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高密度大量土石方填筑工法 铁道部第一工程局 现代大规模土方施工，正朝着精确化、标准化趋势发展。为实现这一目标，本工法运用了系统分析原理和先进的试验量测手段，在满足设计技术指标和综合经济效益的前提下，使施工中的各个环节得到科学管理和控制，使填筑的结构层具有整体稳定、荷载变形小的功能。 “重载路基的填筑压实工艺及检测技术”，于1986年在我国第一条重载铁路大秦线施工中，经铁道部第一工程局和铁道部科学研究院研究成功。1988年8月通过铁道部技术鉴定，并经过了三年施工实践及不断总结提高，形成了本工法。 一、工法特点 1.运用现代“信息化施工”或称情报化施工的观念和方法，即通过对施工前和施工中的试验量测数据信息源分析，作为指导施工设计、取土场建立、土石方调配、机械配置方案选定及工艺参数确定的依据。一切质量评价、工程验交全部用数据“讲话”。施工中的信息反馈，使整个施工体系处于最优化状态。 2.按照系统分析的原理，将整个土石方填筑过程划分为三阶段、四区段、八流程，变无序作业为有序化、标准化作业，能充分发挥大型机械设备的效率，合理地利用空间和时间。 3.采用“工法品质”规定模式和数理统计分析方法，分层填筑压实，分层质量控制管理，有效地跟踪设计指标，可保证整体填筑压实土石方的高密度和高强度。 4.采用现代先进的核子、电子检测仪表，控制填土压实的密度；引入小直径荷载板试验方法，控制填土压实强度。经改进创新，推出我国第一台半自动化操作的K30荷载板试验检测车。它操作简单，量测速度快，性能可靠，微机分析处理数据随机完成，适宜工地量测。 二、适用范围 本工法适用范围为 1.重载铁路路基填筑施工； 2.高速铁路、高速公路路基填筑施工； 3.特级机场道路土石方工程； 4.港口码头场地基础回填； 5.大坝土石方填筑施工。 三、信息化施工基本原理 以路基施工为例，把整个施工过程看成是一部运转着的机器，如图1。 图1 路基施工试验量测系统 从设计图纸、人力、物力、资金的“投入”到工程验交的“产出”，整个过程包括施工准备、路堤填筑、特别填土、基床施工。试验量测直接关系到这部机器的正常运转、施工工期、工程质量和造价；试验数据有效地起到信息传递、反馈、调节作用，并提供工程验交凭证。 四、施工准备 施工准备工作中，除做好常规必要的准备工作外，本工法信息化施工特别强调土质调查和压实工艺试验两项工作。 一土质调查试验 开工前土质补充调查试验之目的在于获取足够的数据信息量，为下一步进行基底处理、取土场建立、弃方利用等提供施工设计依据，确定最佳施工方案。土质调查程序见图2，土质调查试验项目见表1。 表1 土质调查试验项目 图2 土质调查程序 根据沿线取土坑、填料取土场和填方地段土基的土工试验结果，进一步判定土壤或填料的名称、分类分组以及土的工程性质，土方量变化率等，并与设计规定值、规范允许值加以比较，进而确定取土场设计方案，编制土石方调配计划，选定机械设备。信息化施工的情报、预测、决定系统见图3。 采用这种程序的最大优点是，把设计与施工融为一体，避免了以往那种分离局面。设计与施工两个阶段的土质调查信息，互相验证补充，发挥信息反馈机制的作用，并及时采取措施，根除病害隐患。 二现场填土压实工艺试验 1.试验目的是核对室内试验结果，确定工艺参数和施工方法，其内容包括 1最适宜的压实机械机型的选定； 2最佳填层厚度的选定； 3最经济压实遍数的选定； 4最优含水量控制范围和方法的选定； 5比较切合实际的土方量变化率的核定； 6合理的工艺流程和施工方法的选定。 2.程序与方法按不同种类的填料选用机型，并进行现场小区段200300m填筑压实试验，找出机型、层厚、压实遍数同设计规定指标间的规律曲线。经施工后，确定出标准化的实用工艺。 填筑压实工艺试验系统见图4；大秦线重载路基实用工艺参数见表2、3及4。 表2 岩块、碎石路堤压实参数 图3 信息化施工情报、预测、决定系统 表3 砂卵石路堤压实参数 表4 细粒土路堤压实参数 图4 现场压实工艺试验系统 五、施工工艺 一施工程序 大量土石方填筑的工艺标准程序为三阶段、四区段、八流程，即 准备阶段→施工阶段→竣工阶段； 填筑区→平整区→碾压区→检验区； 施工准备→基底处理→分层填筑→摊铺整平→洒水或晾晒→机械碾压→检验签证→面层整修。 对于重载铁路路基的填筑，增加“边坡夯实”或“边坡码砌”、“基床表层强化处理”工序；对于高速公路路基的填筑，增加“基层、底基层处理”工序。 路堤填筑施工网络图见图5。 二施工要点 图5 路堤填筑施工网络 1.基底处理，视土质调查试验资料，分一般或特别处理，按规定方法进行。 2.边坡码砌，对于重载铁路路基，采用岩块、碎石作填料时，路堤边坡应用码砌片石加固。 3.分层填筑，不同种类填料，按不同的规定厚度，成层进行填筑。同一层次应采用同类填料，以利施工和品质控制。不同层次填筑，不得已使用另种填料时，应遵循层间土质渗透、反滤、排水的原则。 4.摊铺整平，用推土机或平地机摊铺料层，纵横方向保持平顺均匀，保证压实效果。 5.洒水或晾晒，按给定的最佳含水量（缺公式） ，控制填料的湿度。 6.机械碾压，按土类选择机型。粗粒土或岩块碎石填筑层，用重型振动碾压实，细粒土用普通振动碾或羊足碾、轮胎压路机压实，高密度大量土石方填筑施工，禁止使用拖拉机压实。机械碾压行间重叠不小于0.4m，两填筑区段的重叠部分不小于1m。 7.检验签证，以土的干密度rd，相对密度Dr，地基系数K30，变形模量Ev及加州承压力比C、B、R等作为密实度和强度的判定标准。不合格者，重做压实处理，试验量加倍。 8.面层整修，对于路基工程，要求进行基床表面整修，压成三角拱形，以利排水。 9.桥台或构筑物的特别填筑，桥台、挡墙或其它构筑物的背后填土，应使用渗水性材料，分层填筑，小型机具压实。 10.拱涵缺口填土，路基拱涵、盖板涵缺口的填土，应保证拱顶受力均匀，按特定程序填筑。以岩块碎石作填料时，采用“干码片石套拱法”施工。高路堤拱涵缺口填筑，施工时应埋设土压力盒、应变计、收敛计等，以确定大型机械安全作业的范围。 11.基床表层强化处理，重载铁路路基，高速公路路基，当基床表层填料欠佳，需要进行强化处理或要施行土质加固地段，可选用以下方法。工艺参数，须经试验确定。 ①颗粒级配一压实法； ②石灰稳定或水泥稳定处理法； ③土工布强化处理法。 六、施工机械 高密度大量土石方的填筑工法的施工机械以大功率、超重型和重型机为主。 远距离挖装地段，宜使用0.72.3m3液压挖掘机或大型装载机、1540t自卸载重汽车。 铲运施工作业，使用627B、CTY9、红旗100型铲运机。 推土、平整作业，使用D80、D85推土机、平地机。 碾压作业，使用自重1540t的振动压路机，1020m3的洒水车。 大秦线重载铁路路基工程中，茶坞、延庆西站场及59km区间土石方工程总数量578m3，配备主要施工机械与检测设备见表5。 表5 七、劳动组织 大规模大石方机械化施工，劳动组织按下列原则进行 1.尽可能地组织两班或三班作业制施工，以充分发挥机械设备利用率。 2.拉运原则 ①近距就地取土地段，组织推土机施工，四机一组纵向取土填筑路堤； ②200500m取土地段，组织铲运机循环作业； ③远距取土地段，采用装载机或挖掘机装土，自卸汽车运输，推土机配合。 大秦线茶庆段路堤填土，采用两班制施工，劳动力配属如下表6。 表6 两班制施工劳动组织 八、填土压实质量控制 一质量控制方式 质量控制方式有三种①品质指标规定方式；②工法参数规定方式；③综合方式。重载路基填筑工法的质量控制。宜采用“工法品质规定方式”，即综合方式，亦即填筑施工在满足工法要求之工艺参数的同时，必须达到设计规定的品质指标。质量控制程序及图表内容如图6所示。 图6 质量控制框图 二质量检验频次 填料土工试验项目见表3每10000m3抽检一次； 基床表层填料土工试验每2500m3抽检一次； 压实密度测定每一层填筑层，每100m长度抽检36个点对路堤要求； 强度测定每50100m长度抽检一处对路堤要求。 三检测手段 1.核子密度/湿度仪 采用MC2，MC3型及3411B型核子密度/湿度仪检测压实密度及含水量。仪器本身有自动纠偏功能，测量无人为误差，12min即可得到结果。该仪器尤其适于大规模土方工程的密度控制。 2.电子压实计 该仪表是由安装在振动压路机滚筒上的加速度传感器和安装在驾驶室内的微型计算机、数字显示器三部分组成。量测结果用CMV值表示。该值反映压实层承载力或密度的相对值。使用该压实计之前需进行现场对比试验，找出碾压遍数、压实度同CMV值间的关系。压路机司机可通过仪表判断填筑压实质量，进行自控自检。 3.特制K30荷载板检测车 该检测车由本局自行设计制作。在专用汽车上安装一种机械液压传动装置，使加载系统与反力锚定系统组合为一体，可使设备安装、加载试验全部用机械操作，此外，在承压板上安装三只位移传感器，并使之与车内微机处理系统相连接，可自行完成信号采集、数据分析处理，最后直接打印出地基系数K30值和变形模量Ev值。目前国外这类仪器设备，仍系手工操作，尚未开发这种半自动化检测装置。 九、技术经济分析 以大秦重载铁路DK216300341000段，路堤工程分析为例。 1986年至1988年，由铁一局第一、二、三、四、五工程处和机械筑路处承担的路堤、站场土石方工程数量，共计557万m3。在施工、交验、运营、维修等方面产生的经济效益和社会效益，主要是 一经济效益 1.一般路堤由于压实标准低，施工控制不妥，而造成大量变形或沉降。通常预留35的沉降量，还满足不了验交时的要求；高填路堤有时沉降量达12m。交工前需进行大量返修、帮坡、起落轨道。病害整治等工作，每公里需整治费0.51万元。应用本工法由铁一局施工的大秦线沙茶段重载路基，被国家建设单位誉为优质和免检工程，验交时路基没有明显变形和下沉。 节约维修费填方量〔下沉量人工帮坡费包括挖台阶、人工填、夯、整道等-重载路基压实增加费〕389.9万元 2.增收运营费 按常规方法施工的路堤，变形大、病害多。交工前，需临管运营23年，交工后，510年难以达到设计运输能力5年内一般仅达到运量的50左右。大秦一期工程，交工后当年即可满足设计运输能力要求设计初期运量6000万吨/年，配合单元列车、双线一次电化等，为国家增加运营收入3.2亿元/年。 增收运营费设计运量50运费单价25年 两年19881989内增收费用6.36亿元 五年内增收费用15.9亿元 3.综合经济效益 综合经济效益增收运营费节约整修费15.94亿元 二社会效益 1.本工法提出的信息化施工与质量控制系统，标准化作业方式，其先进性和实用性为国内首创；不仅填补了我国重载铁路路基施工技术空白，并可扩展应用到高速公路、高等级公路、大坝、港口、机场等凡具有高密度、高强度、低沉陷要求的大量土石方填筑工程中去。 2.工法采用自制的K30承载板检测试验车和引进的核子密度仪、电子压实计等先进检测设备，使施工控制和质量监测由人工变为自动化测量，准确、迅速、工效提高10倍以上，为机械化连续性施工提供有利条件。 3.工法建立的各种控制系统与方法，可提供经济合理的施工方案，为顺利开工，保证质量、工期，减少窝工、返工等起到促进作用。 十、工程实例 铁道部第一工程局机械筑路处采用高密度大量土石方填筑方法，实施情况如下。 一分段土石方量及施工方法 1.茶坞车站 填方量59.74万m3，粘性土。采用铲运机为挖运，推土机配合作业的方式施工。 2.延庆车站 站场土石方量为43.06万m3，砂卵石填料。采用挖掘机、自卸汽车、平地机联合作业方式施工。 3.区间包括两个小站 以粗粒土为主，土石方量476.2万m3。作业方式同茶坞站，个别近距填筑，采用推土机施工。 二主要施工机械及检查设备见表5 三劳动组织见表6 四实施效果参见表7 表7 产量、质量及经济效益统计表 大秦线一起工程已竣工段，经轨道上部建筑施工、大宗路料运输后的观测，以及铁道部科学研究院对全线质量检测证明，路基填筑质量达到建国以来新建铁路的最好水平。工法中采用的“信息化施工”，“标准化工艺流程”，以及应用当代最新的检测技术，在我国铁路修建史上，具有首创性和先进性。
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