甘愛(ài)明 （上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司， 上海 200032）

1 概 述

近年來(lái)城市軌道交通發(fā)展迅速，城市軌道交通車輛段、停車場(chǎng)相對(duì)用地需求面積較大，鑒于城市區(qū)域可利用工程建設(shè)范圍日趨減少，大部分車輛段、停車場(chǎng)選址相對(duì)偏僻，貴陽(yáng)軌道交通工程車輛段、停車場(chǎng)大部分就選在山體附近，山體表層大多為殘坡積的土石混合料。出于經(jīng)濟(jì)性考慮，整體施工方案基本以挖作填，做到挖填平衡。以貴陽(yáng)軌道交通 2號(hào)線車輛段為例，其填筑方量約 130 萬(wàn) m3，最高填筑高度為 21 m，土石方開(kāi)挖出來(lái)的主要為中風(fēng)化泥巖，夾有強(qiáng)風(fēng)化泥巖及夾少量石塊的黏土。用作填方的土石混合料中，粗骨料以中風(fēng)化泥巖及強(qiáng)風(fēng)化泥巖為主，細(xì)土料為黏土及泥巖剝離細(xì)顆粒。對(duì)于選用泥巖土石混合料作為路基填方的適用性尚無(wú)明確定論，且尚無(wú)明確的理論系統(tǒng)闡明土石混合料的力學(xué)性質(zhì)。故采用土石混合料進(jìn)行填筑的路基承載力及邊坡穩(wěn)定性及其影響因素的研究，無(wú)論是對(duì)于理論研究，還是對(duì)于工程實(shí)踐，都有很大的意義。

2 土石混合料強(qiáng)度的影響因素

2.1 含石量

黃斌等[1]對(duì)大瀏高速土石混合料有用室內(nèi)大型三軸儀進(jìn)行試驗(yàn)，得出的含石量對(duì)土石混合料強(qiáng)度的影響規(guī)律如下：當(dāng)含石量小于 30% 時(shí)，混合料的抗剪強(qiáng)度基本上取決于細(xì)料；當(dāng)含石量介于 30% 和 70% 之間時(shí)，混合料的抗剪強(qiáng)度取決于粗細(xì)料的共同作用，并隨含石量的增加而顯著增大；當(dāng)含石量大于 70% 時(shí)，混合料的抗剪強(qiáng)度主要取決于粗粒，并隨含石量的增大，抗剪強(qiáng)度略有減小。武明[2]的試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一規(guī)律，只是第一個(gè)分界點(diǎn)不是 30% 而是 40%。結(jié)合國(guó)內(nèi)其他研究人員關(guān)于此類的研究結(jié)果，在工程實(shí)際施工中，土石混合料的含石量控制在65%～70% 較為合適。

2.2 最大粒徑

土石混合料的抗剪強(qiáng)度不僅與含石多少有關(guān)，還與混合料中的塊石尺寸有關(guān)。范建彬等[3]選取卵礫石為粗骨粒，含砂低液限黏土為細(xì)粒，固定含石量為 50%，通過(guò)室內(nèi)三軸試驗(yàn)研究了 4 種不同塊石尺寸下的土石混合料的強(qiáng)度，結(jié)果表明：隨著塊石尺寸的增大，試樣的峰值強(qiáng)度明顯減小，高圍下尤為顯著。劉建鋒等[4]也得出了相同的結(jié)論：土石混合料的咬合力隨最大粒徑增大而降低，當(dāng)最大粒徑為 40 mm～50 mm 時(shí)，其抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)最大粒徑大于 50 mm 時(shí)，隨最大粒徑增大，抗剪強(qiáng)度迅速下降，因此建議在實(shí)際施工中應(yīng)將最大粒徑控制在40 mm～ 50 mm。董云[5]在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)最大粒徑為 50 mm、80 mm、120 mm、200 mm、300 mm 及大于 400 mm的混合料進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：對(duì)于由粉質(zhì)黏土及泥巖組成的混合料而言，最大粒徑對(duì)黏聚力的影響不是很大，總的趨勢(shì)是隨最大粒徑的增加，黏聚力有上升的趨勢(shì)；但當(dāng)最大粒徑超過(guò) 400 mm 后，黏聚力反而呈下降趨勢(shì)。隨著最大粒徑的增加，初期內(nèi)摩擦角增加非常明顯，當(dāng)粒徑超過(guò)200 mm 后，黏聚力趨于平緩。

2.3 干密度

劉建鋒等的試驗(yàn)結(jié)果表明：混合料的干密度越大，其內(nèi)摩擦角和咬合力也越大；當(dāng)干密度增加到一定程度后，內(nèi)摩擦角和咬合力的增加呈梯度變小。嚴(yán)秋實(shí)[6]的試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)壓實(shí)度為 90%～93% 時(shí)，紅層軟巖土石混合料的摩擦角隨著壓實(shí)干密度的增加而增加；但當(dāng)壓實(shí)度繼續(xù)增加到 95% 時(shí)，摩擦角反而有所降低，其原因可能時(shí)隨著密實(shí)度的進(jìn)一步增加，混合料中軟質(zhì)巖粗顆粒破碎加劇，造成粗顆粒間的咬合摩擦減小。

2.4 含水量

嚴(yán)秋榮等的試驗(yàn)結(jié)果表明：含水量變化不僅影響細(xì)料的狀態(tài)，若對(duì)于軟質(zhì)巖還會(huì)影響到巖石的強(qiáng)度以致于影響到混合料的綜合強(qiáng)度。李維樹(shù)等[7]的試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。另外，徐文杰等[8]對(duì)虎跳峽龍?bào)赐潦旌象w的野外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土石混合體對(duì)水的作用反應(yīng)非常敏感；試樣入水后其黏聚力急劇下降，但其內(nèi)摩擦角反而提高；這種現(xiàn)象隨含石量的增加而減小。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

綜合上述情況及試驗(yàn)段填筑檢測(cè)結(jié)果分析，選取路基基床填料粒徑最大粒徑不超過(guò) 40 cm，含石量控制在65%～70% 之間，含水率選為自然含水率（未經(jīng)浸水），最大松鋪厚度為 50 cm，采用 25 t 振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓速度控制在 3 km/h～4 km/h 以內(nèi)，碾壓遍數(shù)為 8 遍；每填筑 6 m，進(jìn)行 1 次強(qiáng)夯施工，強(qiáng)夯施工采取三點(diǎn)夯一滿夯進(jìn)行施作。

按上述施工方案進(jìn)行填筑后，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取 8 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行靜載試驗(yàn)及水平推擠試驗(yàn)，以獲得泥巖土石混合料回填路基相關(guān)強(qiáng)度參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

本次對(duì)車輛段 8 個(gè)夯實(shí)地基試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，加載到最大荷載 660 kPa（1485 kN）時(shí)，夯實(shí)地基土層均未發(fā)生破壞，各級(jí)沉降均勻、穩(wěn)定，各試驗(yàn)點(diǎn)具體結(jié)論如表 1 所示。

綜上所述，試驗(yàn)點(diǎn) 1～8 加載到最大荷載 660 kPa時(shí)，夯實(shí)地基土層均未發(fā)生破壞，各級(jí)沉降均勻、穩(wěn)定，p-s 曲線基本呈直線，直線終點(diǎn)無(wú)陡降，無(wú)明顯拐點(diǎn)及比例極限點(diǎn)，故可取 330 kPa（最大荷載的 1/2）作為該夯實(shí)地基的承載能力特征值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，各試驗(yàn)點(diǎn) 1～8 加載到最大荷載 660 kPa 時(shí)，各試驗(yàn)點(diǎn)的沉降量最大值為 18.20 mm，最小值為 10.58 mm；其中 8 號(hào)點(diǎn)沉降較大。故建議取最大沉降量 18.20 mm 來(lái)計(jì)算該段夯實(shí)地基的變形模量，由此計(jì)算可得該處地基變形模量值為44.68 MPa。其余 1～7 號(hào)點(diǎn)最大沉降量起伏較小，故該處建議取 1～7 各試驗(yàn)點(diǎn)的最大沉降量平均值 12.10 mm 來(lái)計(jì)算該段夯實(shí)地基的變形模量。由此計(jì)算可得該處夯實(shí)地基變形模量值為 67.20 MPa。

表1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

3.2 現(xiàn)場(chǎng)水平推擠試驗(yàn)

對(duì)于土石混合料而言，水平推擠法試驗(yàn)是最佳的強(qiáng)度確定方法。根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)，本次試驗(yàn)尺寸選定為108 cm×66 cm×30 cm，一邊預(yù)留出 5 cm 采用原土回填修平。剪切施加速率采用1 min施加 1 次的時(shí)間控制法，側(cè)限措施采用厚鋼板作為隔離，外側(cè)采用原土回填夯實(shí)，使側(cè)向受力盡可能與實(shí)際情況吻合。本次試驗(yàn)共選取了 2 處進(jìn)行了代表性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

圖1 兩處水平推剪試驗(yàn)的水平荷載-剪切位移曲線

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)水平推剪試驗(yàn)?zāi)軌虼笾路治龀瞿鄮r土石混合料剪切強(qiáng)度，進(jìn)而為回填路基邊坡結(jié)構(gòu)形式提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）泥巖具有失水崩解、遇水軟化的特性，在現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)盡量減少泥巖在現(xiàn)場(chǎng)暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及遇水浸泡的情況，以免影響回填質(zhì)量。

（2）路基填筑壓實(shí)度及孔隙率受最大粒徑、顆粒級(jí)配、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)及強(qiáng)夯參數(shù)影響較大，應(yīng)在施工前通過(guò)試驗(yàn)段合理確定最佳參數(shù)，并在施工中嚴(yán)格進(jìn)行控制，確保路基回填施工質(zhì)量。

（3）豎向靜載試驗(yàn)與水平剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果是回填路基場(chǎng)地評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，能夠?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)及邊坡設(shè)計(jì)提供重要的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

（4）上述討論均建立在未處于浸水區(qū)域或可能遭受浸泡區(qū)域的情況，故對(duì)于泥巖土石混合料在可能遭受水浸泡區(qū)域的適用性尚待進(jìn)一步驗(yàn)證。