石太铁路客运专线路基施工.docx
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石太铁路客运专线路基施工
石太铁路客运专线路基施工
中铁十三局集团有限公司
刘志伟、周秋华
1石太铁路客运专线工程工程简况
1.1.工程简况
新建铁路石家庄至太原客运专线工程起自石家庄北站，途经河北省石家庄市、鹿泉市、井陉县，再经山西省盂县、寿阳县、阳曲县，止于太原站，正线全长189.93Km。
运营初期承担着石家庄与太原间的大部分客运量和部分货运量，与既有石太线构成我国煤炭运输的主要通道之一。
1.2.主要技术指标
（1）线路等级：
客运专线，近期兼顾货运；
（2）正线数目：
双线；
（3）旅客列车设计行驶速度：
250km/h以上；
（4）最小曲线半径：
5000m；
（5）正线线间距：
4.6m；
（6）最大坡度：
上行限制坡度13.5‰，下行最大坡度18‰；
（7）到发线有效长度：
1050m，双机1080m；
（8）牵引种类：
电力；
（9）机车类型：
高速列车—动车组；中速列车—SS9；货运—DJ1；
（10）牵引质量：
高速列车400-800t，中速列车900-1000t，货运5000t；
（11）列车运行方式：
自动控制；
（12）行车指挥方式：
调度集中。
1.3.工程特点
路基工程：
线路经过湿陷性黄土地段，路基与桥台、路基与路堑、路基与横向结构物、路基与隧道过渡多，为了确保线路的平顺性、稳定性，湿陷性黄土压实与路基过渡段的沉降控制是工程技术难点。
桥梁工程：
全桥共有桥梁94座，具有桩深、墩高、桥隧错落分布密集的特点，桥梁基础沉降控制、现浇梁的徐变控制、箱梁通过隧道运输是施工的难点。
隧道工程：
全线隧道长度74590.7双延M，隧道总延长占线路总长的39.27%，隧道工程是全线的控制性工程，隧道穿越断层破碎带、膏溶角砾岩、黄土等不良地质，特别是膏角溶砾岩、黄土等不良地质，特别是膏溶角砾岩的施工，是本工程的施工重点和难点。
板式无碴轨道：
全线共有47.483双线公里，且在长大隧道施工完成后进行，具有工期紧、质量要求高、施工场地窄的特点，是施工的重点难点之一。
2石太铁路客运专线Z8标我集团公司承担施工管区的工程简况
2.1工程简况
新建铁路石家庄至太原客运专线站前工程Z8标段起讫里程为DK97+123.8～DK147+100，长49.976km，包括隧道10344延长M/7座、桥梁12977.24双延长M/35座、涵洞4360.15横延M/95座、路基土石方922.6万方、公跨铁立交桥7座及电缆槽、综合地线、连通管线、改移道路、大型临时设施、制梁场等配套工程。
由我局和中铁十二局集团有限公司组成联合体共同承担的Z8标的施工任务。
我局承担DK97+123.8～DK106+633段的施工，其中路基及站场土石方280万方、双线特大桥3438.31m/1座、双线大桥369.95m/2座、单线大桥373m/2座、公铁立交桥238.92m/4座、隧道493m/1座、涵洞1300.82m/19道，以及电缆槽、综合地线、连通管线、改移道路、大型临时设施、制梁场等配套工程。
承建DK97+123.8～DK117+528.8段内的箱梁预制、运输、架设工程及此范围内的工程施工、竣工及缺陷修复。
2.2.工程自然特征与地质特征
2.2.1.自然特征
（1）地形特征
盂县至太原段为黄土堆积盆地，盆地内为典型的黄土地貌，冲沟发育，地形起伏相对较小。
主要分布新黄土、老黄土、泥岩、砂岩夹煤层、石灰岩，岩层平缓，区内地质构造较简单，地下水为第四系孔隙水及基岩裂隙水，地下水水位在山区、丘陵埋深较深，一般约在30～600m不等。
大气降水为地下水的主要补给来源。
地下水对普通混凝土不具侵蚀性。
（2）气象资料
沿线属暖温带亚湿润气候区，受太行山海拔高度的影响，夏天酷暑，冬季寒冷，昼夜温差较大，冬季以西风或西北风为主，夏秋季以东北风为主。
年平均降雨量约500～850mm，降雨主要集中在7、8月份，年平均温度7～13℃，极端最高气温为41℃，最冷月平均气温为-9℃左右，沿线土壤最大冻结深度为1.03m。
盂县地区2000～2004年度冬季气温统计如图2.2.1。
图2.2.12000～2004年度冬季气温曲线
（3）地震动参数
本段地震动峰值加速度0.15g（地震基本烈度Ⅶ）。
2.2.2.地质特征
本地区地质主要为新黄土、老黄土，其下为粉质黏土、卵石土、角砾状石灰岩、泥岩等地层。
新黄土呈褐黄色，坚硬，具有一定的湿陷性,一般为Ⅰ级非自重湿陷，个别地段为Ⅱ级自重湿陷；老黄土呈棕红色－红褐色，坚硬；石灰岩为灰色，中厚层状构造，较破碎；泥岩呈灰褐色，泥质结构，较破碎。
隧道穿越地层主要为第四系中更新统洪积层碎石土、及老黄土及奥陶系中统峰峰组角砾状泥灰岩及石灰岩地层。
2.3.不良地质
1）岩溶
岩溶主要发育于寒武系和奥陶系灰岩中。
本区地表地形与非岩溶区相似，以溶蚀侵蚀作用形成的地形为主。
地表岩溶地貌以干谷为主要特征。
一些区域则由于地下水作用强烈，岩溶裂隙较为发育。
大部分降水沿裂隙渗入地下，造成山区沟谷干涸，而在沟谷下游及山前地带溢出上升为泉。
岩溶路基地基需注浆加固。
2）采空区
盂县、阳泉、平定一线主要处于一个大型复式向斜构造的北侧，此向斜内普遍发育石炭、二叠系煤系地层，向斜两翼及北端为奥陶系、寒武系非煤系地层。
另外在井陉盆地中部和太原东山也分布了石炭系煤系地层。
盂县北侧线路已绕开了石店、古嘴煤矿，仅在DK98+100～DK98+300位于古采空区的边缘，个别煤层出露线偏北，线路南部为采空区。
2.4.路基工程特点
由于线路地处山区，路基工程填方高，路堑开挖深，工程量大；地质复杂、地基条件差，合格填料少；全线土石方填挖不平衡，取、弃土困难；工点类型多，有堑坡防护、深路堑、地下水路堑，路堤坡面防护、高护堤坡面防护、高路堤、陡坡路堤、挡土墙。
3石太客运专线我管区特殊地基采用的处理方法和施工工艺
主要有湿陷性黄土地基、黄土陷穴、岩溶地基。
对湿陷性黄土地基根据黄土湿陷类型、湿陷等级及湿陷层厚度，在完善排水系统并加强防渗的同时，采用冲击碾压、重锤夯实、强夯加固；对于局部湿陷性黄土厚，湿陷量大的地段，采用灰土挤密桩加固措施。
对黄土陷穴采取回填碎石、注浆、回填灰土处理措施；对岩溶地基对位于路基安全距离以内的溶洞、岩溶裂隙及溶蚀发育带，采取揭开回填、钻孔注浆的处理措施。
主要按以下方法处理：
（1）对于裸露的、浅埋的岩溶洞穴（埋深小于3m），采取挖开、爆破揭顶，挖除洞内松散充填物，底部填入片石，中部用碎石，顶部用土或混凝土填塞。
（2）对于深埋的岩溶洞穴（埋深大于等于3m），采取钻孔注浆加固，处理深度应根据地质资料，按完整顶板和不完整顶板分析确定。
（3）对于岩溶裂隙及溶蚀发育带，采取钻孔注浆加固，土石界面处土层加固2m，基岩加固5m；遇溶洞，孔深至溶洞底板下1m。
（4）路堤基底铺设一层双向土工格栅，路基面两侧各加宽0.5m。
3.1.湿陷性黄土地基处理
3.1.1灰土挤密桩
⑴施工方法
首先平整场地，松软地段，可用钢钣或垫木作为垫板。
并清除地下障碍物，查明地下管线等原有设施。
技术交底：
施工人员根据施工图纸、施工程序及规范做好交底。
根据施工图纸做好现场桩位定位、放样工作。
试桩：
确定施工参数。
试桩时下管深度比设计加固深度深20～30cm。
一次成桩的长度和振动锤功率、设计压实系数有关，在满足设计压实系数的情况下，振动的功率大，一次成桩的长度可以长些。
一般情况下，一次成桩的长度为0.5m～1.0m。
打桩机就位：
在地面上确定好桩孔位置，垫好垫块，支好起吊架，使起吊架平稳坚固。
启动振动锤。
将套管一并打入土中至桩底标高。
拔出套管，露出桩孔。
将配制好的灰土料投入桩孔（每次投料深度在0.5~1.0m）。
开动振动锤，将刚下的灰土料压实，完成一次投料。
按上述步骤进行以下各次投料，直至达到设计桩顶标高。
用二八灰土压实封顶，一根桩即告完成。
⑵施工工艺
灰土挤密桩施工工艺流程见图3.1.1。
图3.1.1灰土挤密桩施工工艺流程
3.1.2重锤夯实
⑴施工方法
施工准备：
重锤夯实施工前，首先清除原地面草皮土并进行平整。
在夯区30m以外的地方设置相对水准点，采用网格法测试出多个点位的相对标高，并在各个点位上用白灰或小木桩定出夯点位置以便夯实过程和夯实结束检测下沉量。
试夯：
采用带有摩擦式卷筒的起重机，自动脱钩，夯锤质量3t，底面直径为1.45m，锤底静压力为15～20Kpa，截头圆锥体夯锤。
通过试夯精确落距高度，夯实遍数，最佳含水量，以保证夯击的质量。
检测含水量：
正式夯实前应检查需要重锤夯实地基的含水量，并根据试夯结果决定是否需要加水。
如预加水，则需待水全部渗入土中一昼夜后方可夯击。
若土的表面含水量过大，夯击成软塑状态时，可采取铺撒吸水材料（干土、碎砖、生石灰等）、换土或其他有效措施处理。
重锤夯实施工：
起重机就位，将夯锤提升到设计高度，保持夯锤平稳，重锤夯实时按照一夯挨一夯顺序进行。
如夯击坑底倾角超过30°时，用土将夯坑填平，方能进行下一次夯击。
为确保夯实质量，必须控制每一次夯击的锤印重叠，其偏差不得大于10cm。
按设计要求的夯击遍数夯实，为确保夯实质量，实际夯实时，夯实遍数比试夯时的遍数多两遍。
止夯：
当夯击场地由于下雨及其它原因而积水时，及时采取排水措施，并凉干一段时间，以免形成橡皮土，填土的含水量满足：
最佳含水量±3%。
随着夯打遍数的增加，每遍土的夯沉量逐渐减少，当最后二遍平均夯沉量不大于2.0cm时即可停夯。
⑵施工工艺
重锤夯实施工工艺流程见图3.1.2。
图3.1.2重锤夯实施工工艺流程
3.1.3冲击碾压
⑴施工方法
施工准备：
场地测量放样、场地清理，场地周边做好排水防护。
场地长度不小于100m。
压前测试：
对碾压前地面20、70、90、120cm深度处的密实度、地表高程进行测试以便与碾压后的测试密度进行比较和计算下沉量。
静压：
采用洒水车洒水、平地机刮平地面，光轮压路机进行静压。
冲击碾压：
冲击式压路机以每12～15km/h的速度进行冲击碾压。
测试检验：
测试地面20、70、90、120cm深度处的密实度、地表高程。
循环作业：
再洒水、刮平、静压、冲击碾压5～8遍，再检测密实度、高程。
直至冲击碾压遍数累计达到设计值再检测密实度、高程，绘制压实和下沉量曲线进行比较。
当密实度满足设计要求即可进入下一道工序，若密实度不满足设计要求则增加碾压遍数来提高压实度。
⑵施工工艺
冲击碾压施工工艺见图3.1.3。
图3.1.3冲击碾压施工工艺流程
3.2.黄土陷穴处理
⑴施工方法
施工准备：
做好地表截排水工作，防止雨水流入陷穴；接通水源、电源，备好水泥、碎石，检修压浆机使其处于正常工作状态。
投放碎石：
将直径0.5～3.2cm卵石（碎石）通过预先安装的铁皮漏斗投放孔内，并用铁棍分层捣实；
注浆：
搅拌水泥浆，水泥浆由压浆泵通过预先埋置的注浆管注入。
压浆至坍孔地层；
补注浆：
因注入的水泥浆向土体渗透，故需补注浆2～3次，每次注浆间隔时间不得超过30min。
总时间根据土质情况不超过2h。
回填二八灰土并夯实至满足设计承载力。
⑵施工工艺
黄土陷穴处理施工工艺流程见图3.2。
图3.2黄土陷穴处理施工工艺流程
3.3.岩溶处理
⑴施工方法
施工准备：
平整场地，做好地表截排水，局部需夯实的地方要夯实，以保证钻机机身稳固。
接通水源、电源，备好水泥、水玻璃等材料，安装好钻机、水泥压浆泵并检查各设备的机械性能满足施工需要。
钻机就位：
测量放线后，钻机就位，调直钻杆。
开动长螺旋钻机，并随时注意钻杆的垂直度。
钻至设计深度空钻清底。
把高压注浆管一头接在钻杆顶部的导流器预留管口，另一头接在压浆泵上，将配制好的掺有水玻璃的水泥浆液由下而上边提钻边注浆。
压浆至水泥浆外冒时提出钻杆。
因注入的水泥浆向土体渗透，故需补注浆2-3次，每次注浆间隔时间不得超过30min，压浆泵压力一般控制在4MPa。
总时间根据土质情况不超过2h。
⑵施工工艺
岩溶处理施工工艺流程见图3.3。
4石太铁路客运专线路基基层填料的改良措施和施工工艺
本段路基土石方数量较大，利用方较少大部分C类填料需进行改良。
对于隧道和路堑开挖的弃碴不满足填料要求的进行改良。
4.1.填料级配改良
根据设计要求基床底层采用A、B组填料填筑，基床以下路堤采用C组及以上填料填筑。
基床底层填筑选用优质的填料料源，通过填料生产场加工，集中生产供应路基填料，基床底层A、B组填料最大粒径按150mm控制。
选用路堑挖方或隧道弃碴中合格部分作为基床以下路堤填料的料源，根据填料规范，经填料生产场破碎加工后填筑或直接用于路堤填筑，基床以下填料按300mm控制。
为保证填筑压实质量，填料随拌随用。
⑴工艺要点
①弃碴分选：
根据路基填筑的不同部位，对隧道弃碴和路堑挖方进行相应的分选。
选用隧道弃碴与路堑挖方的硬质岩石加工A、B组填料；对满足C组填料规范的土石，当粒径、级配满足基床以下填料要求时，直接进行路基填筑；当粒径、级配不满足基床以下填料要求时，经填料生产场破碎加工后，再用于基床以下部位的填筑。
②将弃碴块径大于900mm的进行二次解小，用皮带输送机将混合料输入破碎机破碎，再经孔径为300mm（150mm）的振动筛筛分，使其生产填料的粒径全部小于300mm（150mm），振动筛下A、B、C组填料分别隔离堆放。
③堆放料时用装载机在振动筛出料口处及时转运，分层堆放，防止形成自然坡角的料堆，避免颗粒发生离析，保证成品填料颗粒级配的均匀性。
④对破碎筛分的集料的颗粒级配、颗粒密度等工程分批进行实验检测。
⑵生产工艺流程
基床以下路堤碎石土填料生产工艺流程见图4.1.1。
图4.1.1基床以下路堤碎石土填料生产工艺流程
基层底层A、B组填料填料生产工艺流程见图4.1.2。
图4.1.2基床底层A、B组填料生产工艺流程
4.2.石灰改良细粒土（路拌法）
⑴施工方法
准备下承层：
将石灰改良土的下承层平整，密实，有路拱。
施工放样：
在路堤顶面上恢复中线，在两侧标出石灰粉每层高度。
备料：
消解石灰。
计算材料用量：
计算每车料的堆放面积。
运输和摊铺：
自卸车先将土运到路上，然后运送石灰。
按实验确定的虚铺厚度布料。
人工配合平地机摊铺。
拌合：
拌合前检查含水量是否接近最加含水量路拱，必要时洒水或晾晒。
采用宝马路拌机拌合。
拌和深度到下承层1~2cm。
设专人跟随拌和机，随时检查拌和并配合拌和机操作员调整拌和深度。
整形：
静压1~2遍后，用平地机整平和整形。
整形过程中，人工及时消除坑洼现象。
碾压：
整形后，当混合料处于最佳含水量±1%时，即可进行碾压。
用18t以上三轮压路机，重型轮胎压路机或动压路机在路基全宽内碾压。
碾压到密实度合格为止。
路肩的两侧多压2~3遍。
接缝和调头处处理：
两工作段的横向搭接，前一工作段拌和整平后，仅比预留的下一段高出一层填筑层厚度。
从前一段的末端向后留2m长的坡段。
下一段施工时，将前一段和2m长范围与前一段预留的坡段的混合料翻松或挖除，继续向前同时进行施工。
养生：
机械洒水养生；覆盖塑料薄膜,周边压土养生；覆盖草袋并洒水养生,养生至填筑基床表层为止,龄期超过28天时后可不再进行养生。
⑵施工工艺流程
石灰改良土路拌法施工工艺流程见图4.2。
图4.2石灰改良土路拌法施工工艺流程
4.3石灰改良（厂拌）
二八灰土改良采用WDB300稳定土拌和机进行集中拌和。
将需改良的细粒土土块打碎，再将生石灰充分消解，拌和前严格控制拌和料的颗粒细度、含水量和石灰掺量等技术指标。
5对哈大客专特殊地基地段路基的设计、施工建议
5.1.哈大客专设计简况（地形、地貌及地质情况）
⑴哈大客专地形地貌：
哈大客专沿线经过地区地貌可分为低山、剥蚀丘陵区、滨海平原、冲洪积平原。
大连至大石桥段:
以剥蚀丘陵为主，地形起伏变化较大，沟谷及洼地发育。
其中金州湾、复州湾以及九寨至大石桥为滨海平原，地形平坦开阔，大部地段地势低洼，养殖场较多。
大石桥至沈阳段:
为冲洪积平原，地形平坦开阔，局部地段地势稍高，主要为辽河、太子河、浑河及其支流冲洪积形成，平原区大部为耕地。
沈阳以北:
分为辽河、松嫩平原两个主要地貌单元，辽河平原由辽河及其支流冲洪积而成，地势自北向南缓倾，其中沈阳至铁岭间地形平坦开阔，主要为一级阶地，局部可见二级阶地。
铁岭至陶家屯段由低山、剥蚀缓丘与冲洪积平原构成，地形波状起伏，缓丘与带状河谷冲积平原相间。
松嫩平原为松花江及其支流冲洪积形成的平原，地势南高北低，波状起伏，由河漫滩、一级阶地、断续的二级阶地、波状黄土台地和岗阜状平原组成。
⑵哈大客专的地质情况
哈大客专沿线分布的主要不良地质主要有：
采空区，水源地，岩溶，顺层，地震液化，风积沙，季节性冻害，雪害，松软地基等。
⑶特殊土：
软土，膨胀岩土，盐渍土，黄土，冻土等。
5.2.地基处理的建议
⑴地基处理措施
地质勘察时，对软土地基、岩溶、湿陷性黄土、膨胀土等主要的不良地基进行详细的地质勘查，确定地基加固、合理处理的措施。
见表5.1
⑵地基沉降
对岩溶、湿陷性黄土、膨胀土等主要的不良地基，地基沉降作出沉降评价。
建立科学、系统、高效的沉降观测设施，组织沉降观测；及时进行数据处理分析和沉降预测、评估。
⑶填料选择
①提前选择好合格的路基填料料源，充分利用路堑开挖、隧道出渣优质材料作为土工结构填料。
②A、B组填料采用硬质岩块经破碎、分筛、分组后，再按比例配置继配良好的碎石土和砾石土填料。
③石灰粉、煤灰改良土采用厂拌，要严格控制拌和料的颗粒细度、含水量和石灰掺量等技术指标。
5.3.特殊地基地段路基的施工建议
我集团公司对常遇到的软基、松软土、膨胀土、岩溶等不良地质路基地基处理的常用方法，如袋装砂井、塑料排水板、粉喷桩、水泥深层搅拌桩、旋喷桩、砂桩、碎石桩、强夯、CFG桩都有过成功的类似工程业绩；特对哈大客专特殊地基地段路基的施工建议如下表：
表5.3哈大客专特殊地基地段路基的施工建议
序号
地质情况
建议处理方法
简要说明
1
松软地基
挖出换填、强夯、水泥搅拌桩、CFG桩
海相沉积和冲洪积形成，厚度（10M以内）、埋深（15M以内）均不大；主要为黏性土、黄土、粉土和砂类土。
2
软土
挖出换填、强夯、水泥搅拌桩、CFG桩
在滨海平原、局部冲洪积平原、大河的一级阶地和河漫滩及丘陵洼地内，分布有淤泥质黏性土，厚度一般小于13.0m，建议进行软基处理不必采用桥梁跨越。
3
湿陷性黄土
改良、重锤夯实、冲击碾压、灰土挤密桩、水泥搅拌桩、CFG桩
沿线少量分布，根据地勘情况选择适当处理方法。
4
地震液化路基
砂桩、碎石桩
5
膨胀土
挖除、换填、土工布封闭
填料的处理
6
盐渍土
石灰粉煤灰改良
7
冻土
基底换填碎石垫层、铺设复合土工膜、设置渗水暗沟；填方设隔热板
8
采空区
压力注浆、回填碎石、片石、帷幕注浆
9
岩溶
压力注浆、回填碎石、片石、帷幕注浆
10
顺层
挡土墙、预应力锚索
11
风积沙
桥梁跨越
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