劉賀業(yè),李凱崇,程建軍,劉衛(wèi)紅

(1.中鐵西北鐵路科學(xué)研究院有限公司,蘭州 730000； 2.石河子大學(xué),石河子 832022；3.烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司,烏魯木齊 830002)

哈羅鐵路DK298+130～DK383+934段有89 km處于羅布泊鹽湖平原區(qū),該區(qū)段海拔650～700 m。地表無(wú)植被,呈現(xiàn)茫?！胞}漠”景觀,自然條件惡劣。由于巖鹽中含有的硫酸鹽、氯化鹽等有機(jī)物。導(dǎo)致巖鹽路基可能出現(xiàn)翻漿、溶蝕、松脹、膨脹等路基病害,影響路基穩(wěn)定性。在路基填筑過(guò)程中應(yīng)給予充分的重視。

1 氣象、地質(zhì)條件

哈羅鐵路巖鹽路段位于羅布泊地區(qū),其最高氣溫48 ℃,最低氣溫-22.7 ℃,晝夜溫差達(dá)38.2 ℃。年最大蒸發(fā)量達(dá)5 070.4 mm,年降雨量38.5 mm,5～8月為最大降雨月份,月降水量5～10 mm,平均7.6 mm,最大降水量一般出現(xiàn)在7月,可達(dá)29.3 mm,其他月份一般在1～3 mm。年平均相對(duì)濕度為37.5%。

2 試驗(yàn)段的選取和施工

2.1 試驗(yàn)段的選取

試驗(yàn)工程選址主要遵循以下原則：

(1)所在地段巖鹽成分或地質(zhì)情況具有代表性；

(2)地下水位較淺；

(3)路堤高度具有代表性；

(4)交通較為便利,方便試驗(yàn)設(shè)備和人員進(jìn)出；

(5)應(yīng)在鐵路正線上,試驗(yàn)工程依托正線工程亦可為正線工程所用,節(jié)約投資。

根據(jù)以上原則,在認(rèn)真分析現(xiàn)有勘察資料的基礎(chǔ)上,選擇典型鹽巖路基段DK347+700～DK348+200展開(kāi)鹽巖作為路基填筑材料的路基填筑質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并進(jìn)行路基基底和路基本體的沉降觀測(cè)。

2.2 路基填筑技術(shù)

基底處理采用4種方式。

(1)DK347+700～DK347+900段基底進(jìn)行沖擊碾壓,地基沖擊碾壓前應(yīng)先對(duì)基底大致整平,使碾壓機(jī)能夠在鹽殼上行駛碾壓,沖擊碾壓機(jī)能量采用30 kJ。

(2)DK347+900～DK348+000段基底進(jìn)行重新碾壓,采用250 kN振動(dòng)重型碾壓機(jī),碾壓前對(duì)地基澆灑鹵水浸潤(rùn)透后進(jìn)行碾壓。

(3)DK348+000～DK348+100段基底進(jìn)行重錘夯實(shí),對(duì)原地面地起伏較大處推平處理,后澆灑鹵水,再進(jìn)行處理。重錘自重260 kN,起錘高度15.5 m,進(jìn)行滿夯施工,錘擊點(diǎn)搭接10～20 cm。

(4)DK348+100～DK348+200段基底挖除含溶蝕空洞的鹽殼層,回填巖鹽,挖除寬度為路基基底范圍,厚度為0.6 m。

2.3 路堤填筑

路肩以下0.6 m處鋪設(shè)復(fù)合土工膜隔斷層,復(fù)合土工膜沿線路橫向鋪設(shè)、縱向搭接,橫向鋪設(shè)時(shí)由路基中心線沿路拱向兩側(cè)平鋪,其搭接寬度不應(yīng)小于0.3 m,并在復(fù)合土工膜上、下各設(shè)置0.10 m厚的中粗砂保護(hù)層。復(fù)合土工膜采用質(zhì)量750 g/m2,滲透系數(shù)不大于10-11cm/s,斷裂強(qiáng)度大于18 kN/m,頂破強(qiáng)度大于3.6 kN,撕破強(qiáng)力大于0.48 kN,膜厚大于0.30 mm,耐腐蝕、抗凍及抗高溫性能較好的材料。

路基填料選取地表0～6 m鹽殼純凈的巖鹽作為填料進(jìn)行填筑,采用200 kN壓路機(jī)靜壓1遍,按照最佳含水率控制勻?yàn)Ⅺu水,采用K30及孔隙率雙控指標(biāo)。填料松鋪厚度控制在30～35 cm以內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)確定采用的壓實(shí)工藝為“靜壓1遍、灑鹵水、振壓3遍、靜壓1遍,然后測(cè)定K30及孔隙率”。路基填筑工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 路基填筑工藝流程

3 路基沉降觀測(cè)

3.1 沉降板的埋設(shè)

在試驗(yàn)段4種路基處理方式中每種選取2個(gè)斷面進(jìn)行沉降板埋設(shè),共8個(gè)斷面。每個(gè)斷面埋設(shè)3個(gè)沉降板。從小里程開(kāi)始,編號(hào)從1到8。每個(gè)斷面中間沉降板的位置在路基基底,另2個(gè)分別布設(shè)在路基表層下60、70、80、90、100、110、120、130 cm處,每個(gè)斷面埋設(shè)1個(gè)沉降樁。

沉降板的埋設(shè)要求：用巖心管鉆成孔,孔徑φ108 mm,要求鉆孔深度范圍內(nèi)中心偏移不大于4 cm,成孔深度的誤差為±5 cm,成孔后清理孔底浮渣,浮渣厚度不能大于5 cm,清渣處后下入沉降測(cè)桿,用水平尺測(cè)量確保沉降測(cè)桿安放垂直,再往孔內(nèi)填中粗砂,大約回填至1 m左右后,下入沉降保護(hù)管,用中粗砂回填至孔口,沉降板安裝過(guò)程中應(yīng)注意兩方面,一是孔底浮渣要盡量清理干凈,二是沉降測(cè)桿的垂直。試驗(yàn)段沉降板布置見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)段沉降板布置斷面(單位：m)

3.2 沉降觀測(cè)結(jié)果

沉降變形觀測(cè)采用集合水準(zhǔn)的測(cè)量方法,按二等水準(zhǔn)測(cè)量精度施測(cè),施工前在工點(diǎn)附近埋設(shè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在不受施工影響和便于觀測(cè)的地方,觀測(cè)頻率為2次/月(正為向上,負(fù)為向下)。

經(jīng)過(guò)近1年的觀測(cè),在4種基底處理方式的沉降情況見(jiàn)表1、表2。

表1 基底處理后變形量

表2 基底處理方法經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

由表1可以看出,路基變形量大多為負(fù)值,說(shuō)明路基基底的變形以沉降為主,基底的鹽脹變形不是很明顯。從變形量可以看出,重型碾壓的變形量最大,其值為-4.62 mm和-3.33 mm,換填的變形量最小,其值為1.17 mm和-2.95 mm。說(shuō)明其中重型碾壓的效果最差,換填的效果最好,但仍都滿足《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中二級(jí)鐵路沉降量不大于30 cm的要求。表2給出重型碾壓法、強(qiáng)夯法,沖擊碾壓法的施工單價(jià),換填是回填巖鹽再進(jìn)行重型碾壓，單價(jià)顯然比重型碾壓高。從經(jīng)濟(jì)性方面比較,建議采用施工成本最低的重型碾壓法作為巖鹽路基基底的處理方法。

從表3可以看出路基的基床表層以鹽脹為主,最多鹽脹量為7.30 mm。變形量以正值為主,說(shuō)明路基本體變形主要表現(xiàn)為鹽脹。由于巖鹽中硫酸鹽含量的不均勻,引起變形量不同,但滿足《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

表3 表層各個(gè)測(cè)點(diǎn)變形量

由路基各層的沉降數(shù)據(jù),分析了巖鹽路基的變形特征。在路基表層下1 m以內(nèi),路基本體變形從鹽脹開(kāi)始,然后出現(xiàn)沉降—鹽脹—沉降的波浪形變化,并逐漸趨于穩(wěn)定(圖3)。路基表層下1 m以下,路基本體變形從路基沉降開(kāi)始,一直延續(xù)到4月份開(kāi)始出現(xiàn)鹽脹現(xiàn)象。之后出現(xiàn)鹽脹—沉降—鹽脹的波浪形變化(圖4)。

圖3 路基表層下1.0 m以內(nèi)代表沉降曲線

圖4 路基表層下1.0 m以下代表沉降曲線

路基溫度越靠近地表受外界環(huán)境的影響越大,圖5為熱敏電阻觀測(cè)的地表和地面以下1 m處地溫隨時(shí)間的變化曲線。巖鹽路基的變形是路基的正常沉降變形和鹽脹變形疊加的結(jié)果。分析相關(guān)數(shù)據(jù)還可得出,路基在觀測(cè)開(kāi)始后到4月份,這段時(shí)間路基表層1 m以內(nèi)相比路基表層1 m以下受其影響較大,而且由于隨著路基深度的增大,土壓應(yīng)力增大抵消掉了部分巖鹽的鹽脹力。引起地表的變形體現(xiàn)為鹽脹變形,而1 m以下則為路基沉降。在4月份之后由于受施工車(chē)輛的荷載和鹽脹的雙重影響,路基1 m以內(nèi)出現(xiàn)漲降循環(huán)的現(xiàn)象,而1 m以下受其影響較小,并且路基的正常沉降越來(lái)越小。把其鹽脹性凸顯出來(lái)。

圖5 地溫隨時(shí)間變化曲線

4 結(jié)論

(1)在重型碾壓、沖擊碾壓、重錘壓實(shí)、換填4種基底處理方法中,從變形量來(lái)看,換填的效果最好,重型碾壓的效果最差。4種基底處理方法都滿足規(guī)范要求,從經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮,建議采用施工成本最低的重型碾壓法作為巖鹽路基基底的處理方法。

(2)路基本體的鹽脹變形比較明顯,主要是由硫酸鹽的鹽脹特性引起的。由于路基硫酸鹽含量的不同,產(chǎn)生路基變形不均勻,但仍滿足規(guī)范的沉降要求。

(3)對(duì)比不同深度的沉降數(shù)據(jù),在路基表層下1 m以內(nèi),路基本體變形從鹽脹開(kāi)始,然后出現(xiàn)沉降—鹽脹—沉降的波浪形變化,并逐漸趨于穩(wěn)定。路基表層下1 m以下,路基本體變形從路基沉降開(kāi)始,之后出現(xiàn)鹽脹—沉降—鹽脹的波浪形變化。

(4)在近1年的觀測(cè)結(jié)果看,驗(yàn)證了硫酸巖鹽作為路基填料是可行的,這樣免于外運(yùn)填料,節(jié)約了成本,縮短了工期。

[1] 鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.TB10038—2001 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2002.

[2] 鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2005.

[3] 白家鳳,龍珍.青藏鐵路巖鹽路基填筑施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2010,39(2)：58-60.

[4] 肖軍華,劉建坤,侯永峰,房建宏,王祥,巖鹽用作路基填料的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2007,15(1):119-123.

[5] 費(fèi)雪良,李斌.硫酸鹽漬土壓實(shí)特性及鹽脹機(jī)理研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1995,8(1):44-49.

[6] 陳成宗,陳光中.鹽湖巖鹽鐵路路基穩(wěn)定性研究[R].蘭州:鐵道部科學(xué)研究院西北所,1989.

[7] 李斐彥,劉曉軍,吳愛(ài)紅.壓實(shí)度對(duì)鹽漬土濕脹干縮的影響分析[J].工程勘察,2008(5):20-22.

[8] 鄧友生,周成林.硫酸鈉溶液的鹽脹與凍脹[J].冰川凍土,2009,31(5):920-924.

[9] 鄧友生,蒲毅彬,周成林.凍結(jié)過(guò)程對(duì)鹽漬土結(jié)構(gòu)變化的試驗(yàn)研究[J].冰川凍土,2008,30(4):633-640.

[10] 張莎莎,謝永利,楊曉華,戴志仁.典型天然粗粒鹽漬土鹽脹微觀機(jī)制分析[J].巖土力學(xué),2010,31(1):124-127.

[11] 徐攸在.確定鹽漬土溶陷性的簡(jiǎn)便方法[J].工程勘察,1997(1):21-22.

[12] 楊炳勛,翁通,高江平.鹽漬土擊實(shí)特性研究[J].石家莊鐵道學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009(2)：63-64.