用于重载型铁路风沙路基填筑施工方法与流程

本发明涉及铁路施工技术领域，具体涉及一种用于重载型铁路风沙路基填筑施工方法。

背景技术：

随着我国西部大开发战略的实施，需要在沙漠地区兴建大量的公路、铁路等工程。上述西部地区的施工路基很多存在大面积湖积沙、风积沙，湖积沙、风积沙一般颗粒级配较差且无粘性，甚至无粘聚力、抗剪强度低、透水性好、颗粒较细、保水性差，在外力作用下极易松散和位移，沙质原地面处理困难。而针对上述铁路路基风沙地面土工结构质量、安全性要求高。目前，对于上述类型的铁路施工时多采用湖积沙、风积沙作为工程填筑材料有许多成功范例，但对路基基床以下填料设计为c组填料(粉细砂)及沙质原地处理研究相对缺乏且由于各地工况不同没有形成详实的成果，不能对重载铁路风沙路基施工提供较好的借鉴作用。也存在采用水沉法进行施工的案例，但是水沉法存在用水量大、施工工期长等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于重载型铁路风沙路基填筑施工方法，能够有效针对风沙路基的重载型铁路进行施工，提高施工效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于重载型铁路风沙路基填筑施工方法，其特征在于：

步骤a，路基清表后，利用履带式机械从路基边缘向内侧逐轮进行碾压，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，稳压两遍；

步骤b，稳压结束在沙质原地面先封一层低液限砂性黏土而后用重型压路机碾压；

步骤c，利用土壤水分测定仪测定填料含水率，并且将检测的填料含水率与最佳含水率进行比对，如果小于最佳含水率，则启动洒水装置继续向路基洒水，直至土壤水分测定仪测定填料含水率符合最佳含水量±1％范围或等于最佳含水率，则停止洒水装置洒水作业，并且启动重型压路机碾压。

本发明特点还在于：

所述步骤a中，用重型压路机先静压一遍、弱振一遍、再强振两遍，最后再静压一遍，碾压时其轮迹重叠宽度不小于单轮宽度1/4～1/5。

所述步骤c中，洒水结束后，路拌机进行翻拌而后用重型压路机碾，路拌机旋进深度设置为35cm，填料虚铺厚度30cm，5cm路拌机旋进填筑层下路基表面的深度，保证上下层填料充分结合。

所述步骤b中，渣土车配合履带式推土机和履带式挖掘机，在沙质原地面先封一层20cm厚的低液限砂性黏土，推土机和挖掘机进行粗平，然后平地机进行精平。

所述步骤c中，洒水装置设置定量数控水表，所述洒水装置上设置喷水管，所述定量数控水表用于设置喷水管的喷洒水的流速。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：本发明有效解决了轮式机械行驶困难、沙质原地面及沙质填料压实困难，优化了资源配置，减少了劳动力投入，大大缩短是施工工期，并且提高了施工功效，降低了生产成本且有效保证了路基实体质量。相比于水沉法，该工艺减少了工程用水量，形成了一套安全、可靠、保质、保量的沙质原地面处理及c组土(粉细砂)填筑工艺。

附图说明

图1是步骤a和步骤b的施工工艺流程图；

图2是步骤c的施工工艺流程图；

图3是原地面地基系数实测图；

图4是原地面压实系数实测图；

图5是基床以下路基压实度实测图；

图6是基床以下路基地基系数实测图；

图7是路拌机翻拌深度示意图；

图8是压路机行走路线图。

具体实施方式

结合图1至图8，对本发明作进一步地说明：

用于重载型铁路风沙路基填筑施工方法，

步骤a，路基清表后，利用履带式机械从路基边缘向内侧逐轮进行碾压，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，稳压两遍；

步骤b，稳压结束在沙质原地面先封一层低液限砂性黏土而后用重型压路机碾压；

步骤c，利用土壤水分测定仪测定填料含水率，并且将检测的填料含水率与最佳含水率进行比对，如果小于最佳含水率，则启动洒水装置继续向路基洒水，直至土壤水分测定仪测定填料含水率符合最佳含水量±1％范围或等于最佳含水率，则停止洒水装置洒水作业，并且启动重型压路机碾压。

路基清表后用履带式推土机、履带式挖掘机等机械从路基边缘向内侧逐轮进行碾压，碾压时其轮迹重叠宽度不小于单轮宽度1/4～1/5，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，稳压两遍，稳压时采用进退式碾压方式。稳压的作用如下：

(1)轮式机械在松散的没有粘聚性的风积沙中行驶困难、能耗高、效益低等诸多弊端，针对这种情况，经过全面综合考虑，采用履带式推土机、履带式挖掘机等机械解决这一难题；

(2)履带式推土机、履带式挖掘机自重比较重，如ty220履带式推土机自重达23.5吨，pc200履带式挖掘机自重达20吨；

(3)履带式推土机、履带式挖掘机履带较窄又自重大，所以履带给单位沙质原地面的应力比较大，应力传递比较深，从而易于压实沙质土壤；

(4)经过稳压后沙质原地面相对挤密，具有一定的抗剪能力，为封层上料提供便利。

稳压结束后，渣土车配合履带式推土机和履带式挖掘机，在沙质原地面先封一层20cm厚的低液限砂性黏土(封层采用纵向全断面水平填筑)，推土机和挖掘机进行粗平，然后平地机进行精平，随后用重型压路机先静压一遍、弱振一遍、再强振两遍，最后再静压一遍，经分析试验数据得出：当封层厚度为20cm时，沙质原地面在此碾压工艺下压实度和地基系数k30基本上能满足要求；压路机压实功传递较充分，而且稳压后进行第一次初静碾压时压路机轮子沉陷不明显，碾轮前没有沙包鼓起，碾压过程较顺利；能够满足重载型运煤铁路对路基土工结构质量和安全性的高要求。

路基清表后先进行稳压、而后在其表面封一层20cm厚的低液限砂性黏土，紧接着用重型压路机碾压，压实功有效传递，封层下的沙质原地面被有效压实，路基压实度和地基系数k30均满足规范要求。形成了一套安全、可靠、保质、保量的风积砂地质下路基原地面处理施工技术。

在上述的路基表面封一层20cm厚的低液限砂性黏土的作用效果如下：

(1)、沙质原地面的土壤粘聚力c较小，而且会随着压路机的振动而减小，甚至发生液化，此时沙质原地面土壤的内摩擦角压路机碾轮会发生沉陷或碾轮前出现“拥土”现象。所以封一层20cm厚的低液限砂性黏土能够很好的解决此问题。

(2)、随着压路机的碾压，封层土被挤压而排除土体中的空气，变得致密胶结，封层土的弹模也逐渐增大，进而封层土有“结块”趋势，此时应力在封层衰减较少，而且封层对松散的、无粘聚力的风积沙也产生很强束缚作用，且限制了封层下粉细砂随意发生位移。再随着压路机的碾压压实功通过封层传递到沙质原地面而被压实。

(3)、当封层厚度为20cm时，封层土能与沙质原地面有效结合，对沙质原地面局部液化地段及较松散段有加固补强作用，有利于结构的稳定，也为c组填料的填筑创造条件。

结合图1所示，在实际操作时，步骤a施工之前，熟悉设计图纸及施工规范，根据现场调查资料和设计图纸编制施工方案，对方案进行研讨确定最终施工方案，对管理人员及作业人员进行培训、交底。

(1)进行技术准备，技术准备包括如下步骤：

①测量：本路基原地面处理开工前应做好施工测量工作，其内容包括中桩、边桩放样、原地面标高测设，施工测量的精度应符合规范要求。

②试验：本路基原地面处理首件工程施工前，施工人员应对路基工程范围内的地质、水文情况进行详细勘察，通过取样、试验确定其性质和范围。经试验，本段路基原地面土工试验结果为：最佳含水量10.2％，最大干密度1.64g/cm3。

(2)进行测量放样时：

测定中线，根据图纸设计标高、宽度以及原地面标高，计算出路基碾压宽度并放出边线，施工宽度要大于设计宽度50cm，以保证路基边缘的压实。

(3)清表及原地面平整：

确定地基处理范围后进行清表作业，本区域为沙丘地区，地表植被主要为沙柳等低矮植被，采用推土机加人工配合清除表层30cm腐殖土及树根、草木等，平整场地，原地面坡度陡于1:10时，采用台阶顺坡，每个台阶宽不小于2m，高度为0.5～1.0m，困难地段高差不得大于2m。困难地段有坡度，坡度也不能大于2％。坡顶、坡脚外侧挖临时排水沟，视现场情况水沟按深度不小于0.5米、底宽不小于0.4米控制，沟帮要平顺，台阶之间按地势顺好，通过既有涵洞、水系排至路基外。

(4)稳压：

清表后试验检测沙质原地面含水量，当含水量大于最佳含水量时履带式推土机配合履带式挖掘机翻晒原地面沙土，当含水量小于最佳含水量时用洒水车喷洒水。总之，调节原地面沙土含水量接近最佳含水量，然后用履带式推土机和履带式挖掘机进行初碾压，即推土机、挖掘机从路基边缘向内侧逐轮进行碾压，碾压时其轮迹重叠宽度不小于单轮宽度的1/4～1/5，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，稳压两遍，稳压时采用进退式碾压方式。

(5)摊铺、整平：

稳压结束后，渣土车配合履带式推土机和履带式挖掘机，在沙质原地面先封一层20cm厚的低液限砂性黏土(封层采用纵向全断面水平填筑)，推土机和挖掘机进行粗平，然后平地机进行精平。

(6)碾压：

用重型压路机先静压一遍、弱振一遍、再强振两遍，最后再静压一遍。压实作业时应遵循先轻后重、先慢后快、先边后中的原则，碾压过程中始终保持压路机行驶方向的直线性。到达碾压地段的尽头时应迅速而平稳地换向，并使左右相邻两压实带有1/5～1/4的重叠量，以保证碾压质量。对于压不到的边角，应辅以人力或小型机具夯实。

(7)试验检测

试验检测标准及试验段主要施工机械分别如下表1及表2所示。

表1试验检测标准

施工里程范围为dk218+540～580，封层厚度为20cm，碾压方式为先静压一遍、再弱振一遍、后强震两遍、最后静压一遍，所得地基系数及压实系数分别如下图3、图4所示。

由上表及图3和图4，总结得出：压实系数k、地基系数k30均满足规范要求。

结合图2所示，上述步骤c中，引进jk-100土壤水分测定仪测定填料的含水率；

jk-100土壤水分测定仪工作原理：采用高周波原理，即该仪器内有一个固有频率，被测物水分不同，通过传感器传进机内的频率不同，而频率比较之差，经过频率转换器转换成数字显示。jk-100土壤水分测定仪检测填料含水率，检测精度高且方便快捷，有效提高了路基施工功效。

在洒水车加装dn20定量数控水表，改装洒水车喷水管；洒水车加装n20定量数控水表并改装其喷水管，n20定量数控水表可以设置喷洒水的流速。改装的喷水管可以均匀的喷洒水，因此当洒水车以速度v行驶时，其喷洒水的流量为：

结合图7所示，洒水结束后及时组织路拌机进行翻拌，路拌机旋进深度设置为35cm，填料虚铺厚度30cm，5cm路拌机旋进填筑层下路基表面的深度，保证上下层填料充分结合。

由于粉细砂具有粘聚力小、不可塑性等特点，而轮式压路机在粉细砂上行驶过程中，会破坏已压实部分，造成压实效果不理想，且轮式压路机在粉细砂上行走时会陷入其中，行走困难施工效率低。但粉细砂本身具备压缩性和抗剪性，具有较高的承载力，故现行规范将其作为一种合格的路基填料。但因为毛乌素沙漠风大温高，光照时间长，摊铺的填料表面的水分极易蒸发；粉细砂失水后变得松散，无粘聚力，压路机难以压实，导致粉细砂施工性能较差。因此，控制好粉细砂含水率是保证路基压实质量的关键。

引进jk-100土壤水分测定仪检测含水，其采用高周波原理，即该仪器内有一个固有频率，被测物水分不同，通过传感器传进机内的频率不同，而频率比较之差，经过频率转换器转换成数字显示；改装洒水车喷水管并加装dn20定量数控水表，推导洒水车行驶速度与喷水管流速之间的关系，使洒水车定量、均匀的洒水，然后用路拌机翻拌洒水后的填料，当粉细砂填料含水率在最佳含水-1％～1％之间时开始重型碾压直至路基压实度满足要求。

上述洒水车行驶速度与喷水管流速之间的关系：

已知填料的最佳含水率为wop，取单位体积的土样，其质量为m、含水率为wj，假设填加mx的水后，填料含水率达到最佳含水率，则得：

wj＝m水j/msj(1)

wop＝(m水j+mx)/msj(2)

又

由(2)式得需添加水量mx如下：

mx＝(wop-wj)×msj(4)

则得mx＝mx×vx(5)

式中mx所填加水总质量，vx所需填加水的填料总体积。

由(5)式得单位面积所需填加水量为：

ms＝mx/s＝mx×h(6)

式(6)中s为所需喷洒水的面积。

又改装后的洒水车喷管长3m，当其以速度v行驶时，单位时间内其喷洒水的面积为3v，此时所需喷洒水量为3vmxh，相对应的喷洒水的体积为3vmxh。故而，流速为qv＝3vmxh。

即流量：

式(7)中：v——车速，m——单位体积土样质量，wop——最佳含水水量，wj——检测土样含水率，h——填料虚铺厚度。

压路机振动时振动表层颗粒受到扰动而脱离原来的平衡位置而振动起来，它将对周围的沙土颗粒产生作用力，这个力也使它们离开平衡位置，从而带动周围颗粒产生振动起来。当振动引起的剪应力大于土体的抗剪强度时，沙土颗粒在自重作用和压路机的激振力作用下互相脱离，即土体颗粒发生相对位移而发生自行重组，并将砂中的空气挤压排除，孔隙得到填充，路基压实度提高。当填料含水率接近最优含水率时,砂层中存在大量的自由水润滑作用增加。此外，在压路机振动压实过程中，沙粒间隙中的水发生移动，对砂颗粒产生作用力，土颗粒发生位移而挤密，干密度提高,在最佳含水率时干密度达到最大值。

上述的步骤c具体步骤如下：

步骤(1)，渣土车直接将取土场的c组土(粉细砂)运输至摊铺区进行摊铺，并用装载机、推土机精平，再用平地机精平。

步骤(2)，填料摊铺整平后用jk-100土壤水分测定仪检测填料含水率wj，当填料的含水率wj在最佳含水率的-1％～+1％范围内，直接进行重型碾压；当填料的含水率wj≥wop时用路拌机进行翻晒，翻晒后的含水率wj在最佳含水率-1％～+1％范围内时，进行重型碾压；当填料的含水率wj≤wop-1％时，需要对填料进行补水。

步骤(3)，洒水：当洒水车以速度v行驶时，设置洒水车加装的dn20定量数控水表，调节喷管的流量qv，而后进行洒水。

①路基表面洒水：填料填筑前，首先用jk-100土壤水分测定仪检测路基表面含水率，然后计算所要添加的水量，并调节洒水车喷管的流量qv进行洒水。

②填料摊铺后洒水：填料摊铺后，用jk-100土壤水分测定仪检测摊铺填料含水率，然后计算所要添加的水量，并调节洒水车喷管的流量qv进行洒水。

步骤(4)，结合图7所示，路拌机翻拌：洒水结束后及时组织路拌机进行翻拌，路拌机旋进深度设置为35cm，填料虚铺厚度控制在30cm左右，5cm为路拌机旋进填筑层下路基表面的深度，保证上下层填料充分结合。

步骤(5)，检测含水率：当路拌机翻拌完毕后，再次用jk-100土壤水分测定仪检测摊铺填料含水率；当含水率wj在最佳含水率的-1％～+1％范围内时直接进行重型碾压；当填料的含水率wj≤wop-1％时，需要对填料进行补水，重复步骤(3)、(4)。

步骤(6)，结合图8所示，碾压：当填料含水率合格后有重型振动压路机进行碾压。碾压工艺为：静一遍、弱振二遍、强振两遍、静压一遍收光。

步骤(7)，检测路基压实度：碾压结束后，试验检测c组土压实系数k和地基系数k30并对其进行分段检测对比。取样检验方法应符合《铁路工程土工试验规程》(tb10102-2004)的有关规定。基床以下路基本体c组土填筑指标为地基系数k30≥80mpa，压实系数k≥0.90。

试验人员跟踪填筑压实的全过程，及时抽样，反馈检测结果，试验不合格的重新补压后再做检查试验。

步骤(8)，试验检测：按上述施工工艺路基填筑完成后，试验室派专人检测路基压实度及地基系数k30，试验检测数据统计如下表1：

表1实测压实度及地基系数k30

由上表及图7和图8得：实测压实度合格率为95％，平均压实度为0.915；实测地基系数k30合格率为95％，平均地基系数k30为81.55。因此，该工艺能满足风沙路基施工要求。

本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。