直径300mm的载荷板。先预压0.01MPa的荷载30s，然后分级加载

15、，直到沉降达到5mm或荷载达到0.5MPa。加载时，规定加载等级不应小于6级，每一级荷载的增量约为0.08MPa，每级加载必须在1分钟内完成，加载或卸载时,每级荷载保持的时间为2min,在该过程中荷载应保持恒定。 试验经两次加载。Ev1和Ev2分别为第一次加载和第二次加载时计算的情况。2.5 动态变形模量Evd动态变形模量Evd试验是落锤施加冲击荷载的载荷板试验。通常，载荷板的直径也为300mm，锤重为10kg，最大的冲击力为7.07kN，荷载脉冲脉冲宽度18ms。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：操作时，除了平

16、整场地和垫铺干砂外，要预先施加三次冲击荷载，然后作三次落锤冲击试验，求平均值。2.6 K30、 Ev与 Evd操作要点和试验特点的对比 表2.6 K30、 Ev与 Evd操作要点和试验特点的对比项 目K30EvEvdEv1Ev2载荷板直径300mm300mm300mm300mm预加载0.01MPa(以前为0.035MPa)0.01MPa第二次加载三次冲击荷载与地面的接触耦合一般一般好差加载等级0.04MPa(以前为0.035MPa)不少于6级（每一级约为0.08MPa）动态施加脉冲宽度18ms加载控制当1min的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时加下一级荷载。120s后加下一级荷载最大荷载或终

17、止试验加载的标准总沉降量超过1.25mm，或荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或达到地基的屈服点。0.5MPa或沉降大于5mm。7.07kN反力装置（一般为载重汽车）需要需要不需操作复杂复杂简单试验速度一般一般快对土体自身特征的反映较好较好好差3 填料生产与改良根据设计要求以及本标段情况，区间路基及站场内正线路基基床底层采用A、B组填料或水泥改良土填筑，基床以下路堤采用A、B组及C组的不易风化的碎石、砾石类填料或石灰改良土填筑。本标段基床底层及以下路堤填料来源于隧道弃碴或路堑挖方；观音堂隧道、长山隧道、金银山隧道为岩石隧道，出碴在填料生产场经解小、破碎、筛分后生产成A、B组及C组填料，用

18、于填筑DK207444DK227320段基床以下路堤；其余区间路基基床底层及基床以下路堤填料均采用改良土，站场路基部分采用改良土填筑,部分采用利用挖方填筑。为满足填料粒径、级配及质量要求，拟在全线配备5处填料生产场，对不符合要求的填料进行加工、改良，在沿线填料生产场配备破碎筛分设备，并在有改良要求的填料生产场配备拌和系统。3.1 碎石土填料生产采用观音堂隧道、长山隧道、金银山隧道为岩石隧道，出碴在填料生产场经解小、破碎、筛分后生产成A、B组及C组填料，用于填筑DK207444DK227320段基床以下路堤。基床底层以下用A、B组及C组填料最大粒径按150mm控制，如部分地段基床底层要用A、B组

19、填料，其最大粒径按100mm控制。3.1.1生产工艺流程A、B组及C组碎（砾）石土填料填料生产工艺流程见图3.1.1。图3.1.1 A、B、C组碎（砾）石土填料填料生产工艺流程3.1.2工艺要点 料源分选：根据路基填筑的不同部位，对路堑挖方和隧道弃碴中不易风化的料源进行相应分选。选用路堑挖方与隧道弃碴中的硬质岩石加工A、B组填料；对满足C组填料标准的土石，当粒径及级配满足基床以下填料要求时，直接进行填筑；当粒径及级配不满足基床以下填料要求时，经填料生产场破碎筛分后，再用于基床以下路堤的填筑。将料源粒径大于900mm的进行二次解小，用皮带输送机将混合料输入破碎机破碎，再经孔径为150 mm（10

20、0mm）的振动筛筛分，使其生产填料的粒径全部小于150mm（100mm），振动筛下填料分别隔离堆放。堆放料时用装载机在振动筛出料口处及时转运，分层堆放，防止形成自然坡角的料堆，避免颗粒发生离析，以保证成品填料颗粒级配的均匀性。对破碎筛分出的集料的颗粒级配、颗粒密度等项目分批进行试验检测。3.1.3质量控制正常情况下，每生产10000m3抽检一次颗粒级配，以分析评价级配的波动情况，并进行颗粒密度试验，为检测填筑施工的压实质量提供标准参数。 填料生产过程中，随时观察目测出料级配情况，当出料级配发生明显变化时，增加抽检试验次数，将级配相差较大、细粒含量小于15、1530和大于30%的集料，按A、B、

21、C组填料的标准分别堆放。3.2级配碎石生产选用品质优良的原材料是确保级配碎石质量的基础。级配碎石的料源分为块石和天然卵石、砂砾石两种。块石或天然卵石、砂砾石先经破碎、筛选分为四种或三种粒径大小不同的集料,再将这几种集料按一定比例混合组成粒径、级配及品质指标符合规定要求的混合料。也可直接采购不同规格粒径的碎石及石屑粉作为配制级配碎石的原料。为保证基床表层和过渡段填筑压实质量，级配碎石混合料应随拌随用。3.2.1生产工艺流程以外购四种不同粒径规格的碎石及石屑粉的生产方式为例，级配碎石的生产工艺流程见图3.2.1。生产桥涵过渡段和过渡段路堤基床表层用级配碎石时，按设计掺加水泥或不掺水泥。3.2.2工

22、艺要点外购2545mm、1525mm、715mm、小于7mm四种规格的碎石和石屑粉集料。贮存集料时用装载机及时转运，分层堆放，防止形成自然坡角的堆，避免颗粒发生离析，各种集料隔离堆放。根据各集料用级配碎石方孔筛的筛分结果，按客运专线基床表层级配碎石暂行技术条件（科技基2005101号）规定的粒径级配范围要求，分别设计出三种基床表层级配碎石配合比例。根据各集料用过渡段级配碎石方孔筛的筛分结果，按设计规定的过渡段1号级配碎石的粒径级配范围要求，设计出三种过渡段用级配碎石的配合比例。按设计的配合比例进行室内击实试验和现场填筑工艺试验，从中分别优选出合适比例、并求得混合料颗粒密度和最优含水率。采用具有

23、自动计量配料系统的拌和机，按试验确定的配合比（加水量根据气候及运距在最优含水率基础上增加12%）进行配料和拌和，以获得颗粒级配稳定和含水率合适的基床表层级配碎石混合料和过渡段级配碎石混合料。需掺加水泥的级配碎石按设计要求在拌和过程中掺加水泥。经检测混合料级配、含水率、水泥含量符合工艺试验确定的允许范围方可出场。3.2.3质量控制各种集料进场过程中，每2000m3进行一次颗粒级配检验，并进行试配混合料的颗粒级配、颗粒密度、重型击实的最大干密度、最优含水率试验，基床表层级配碎石同时进行黏土团和其他杂质含量的检验（其他项目每料场抽样检验不少于3次），过渡段级配碎石同时进行针状和片状颗粒含量、质软易碎

24、颗粒含量、黏土团及其他杂质含量检验，其检测指标符合设计要求。级配碎石中掺入的水泥，以同一产地、品种、规格、批号每500t为一检验批（当不足500t时也按一批计），其品种、规格及质量符合设计要求。每工班生产混合料前测定粗细集料的含水率，换算施工配合比。级配碎石混合料拌和生产过程中，随时观察目测混合料级配和含水率变化情况，正常情况下，每一工作班抽检三次（每次不大于2000m3），第一次必须在拌和开始时检验，如发现生产过程有异常，增加抽查试验次数，根据颗粒级配、含水量、水泥含量检测信息及时调整配料比例，使混合料符合要求。3.3填料的改良与生产3.3.1填料改良方法分类化学改良：通过在原土中添加固化剂

25、（水泥、石灰、粉煤灰等）使之发生物理化学反应，如阳离子交换、胶凝、碳化结块等作用，改善土的物理力学性质，增加强度。同时，降低填料的含水量，便于施工、压实。物理改良：通过在原土中添加某种粒径的土（石）料，改善其级配（Cc，Cu）特性，提高物理力学性能及压实性。3.3.2改良填料生产工艺分类改良填料生产工艺可分为：厂拌法，路拌法和集中场拌法。厂拌法：采用专用的破碎、拌和机械工厂化生产。主要优点是拌和均匀，质量易控，但成本高、效率低。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒-含水量检测-填料入仓-机械破碎-粒径检测-添加剂含量检测-添加剂+破碎料机械拌和-均匀性检测-出厂-摊铺、平整、碾压。路拌法：采用路拌机械

26、在路堤施工现场拌和。方法简便，成本低,一般限用于含水量变化对压实效果影响较小的土类。但受气候影响大，污染较大，改良土的质量不易稳定。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒-添加剂含量检测-拌和-含水量、均匀性检测-平整、碾压。（目前高速客运专线路基改良土不提倡用此种方法）场拌（集中路拌）法：采用路拌机械集中在场地（如取土场、专用拌和场）内拌和，其拌和工艺与路办法相同。可减少对施工沿线的污染。厂拌改良土填料生产本标段部分区间路基基床底层及基床以下路堤填料均采用改良土，站场路基部分采用改良土填筑。基床底层改良土采用57%的水泥改良，路堤本体采用512%的石灰改良。改良黄土填料施工工艺按厂拌法生产，其配合比及

27、拌制工艺参数需经现场分层填筑工艺试验验证确定。1 改良土填料厂拌法生产工艺流程见图3.3.2。图3.3.2 改良土填料生产工艺流程图工艺要点A 原料制备a 黄土晾晒与破碎：选取隧道出碴和路堑挖方黄土作为改良填料的原料，在填料生产场用土料破碎机破碎成粒径小于10mm的填料。如土料改良混合后的含水率高于最优含水率的2%时，则将填料进行晾晒，再进行粉碎。粉碎好的土料要进行覆盖，防止雨淋或水分损失。b 石灰消解及过筛：使用消石灰时，在使用前710天充分消解。每吨石灰消解需用水量一般为500800kg。消解后的石灰保持一定的湿度，以免过干飞扬，但也不能过湿成团；消石灰过孔径10mm的筛，并尽快使用；当采

28、用生石灰时，选用磨细生石灰粉。B 配合比试验及验证:a 对需改良的黄土应进行自由膨胀率、液塑限、天然含水率、天然密度试验，对拟掺入的改良剂按设计及材料质量要求进行相关试验。b 在设计改良剂掺量范围内每递增1掺量为一组配合比配成的混合料分别做重型击实试验和无侧限抗压强度试验，确定改良土的最大干密度和最优含水率，验证饱和无侧限抗压强度。c 根据室内试验所选的初步配合比，进行填筑工艺试验，验证室内试验配合比并确定施工工艺参数。C 计量配料：拌和前先测定黄土和石灰的含水率，如混合料的含水率低于最优含水率2，则按混合料含水率大于最优含水率2，计算需增加水量，再将该土料与改良剂和水按上述“B”确定的重量配

29、合比，确定生产用配合比，按生产配合比进行计量配料。D 拌和：按配合比将原料及外掺料准确计量后,采用稳定土拌和机拌和。为保证路基填筑质量，改良填料应随拌随用。E 检验：对拌和好的填料分批进行检验，合格后直接用于路基填筑，如检测不合格，则重新进行拌和，并检查原因，及时进行修正。质量控制A 对路堑地段用作改良的黄土或隧道出碴抽样检验其中有机质和硫酸盐含量、液塑限、自由膨胀率、天然含水率、最大干密度和最佳含水率，检验按同一土源每5000m3为一检验批，当土质发生变化时应增加检验批。B 正常情况下，化学改良外掺料（石灰或水泥）同一厂家、品种、批号每200t为一检验批进行检验，每批抽样检验1次。C 每工班

30、生产混合料前测定黄土和石灰的含水率，换算施工配合比。混合料拌和生产过程中，随时观察目测混合料含水率变化情况，正常情况下，每一工作班抽检三次（每次不大于2000m3），第一次必须在拌和开始时检验，如发现生产过程有异常，增加抽查试验次数，根据含水量、石灰或水泥含量检测信息及时调整配料比例，使混合料符合要求。4.基床表层以下路堤填筑4.1 施工准备4.1.1地基补充勘探开工前对线路基底的地质情况进行详细的补勘，以验证地质资料，确保地基条件评价准确。具体实施如下：沿路基中线每50m先布置一个初步补充勘测点，根据线路路基的不同地质情况，选用N10轻型动力触探、N63.5重型动力触探、标准贯入、静力触探四种原位测试方法进行现场勘测，