高速鐵路高填方路基粗顆粒填料技術與沉降控制
時間：2022-04-26
林永鋼
摘? 要 ：我國幅員遼闊，偏遠山區眾多，因此高速鐵路由于地形地貌、工程造價、氣候環境等原因不可避免的存在路基高 于 8 m 的高填路段。而對于我國高速鐵路路基來說目前采取的大多是粗顆粒填料，粗顆粒填料無論在壓實性能、壓縮變形 層面均高于細顆粒填料，具有十分廣闊的推廣應用價值。為此，本文依托濰煙鐵路 DK92+993 ～ DK110+833 段高速鐵路對 高填方路基粗顆粒填料技術與沉降控制進行了研究，通過理論分析與數據分析計算相結合的方法系統研究了高速鐵路高填 方路基粗顆粒填料技術與沉降控制。
0 引言
在我國高速鐵路建設過程中，根據相關法律規定一 般沿線路基的建筑高度不能超過8 m，但是由于我國幅 員遼闊，偏遠山區眾多，因此高速鐵路由于地形地貌原 因、工程造價原因、氣候環境原因等不可避免的存在路 基高于8 m的高填路段[1]。而對于我國高速鐵路路基來說 目前采取的大多是粗顆粒填料，粗顆粒填料無論在壓實 性能、壓縮變形層面均高于細顆粒填料，具有十分廣闊 的推廣應用價值，但是我國目前針對于高速鐵路高填方 路基粗顆粒填料技術的研究還十分薄弱，因此針對高速 鐵路高填方路基粗顆粒填料技術與沉降控制進行分析具 有十分重要的研究意義。
1 高速鐵路路基沉降機理分析與沉降監測
1.1 工程簡介 濰 煙 鐵 路 位 于 山 東 省 東 北 部 濰 坊、 青 島、 煙 臺 市 境 內， 本 項 目 負 責 施 工 的 五 分 部 里 程 為 DK92+993 ～ DK110+833， 線 路 總 施 工 長 度 為 17.84 km，范圍內征地拆遷、路基工程、橋梁下部結構、橋面 系、附屬工程、施工輔助設施、涵洞、相關工程、部分 大型臨時設施和過渡工程的施工。全線共分為區間路基 長度 8.93 km，占線路總施工長度的 50.05%。路基施工 土方以本樁利用為前提，框架涵、蓋板涵、地基處理應和 對應路基同步開始施工，前期以完成涵洞施工為主，為 路基段落提供前提條件，后期路涵、路橋以及路隧過渡 段與路基兼顧施工。本路段施工位于丘陵山區，地形地 質條件復雜，沿線存在淘金洞、傾斜路基等不良影響因素，導致鐵路沿線變形控制難度大，主要難點表現在 ：
（1）橋—堤—涵過渡段變形協調控制難度大。因此在高速 鐵路建設中，一般使用摻水泥級配碎石的改良填料填筑過 渡段，以保證過渡段的質量，控制差異沉降，確保過渡段 的平順過渡。然而在鐵路運行過程中，會出現過渡段填 筑材料膨脹上拱引起變形的情況。填筑材料上拱問題原 因復雜、理論研究較少、整治手段有限。另外，高速鐵 路對于基礎平順性要求極為苛刻，且高速鐵路變形調整 能力有限，尤其是可供向下調節的變形量極小，對過渡段 的膨脹變形十分敏感。故過渡段填筑材料膨脹上拱是高速 鐵路運營亟需解決的問題 ；
（2）山區傾斜路基坡度較大， 斷面形式較為復雜，雖然采取了一定的工程措施，但不均 勻變形和抗滑穩定問題仍然較為突出，需要結合工程實際 進行一定的施工調整 ；
（3）煙臺地區金礦民采活動廣泛、 歷史悠久，采礦工程施工隨意性強，未留下任何探采資 料，導致民采井的數量、工程措施、開采深度及分布范圍 均不清楚且民采形成的采空區均未充填，部分已坍塌，無 技術資料、隱蔽性強。線路 DK93+000 ～ DK119+000 位 于北截 - 靈山溝金礦成礦帶上，成礦條件較好，地表民采 較為集中，據調查主要為民采井、掏金洞及少量平巷等小 型采空區，一般采深 10 ～ 50 m，深者達 100 m 甚至更 深，對鐵路安全影響較大。
1.2 高速鐵路高填方路基沉降機理分析 高速鐵路高填方路基具有填方量巨大和填方高度較 高的特點，因此在路段施工完成后，高速鐵路路基會由 于自身重力以及負荷壓力的共同作用下產生整體或局部 的路基沉降[2]。當高速鐵路高填方路基沉降超過一定限 制，將對軌道排布以及列車安全行駛造成嚴重影響。 高速鐵路高填方路基沉降主要可以分為瞬時、主固結以及次固結沉降3個類別，路基沉降的計算方式如式 （2-1）所示，式中由左到右依次代表總沉降、瞬時沉 降、主固結沉降、次固結沉降。
（2-1）
1.3 高速鐵路高填方路基沉降構成
1.3.1 填土造成的壓密沉降 首先考慮的是高速鐵路高填方路基在填土過程中填 土自重導致的，無論是填土還是軌道鋪設都會導致路基 的下沉，對于這部分產生的路基沉降，本文采用德國通 用經驗公式（1-2）來進行計算。
（1-2）
通過經驗公式計算可以得知，填土造成的壓密沉 降將在列車正式通車后的1.5年可達到穩定，而其造 成的高速鐵路高填方路基沉降會達到路基建筑高度的 0.1%～3%。
1.3.2 行車造成的基床累計沉降 其次考慮的是高速鐵路高填方路基在通車后列車行 駛導致的沉降，對于行車造成的基床累計沉降與列車的 行駛速度、列車重量、路基填料、壓實度以及填方高度 有直接的關系[4]。
1-1中可以看出：當基床底層的K 表1-1是日本學者得到的軌道沉降高度數據，從表 30=68.6—108 MPa/m， 列車標準作用荷載作用次數為150萬次時，基床累積變形 量約為1～2 mm；當基床底層之后K30＞70 MPa/m，基 床累積下沉 以將保持在1.5 mm左右。
1.4 高速鐵路高填方路基沉降監測 1-2所示。 對于高速鐵路高填方路基沉降監測的頻次規范如表
由表1-2可以看出，路基填筑過程中每日觀測1～2 次，靜置期前四個周每兩天觀測一次，第四周以后到兩 個月的時間里每周觀測一次，從運營開始到觀測期每隔 三個月觀測一次。
2 高速鐵路高填方路基粗顆粒填料選擇
2.1 粗顆粒填料的天然狀態和結構
本文選取了8種粗顆粒填料，其中1號、4號、6號是 未風化的巖樣，2號、3號是土石混合填料，5號是粉質塊 狀巖樣，7號是強風化巖樣和土混合的混合料，8號是原 路基土。以上8種粗顆粒填料的粒徑均小于5 mm，土石 比例不同。
2.2 粗顆粒填料的礦物成分分析
X射線衍射分析是研究礦物成分的最有效方法之 一，每一種礦物均有其獨特的晶體結構和特殊譜線及其 強度，同一種礦物，即使它和其他礦物混合在一起，其 特殊譜線及其強度也有所不同，據此可以鑒定出不同礦 物，本文所選取的8種天聊的成分分析如表2-1所示。
2.3 粗顆粒填料的室內浸水崩解試驗
對本文所選取的8種填料中的1號、4號、6號、7號分 別做3次干濕循環試驗，所得結果如表2-2所示。 據表2-2得出：7號料在經歷幾次干濕循環后基本己 經崩解，容易發生干濕循環，引起土石組成嚴重變化， 造成加速沉降或不均勻沉降，影響路基的長期穩定性， 因此7號填料被排除。
2.4 粗顆粒填料的顆粒分析試驗
對于粗顆粒填料的顆粒分析試驗，本文對2號、3 號、5號填料進行混合后對粒度成分分析，分析結果如表 2-3所示。
從表2-3中可以看出：三組土石混合填料的不均勻 系數Cu>10，曲率系數Cc在1～3，天然級配良好；2號 填料與3號填料大于5 mm的顆粒含量<30%，是為級配 不良；5號料顆粒分布均勻，大于5 mm的顆粒含量占到 80.6%以上，是優良的粗顆粒填料。
2.5 粗顆粒填料的抗壓強度試驗
粗顆粒填料的抗壓強度試驗試驗結果見表2-4。
表2-4中可以看出：1號和6號料的軟化系數均大于0.75，屬于不易軟化材料。對于4號料是較軟巖。
3 結語
本文依托濰煙鐵路 DK92+993-DK110+833 段高速鐵 路對高填方路基粗顆粒填料技術與沉降控制進行了研究， 主要得出結論有 ：
（1）路基填土越高，路基表面動荷載對 地基的影響越小，路基填土越低，路基表面動荷載對地基 的影響越大 ；
（2）對于填高 20.8 m 的高填方路基，路基 填料按照基床表層地基系數能夠滿足路基工后沉降要求 ；
（3）含水率和顆粒組成是影響粗顆粒填料壓縮變形的主要 因素，在現場施工時保證填料具有較高的壓實度 [5]。
參考文獻 [1] 張勇.探討高速鐵路路基粗顆粒填料凍脹特性[J].工程建設與 設計,2020(03):57-58+61. [2] 劉鑫.粗粒料填筑高路堤穩定性分析及施工關鍵技術研究[D]. 長春:吉林大學,2019. [3] 譚雪峰.高填方路基施工技術和沉降控制策略[J].綠色環保建 材,2019(06):149+151. [4]田珂.高填方路基沉降控制關鍵技術分析[J].科學與財富, 2019(24):302-303. [5] 吳政軒,秦鑫.淺析高填方路基沉降分析及控制措施[J].汽車世 界,2019(8):87.
Coarse Grain Filling Technology and Settlement Control for High-Filled Subgrade of High-speed Railway
LIN Yonggang (China Power Construction Road and Bridge Group Eastern Investment Co., Ltd., Jinan Shandong 250000) Abstract: My country has a vast territory and many remote mountainous areas. Therefore, high-speed railways inevitably exist in high-filled sections with subgrades higher than 8m due to topographical and geomorphological reasons, engineering cost reasons, and climate and environmental reasons. For the roadbed of my country's high-speed railway, most of the coarse-grained fillers are currently adopted. The coarsegrained fillers are higher than the fine-grained fillers in terms of compaction performance and compression deformation, which has a very broad application value. To this end, this article relies on the DK92+993- DK110+833 high-speed railway section of Wei-Yan railway to study the high-fill subgrade coarse-grain filler technology and settlement control, and systematically study the high-speed railway through the method of combining theoretical analysis and data analysis and calculation. Coarse particle filler technology and settlement control for high-fill roadbed. Keywords: high-speed railway; high fill; coarse-grained filler; settlement