路基填筑施工工艺研究——同济学习讲义

路基与桥桩沉降控制措施的试验研究

报告之二

路基填筑施工工艺研究

中铁二局集团有限公司

同济大学

2002年9月

1.工程概况

1.1 地理位置

本项目试验场地位于同济大学沪西校区，场地原为仓库，已拆除，余一些建筑垃圾，中央有一高1.5m ,直径3m的碉堡，一个化粪池和一些仓库条形基础。场地东侧3m处紧邻一幢平房，稍远处有两幢二层楼房，南侧10m处左右有二栋新建的6层教师公寓楼，基础为预制小方桩复合地基，西侧为开阔地，上有一些临时建筑工棚，北侧紧邻一小河。平面位置见图1所示。

透镜状粘砂，土或粉砂层理发育，厚4～5m，第三层，淤泥质粘土，浅灰色、灰色、流塑，厚11～12m。第四层，粉砂与粘土互层，青灰色，稍密，层理发育，一般1～6m厚粉砂夹2～3mm厚灰褐色粉砂土或粘土，粉砂为主，局部见腐植物和白色小贝壳。

1.3 设计概况

1.3.1 地基处理

路基基底设计长度65m，宽29.84m，清除地基表层1.15m～2.7m的人工杂填土

1.3.2 路基填筑

路基填筑高度4.5m，基床以下填筑1．5m（其中砂垫层0.6m），基床底层2.3m，基床表层级配碎石0.7m，全段路堤边坡坡率1:1.5，坡脚设高1.0m，宽1.0m的护道。沿线在路堤坡脚2.0m处设一排观测桩，纵向间距15m。

试验场地的西端，即DK0+010～DK0+045的基床以下和基床底层用下蜀粘土（C 类土）加3～5%的生石灰改良土填筑，长35m。东端即DK0+045~DK0+075的基床以下部分和基床底层用夯填土（B类土）填筑。路堤的基床表层用级配碎石填筑。每层填筑时，均由路基中线向两侧做4%的横坡，级配碎石底面和顶面的平整度≤15mm。参见图2、图3路基纵横断面图。

路堤填筑各部位填筑要求如下表：

表1 路堤各部位填筑要求

床表层的级配碎石），预压期12个月。

1.3.4 轨道铺设

全段铺设轨道50m, 60㎏/m钢轨，枕距1680根/Km，轨道中心处道碴厚度350mm。

1.3.5 桥梁桩基

桩基试验区设在DK0+000～DK0+010路基中线右侧，采用cm

小直径钢筋混凝

60

土钻孔灌注桩，桩长28m，共计8根，其中试验桩2根，锚桩6根，呈梅花型布置。桩基布置如图4所示。

1.3.6 主要工程数量

本试验工程的主要工程数量如表2所示。

1.4 施工组织概况

2000年5月13日成立中铁二局京沪高速铁路上海试验段施工经理部，于2000年5月18日正式施工，至2002年6月20日轨道铺设结束，分部工程施工时间及所用主要材料来源分别列于表3、表4。

表4 主要材料来源表

2.施工技术研究的目的

①对京沪高速铁路南段（徐州至上海）的路基结构特性，通过足尺试验，对改良土和非改良土填料填筑工艺及检测方法进行研究。

②根据足尺试验，模拟将来京沪高速铁路的实际施工方式，获得有关相关的工料和定额数据，通过试验点的分析为编制有关工料和定额提供参考。

③通过整个工程实施中遇到的外界环境影响，包括各种材料运输方式、气候对施工的影响等进行总结，为将来的京沪线施工组织设计提供参考。

④为《京沪高速铁路线桥隧站设计》暂行规定的修改，提供参考依据。

⑤为京沪线南段的路基填料的选择提供依据。

3.施工技术研究内容

①地基表层针对上述目标，施工工艺研究的具体内容为：换填的合理施工方法及合理的施工控制指标。

②塑料排水板的施工技术。

③砂垫层及土工格栅的施工技术。

④下蜀粘土采用生石灰改良的施工工艺及检测方法，B类夯填土的填筑工艺及要求。

⑤基床表层级配碎石的施工技术。

⑥填料运输方式。

⑦环境保护措施。

⑧本工程涉及的料、机定额分析。

4.试验工程的施工概况

4.1 地基表层处理

4.1.1 概况

本试验段施工场地为厚1.15～2.75m的人工垃圾土覆盖，场地内有遗留碉堡一座，还有废墙基若干，在开挖清除的过程中发现化粪池一座，其分布情况如图5所示。按要求需将这些全部清除，并用原土分层回填。

直接用反挖冲击钻清除。人工杂填土清除后，用2m长的钢筋以间距2m打插探测，确定无遗留墙基、硬块后，将基坑大致整平，并用反挖斗逐层压实。

②粘土回填的土源主要是从附近的施工工地获取，因每个工地开挖的土量有限，同时情况也不相同，所以每次进土都派专人到取土场去监督取土，土进场后，对土中的杂质用人工清除。在填筑过程中，除第一层外，其他每层都控制在30cm以内，同时挖好临时排水沟，制备防雨材料（塑料彩条布，每层回填作4%横坡）。每次土在进场之后都进行含水量的测定，当含水率过高时就用推土机翻晒及人工敲碎的方式使含水率降至最佳状态，然后摊铺，使用12T的压路机进行碾压，根据测试结果控制碾压遍数及力度。

4.1.3 施工中所遇问题和解决方法

①清除化粪池、碉堡和部分墙基后，由于已在水位线以下，有渗水现象，采用挖坑聚水、及时抽除的方法保证基坑不被浸泡，在确定清除干净后，立即移土分层封闭，并用反挖斗压实。

②第一层回填，由于接近地下水位，为了便于碾压，其填筑厚度适当增加至39cm，回填后，静压了两遍，在静压的过程中试了一下动压，结果发生翻浆现象，停止了动压，再进行了两遍静压，发现局部有翻浆预兆，效果不理想，就停止了碾压，然后进行检测，K30值较低。第二层吸取第一层的经验，只进行了四次静压。第三层先

静压四遍进行检测，接着又静压了两遍进行检测，效果不明显，第四层先静压四遍，再动压两遍，动压后K30值有所提高，各层的检测结果如表5所示。

表5 回填土的检测结果

③回填施工时间正处在雨季，进入场地的土含水率较高，必须进行翻晒降低含水率。采用在场地内进行摊铺，用推土机翻晒结合人工敲碎方式降低含水率。由于翻晒过程中常常遇到下雨，所以在作好临时排水沟的情况下，根据天气预报，及时按4%以上的横坡整平，并用塑料彩条布覆盖，覆盖前横向以彩条布宽度作梗，防止雨水从彩条布搭接处渗入。这样在天晴时，使含水率逐步降低，同时又能保证土料不被淋湿，雨水顺利排出基坑，最终使土料的含水率达到最佳范围，进行碾压。

推土机翻晒土的方式为：先将运入场地的土用推土机摊铺整平，待表面晒干后，用推土机按1m左右的宽度向前推动1.5m左右，然后后退再按1m左右宽度再向前推，重复如此进行，到一排完成后再进行第二排直至全场推完，使整场的土形成鱼鳞状，晒干后整平，又重新推成鱼鳞状，直至含水率降至合格。

4.1.4 基底处理的人工杂填土的挖除和回填施工工艺流程

基底处理的人工杂填土的挖除和回填施工工艺流程如图6所示。

4.2 砂垫层、塑料排水板及土工格栅施工

4.2.1 概况

①砂垫层砂料由于受料源限制采用中细砂，含泥量1%，总填筑高度60cm，分三层，第一层30cm，第二层20cm，第三层10cm。采用直接入场铺设和推土机推入场人工整平两种方式施工。

②塑料排水板，总打设1492根，为梅花型布置，板距1.2m。每板长15.5m，伸入地基砂层30cm以上。伸入砂垫层30～40cm。采用C13Y-30塑料排水板机打设。

③土工格栅铺设两层，每延米抗拉强度≥50KN。在满足要求的情况下，选用了单向聚乙烯土工格栅和双向玻纤土工格栅。采用人工直接铺设。

4.2.2 施工方法

①为了保证砂垫层施工质量，在砂料进场之前，先取样进行试验，各项指标达到要求之后，方准进场，在砂料进场之时，派专人到取料场进行监督，同时对进场的砂进行抽样检查。

第一层砂垫层直接进入场地铺筑，用人工整平；第二层和第三层由于打设了排水板和铺设了土工格栅，重机械进入会破坏其结构，为保证铺设安全，将砂料堆集在场地边沿，然后用轻型推土机推入场，推土机推料入场时严格控制推进的速度和

砂料的厚度（推土机下砂料厚度不得少于30cm），并用专人指挥，砂料进场之后，再用人工配备手推车短运，按虚铺厚度摊平，摊平后用轻型推土机碾压，结合灌水，最后用人工整平。

②为保证塑料排水板的质量，进料前，先对厂家的生产情况进行了解，并按设计要求对厂家的产品进行了检验，检测项目如表6所示。产品进场后，再进行抽查检验。

为达到设计要求板距误差不超过15cm的要求，在施工前每10m位置横向打设三个定位桩，然后以此为基准将每一板位定出。

为保证垂直度，减小调整垂直度的时间，加快施工进度，将第一层砂垫层整平（按设计要求以4%横坡填筑），立机之后吊线锤，校正导管的纵横两方位使之符合1.5%的垂直度要求；为保证排水板打入砂层，在菱形导管上刻线控制深度的同时还以机器前部被抬起，进尺困难为辅助条件控制。本工程由于回填粘土压实后地基比较硬，为保证塑料排水板打插过程中滤膜不被打破，板身不被打坏，采用加长靴唇2cm的办法，使打插开始时靴唇首先填满2cm厚的泥砂，它能起到一定的隔离和缓冲作用，使板带在进尺时受到一定的保护，实践证明效果很好。同时也经常观察靴口，发现磨痕较重，口径度较大时，及时加固，靴口的形状如图7所示。经三次焊接加固的靴口再用坏，就彻底更换。

在土工格栅的选料上，原拟采用单向的土工格栅，后为扩大研究范围，采用了一半双向玻纤土工格栅，经试验各项指标符合设计要求，其在铺设时比单向土工格

然后一卷一卷的铺设，搭接宽度（＞10cm）和接缝错开（＞50cm）经检查符合要求后，再用尼龙绳绑扎。

用轻型推土机碾压，然后灌水（或下雨后自然密实），再人工表面整平，如此处理方可满足砂垫层的密度要求。

②在塑料排水板的施工中，为保证打设的排水板垂直，打设过程中，移机后减少调整垂直度的时间，在准备工作期间，先将打桩工作面用砂基本整平，待排水板施工完毕后，再按4%的横坡重新整平砂垫层。从打设情况看，对提高工效起到了积极作用。

③在土工格栅的施工中，遇到的最大问题是层间搭接后，如何保证土工格栅铺设平整和不移位的问题，经过探索和研究，最后采用在铺好第一层土工格栅后用编织带装60%左右的砂压边，再折回与第二层土工格栅连接的方法，较好的解决了问题。

4.2.4 施工工艺流程

砂垫层和土工格栅施工工艺流程如图10所示。

4.3 路堤填筑施工

4.3.1 概况

路堤填筑分为改良土和夯填土，改良土以苏州阳山下蜀粘土为素土，经试验确定掺入4%（重量比）生石灰粉改良，本试验段施工改良土11层，计2309.7m3。其施工方式为以装载机拌和及摊铺，人工整平。18T压路机压实的方式施工。夯填土以苏州阳西的山坡土（砂砾土）为填料，本试验段共施工10层，计1908.4m3；其施工方式为：以推土机摊铺，人工整平，18T压路机压实的方式施工。

4.3.2 改良土的填筑施工

在改良土施工之前，在施工场地的四周用砖砌好排水沟，并用混凝土铺底、砂浆抹壁，同时作好观测沉降的沉降板及打好观测桩。在改良土素土进场之前，对土质和石灰送检并进行击实试验，确定最佳含水率和最佳配合比，经试验，最佳含水率为15.7%，最佳配合比为掺石灰4%。改良土素土进场后，用人工清除其杂质，土块敲碎；因为所进的改良土素土在码头用车过磅，到场地后以三、四车作为一个单位计量进行掺灰拌和；拌和方式为：使用装载机翻拌，根据每一填层的实际情况，一是在填筑场外拌和，由装载机运入场内铺筑，人工配合摊铺拣平（主要用在后几层，场地相对较小时），一是在场内拌和，拌和好后由装载机铲运铺筑到位，人工拣平。在拌和时按每堆素土的数量以4%比例计量掺石灰，同时配合人工倒石灰及翻拌时敲碎大的土块；拌和的时间一般选择在早晚或夜间，避免拌和时常伴有石灰粉扬起影响周围人的正常生活，同时为配合工人发放手套和口罩。

在填筑的碾压上，原计划对第一、二层采取静压的方式压实，在施工过程中发现动压对其下砂垫层的影响不大，所以也采取了一些动压，对K30值的提高也比较明显，第三层起，基本上是使用静一动三（每一为一个往返）的碾压方式，碾压之后经检查路堤K30值达到或超过设计要求，密度基本满足设计要求，检测结果如表8所示。

表8 改良土填筑检测成果表

因下雨的影响，有数次进场的改良土素土含水率偏高，进场后无法拌和与填筑，先铺到场地内进行翻晒，使其含水率达到最佳范围内再拌和。在翻晒和施工中，每一层均按设计作4%横坡，同时密切关注天气情况，根据天气预报在下雨之前作好防排水工作：疏通水沟、用塑料彩条布覆盖素土或填筑路堤，并按彩条布宽度作梗。从改良土的施工过程来看，天气对其影响很大，与夯填土施工相比，夯填土用两个月可以轻松完成，而改良土在本试验段用了8个月才完成，为主要控制工期工程。改良土和夯填土具体施工期见表9所示。

表9 改良土和夯填土具体施工期

为了获得掺灰对含水率的影响资料，从第三层起，拌和前后均测了含水率，通过掺灰改良后，改良土的含水率比素土降低2～3%，其变化值如表10所示。

表10 掺灰前后的含水量

改良土的填筑厚度，按要求控制在30cm，为了扩大研究的范围，填筑厚度在16～39cm之间，经检测其K30值均能达到要求，密度也基本满足要求。按设计路肩加宽20cm，为了保证路肩达到设计的K30值和密度要求，在施工中加宽为50～80cm，待路基填筑到设计高度后，再按标准刷坡，刷坡后立即种植草皮防护，从本试验段来看，其防护效果很理想。

按设计要求在地面上1m处应预留1m宽的平台，在施工中因砂垫层在填筑路堤后被压实沉降和填筑时整体的沉降，填上层过程中边坡土滚落等因素，难以处理，在施工时，稍作收台和按设计边坡加上预留后继续填筑，到填筑到设计的高度要求后，与夯填土一起统一刷边坡和作平台，完成之后立即种植草皮防护。

4.3.3 夯填土填筑施工

本试验段所填筑的夯填土取自苏州阳山，为B类土中的砂砾土，以泥砂石构成，在进土之前取样作了级配试验，级配合格，土源进场后，用人工清除杂质（主要为草根、树根），凡是粒径大于20cm的石块，均用铁锤敲碎，使之符合要求（设计要求最大粒径不大于填层的2/3，小于25cm）。夯填土的填料直接进入场地，然后使用推土机按4%横坡摊铺，人工整平，整平后用18T的压路机碾压，碾压的方式一般采用静1动4的方式，经检测K30值和密度均能满足要求，各层的检测结构列于表11。夯填土的施工，受天气影响较小，其渗水较好，雨中施工对其K30值的影响也不大。由于夯填土中石质较多，填筑碾压之后，其平整度难以达到15mm的要求。

对夯填土的施工质量控制主要是颗粒级配和层厚。颗分曲线表明，相应于60%、30%、10%的含量粒径分别为d60=12mm，d30=3mm，d10＜0.1mm，其不均匀系数C u ＞120，曲率系数C c＞7.5，为级配不良。因此，最大石块粒径应控制在25cm以内，并控制每层厚度在40cm以内。

4.3.4 施工所遇和所研究问题及解决方法和结果

①预留加宽问题

在路堤的填筑过程中，路肩部位压路机有50cm左右的地方无法碾压，这一部位的K30值和密度难以保证，为此在填筑时均预留50～70cm（按设计预留值为20cm）的加宽，待路堤填筑完毕后，统一刷坡。表12是离填土外缘不同距离的K30值的试验结果，从中可以发现，加宽50cm可满足要求。

②碾压时间、碾压遍数和检测时间

改良土拌和后立即铺设碾压与过两天后碾压其K30值差距不大，因此，立即碾压可以满足K30值要求，为施工方便起见宜采用立即碾压的方式。改良土的碾压遍数以静1动3为好，夯填土以静1动4为好。改良土的检测时间经对比，碾压3天后K30值有所增长。

③下雨对填筑的影响

改良土的素土挖取、运输、拌和与碾压在雨中都难以进行，同时下雨会使素土的含水率增加，甚至超过允许的范围，而不得不进行翻晒，因此改良土的施工应尽量避开雨季，同时还必须准备防雨材料和措施。夯填土由于渗水效果较好，其各项施工工序受下雨的干扰都较小。

④改良土的层间结合问题

改良土层与层之间由于填筑时间不同，土的凝结有先后，含水率也不相同，在我们施工中发现其有明显分离现象，同时在刷边坡时也证明了此现象，总之各层基本上自形成单独体，而整体结合较差，如何解决此问题有待研究。

⑤沉降、位移问题

本试验段为软土路基，在施工中及工后均会发生沉降和位移，在进入本体填筑之前我们就在坡脚打好两排观测桩，在填筑开始时埋设沉降板，随时观察其沉降位移，本试验段的施工期间其位移（允许值：5mm/d）和沉降（允许值：10mm/d）都没有超过并远小于规定值。沉降曲线如图12所示。