[摘要] ：本文介绍了新建兰新铁路第二双线路基的地基处理、路基填筑，以及试验检测施工技术，通过过程控制，保证路基工后沉降满足要求。 关键词： 戈壁地区;高速铁路;地基处理;路基填筑;检测
Abstract]: This paper introduces the New Lan new railway second double of roadbed foundation treatment, roadbed construction, and test for detection of construction technology, to ensure that the Settlement after the meet the requirements through the process control.
Key words: Gobi region; high-speed rail; foundation treatment; roadbed construction; detection
中图分类号：U238文献标识码： A 文章编号：
新建兰新铁路第二双线全长约1768 km，跨越甘肃省、青海省、新疆维吾尔自治区，其中，新疆境内正线长约713.4 km ，约有600 km穿越戈壁地区，路基长度约为线路总长的75％，是世界上一次建成的最长、路基比例最高的高速铁路。沿线气候条件、地理环境及工程地质特性差异较大。高速铁路建设对戈壁地区防风、防沙，地基处理，路基边坡防护，路基填筑等提出更高要求。
为满足高速铁路高平顺性、高稳定性的要求，路基工后沉降不应超过15mm；路桥（涵）过渡段的工后差异沉降量不应大于5mm。对于弹性的路基，要达到设计标准，在路基施工中必须以合理的施工工艺，严格的质量控制作为保障。中交三航局承建兰新二标段，在施工中探索出一套新疆戈壁地区高铁路基施工技术。
1. 工程概况
1.1地质地貌
中交三航局承建的兰新铁路第二双线二标，起止里程为DK1191+000～DK1245+000，共计54km，其中正线路基为48km，位于新疆哈密市境内的天山东脉北山南麓丘陵区，地形波状起伏，地面高程为700～1250m，其中DK1191+000～DK1216+000区内，地表荒芜，地表零星覆盖粗、细圆砾土，大部分地段基岩裸露，多呈砾漠、岩漠地貌景观，地下水不发育；DK1216+000～DK1245+000为哈密、吐鲁番盆地北缘天山南麓山前冲、洪积平原区，地形逐渐平坦开阔，地势略有起伏，人烟稀少，为典型的戈壁荒漠地貌。
1.2气候特征
施工区域位于烟墩风区（见图1所示），春、秋季为大风季，风力最大可达到40m/s，属于烟墩风区；该区域气候干旱，年均降水量47.5毫米，年蒸发量2712.6毫米；年均气温10℃，施工期间极端最高气温58℃(7月)，极端最低气温-35℃（1月）。
图1 施工区域示意图
2. 路基施工总体方案
2.1 路基设计
（1）路基断面形状
无砟轨道路基面形状为梯形（见图2 所示），混凝土支承层基础边缘以外向两侧设不小于4%的横向排水坡，曲线地段在路基面设置轨道超高斜坡，斜坡外侧至路肩设置小于2.5%横向排水坡。区间直线地段路基面宽度13.6m，线间距5.0m，部分区段防风单侧或双侧加宽3.8m。
图2路基标准断面示意图
（2）路基组成
路基分为路堤和路堑地段，以≥3m的路堤作为路基的标准断面，见表1所示。
表1路基参数一览表（≥3.0m路堤标准断面）
2.2 路基施工方案
在路基施工前，对路基施工区域进行地貌调查和地质复勘，以及流域内汇水情况进行调查。地质复勘可采用静力触探、钻孔取样的方式进行，也可使用挖机在路基一侧20m的范围内，每50m挖一个探坑，发现地貌和地质情况与设计不符，及时与原设计沟通确认。施工放线和清表工作完成后，进行地基处理施工。
2.2.1地基处理
（1）松软土地基
松软土地基，地层以粉质黏土、粉土、粉细砂为主，松软土地基根据土质、厚度及加固要求等条件，采用挖除换填、冲击碾压、重锤夯实、强夯。
（2）戈壁土（圆砾土、卵石土为主）地基
戈壁土地基根据沉降估算及密实状态，采用冲击碾压、重锤夯实、强夯等处理地基。对于仅在地表分布有厚度小于3.0m粉细砂及盐渍土、石膏、芒硝等，下部为中密或密实碎石类土的地基，挖除表层粉细砂、含盐量超标土层，换填碎石类土并进行浅层夯实处理。
（3）泥岩风化层地基
泥岩风化层地基需加强防排水措施，于路堤基底或路堑基床底层顶面以下铺设水泥中粗砂垫层及土工膜，其下换填1.0m厚水泥改良土等措施，同时结合风化层厚度采用冲击碾压、重锤夯实等地基处理措施。
（4）基岩风化层地基（泥岩除外）
柳园至烟墩段地表零星覆盖粗、细圆砾土，大部分地段基岩裸露，基岩主要有砾岩、砂岩、片岩、凝灰岩、花岗岩、闪长岩、石英岩、安山岩等基岩风化层，风化层大部分为全风化及强风化，岩芯呈碎块状，节理裂隙发育。硬质岩石风化层地基不进行特别处理，软质岩石（泥岩除外）地基采用冲击碾压处理。
（5）盐渍土路基工程
采取隔断毛细水的措施。毛细水隔断层采用复合土工膜隔断层，其底面高程应高于当地最高地面积水高程，地基表层松散时碾压密实或翻挖分层回填压实。
2.2.2 路基填筑
路基施工分为路堤和路堑施工。根据不同的地质、地貌采取不同的路基断面，不易风化的硬质岩地段路堑开挖后，直接在开挖面上试做支承层，如图3所示。
图3路堑基床处理示意图（不易风化的硬质岩地段）
其他情况，均需要进行A、B组填料（或改良土）和基床表层的级配碎石的路基填筑施工（不易风化的硬质岩地段的0 4. 路基施工
4.1地基处理
4.1.1处理方式
根据路地基的地质地貌情况。地基处理采用冲击碾压、重锤夯实、强夯、挖除换填等方式进行，处理方式详见表2。
序号 地基处理方式 处理深度（厚度） 主要施工机械
及设备 施工控制
1 冲击碾压
（冲击能量20~25KJ） 1.5m 冲击碾压机，平地机，压路机，洒水车，水准仪 200m为一个作业面，作业面内整平，高差不大于500mm，行驶速度控制在12km/h左右，冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，以轮迹重叠1/2、铺盖整个路基表面为冲碾一遍，共20遍
2 重夯
（夯击能量200~300KJ） 3.0m 吊高10m，50t卷扬机式履带吊一台，5t夯锤1个（锤径D2.4m）其他机械同冲击碾压施工 处里面纵横向坡度如>5%时，需设置台阶，台阶高差≤600mm，一个夯点的夯击8次，各夯点搭接1/4夯锤直径，注意台阶搭接处的补夯
3 强夯
(夯击能量2000~4000KJ) 8m 吊高20m，50t卷扬机式履带吊一台，配20t夯锤1个（锤径D2.5m）其他机械同冲击碾压施工 根据夯锤直径2.5m，选择夯点间距为4m，点夯三遍，满夯一遍，夯点按梅花形网格排列，点夯自坡脚一侧开始，按照事先布点顺序开始点夯，每个夯点夯击8次，每遍点夯完成后对场地进行推平碾压。
4 换填改良土(水泥掺量为3%（位于基床底层为5%）) 1m 改良土拌和站，运输车，推土机，平地机，压路机，小型平板振捣器 换填1m厚度的改良土，按照30cm，30cm，20cm，20cm分层压实填筑，采用静压1遍+弱振2遍+强振2遍+静压1遍，共6遍碾压密实。改良土内设置土工格栅。卸料后，应尽快摊铺、碾压，整个过程应在4个小时内完成，泥土施工完成后，及时覆盖保湿养护。
5 卵砾石垫层 0.3m 同换填改良土 同改良土施工
表2地基处理方式一览表
4.1.2地基处理施工
（1）场地平整
地基处理前，对施工区域的土体取样，进行土体含水率及压实度等相关物理力学性质指标试验；用平地机清除表层30cm内的松软砾石土层，松软土较厚区域应清除到位。对原地面凹凸不平、相对高差大于500mm的地段应进行整平、理坡，满足施工机械的作业要求。当纵横坡大于5%时，设置台阶。
（2）洒水
戈壁地区土体含水量很小，在4%左右。为达到压实效果，需提前洒水浸泡。洒水量根据处理的土质不同而异，基本控制在6~9%之间。
戈壁地区，缺雨少水，且蒸发量大，利用夜间水分蒸发量相对较小的特点，在处理面表层用装载机的斗齿拉出浅沟槽，在晚上对处理面进行洒水浸泡，次日压路机碾压平整后，开始进行冲击碾压或锤击夯实。
对于黏性土地基，洒水量适当减少，洒水过量易造成弹簧土，不易压实，凉�后方可进行地基处理。
标段较多区域存在盐渍土，洒水后，地基处理面有显著泛碱现象，严重地段甚至表面土体溶蚀，出现坑洞。在后续施工前，将表面盐碱层刮去，出现坑洞的部位，使用合格的填料压实。
（3）测量放线
测量标示出地基处理的范围、路基中心轴线、作业区段的划分，冲击碾压轨迹线、缓冲带边线（如图6所示），夯锤的夯点（见图7、8所示）等位置。
图6 冲击碾压轨迹平面示意图 图7重锤夯实满夯布置图
（4）施工控制
冲击碾压保证最后5遍的沉降量不大于10mm；保证每个夯坑最后2击的平均夯沉量：黏性土及湿陷性土不大于1cm，对砂类土、碎石类土不大于0.5cm；强夯夯坑最后两击的平均夯沉量小于5cm且夯坑周围地面不应发生隆起。
点夯夯点布置图满夯夯点布置图
图8强夯夯点布置图
冲击碾压、重夯和强夯完成后，用平地机清除表面的松土并进行平整，然后用光轮压路机进行静压1~2遍，然后进行相关的试验检测。
改良土换填和卵砾石垫层施工就不在这里详细叙述，施工控制要点见表2所示。
4.1.3注意事项
（1）冲击碾压施工中的夹层处理
冲击碾压前确定本段路基下的地质情况，如地面以下1～2m，存在软土夹层，则不宜进行冲击碾压。
我们在DK1226+550~650处，使用冲击碾压进行地基处理，但沉降量及压实度总是达不到设计标准，经开挖，发现该区域存在1m厚的粉砂层，经设计现场核查后，确定将该1m厚的粉砂层挖除，换填1m改良土。
（2）强夯施工的振动和噪音
对周边的环境影响很大，在施工前，需对周边的建筑物、管线以及其他环境进行调查，以采取相应减震和隔噪措施。
（3）强夯夯坑周围地面发生过大隆起
我们在DK1234+750处进行强夯施工时，一次夯沉量最大达到400mm， 5击的累积夯沉量为1000mm，周边土体隆起600mm,夯坑相对深度达1.6m，造成起锤困难，见照片1。
照片1 强夯非正常夯坑
通过分析，该区域土质为红色黏性土，含水量较大，在连续强夯的作用下，
土体出现局部液化，造成夯坑周边地面的隆起。后通过将相邻夯点距离4m增加到8m，同时延长夯击的间隔时间，成功的解决了出现的问题，地基处理达到设计要求。
（4）粉砂层的处理
施工区域位于烟墩风区，部分路段表层有1~4m的风积粉砂，因砂颗粒松散、无粘结力，直接在粉砂层上进行冲击碾压和夯实的方式都很难使其达到路基的压实标准。
施工中，我们采用了在砂面洒水后，铺设一层20cm的粘土，在粘土层上进行地基压实，灌砂法及动力触探试验数据显示达到了压实效果。在进行上层填料填筑前，需清除该层粘土。
4.2路基填筑
路基的填筑施工按照“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺流程实施，其控制重点在于填料的选取、最优含水率以及碾压设备和碾压遍数的确定。
4.2.1基底处理
基底处理完毕，试验检测合格后，按照设计要求安装路基沉降观测桩，见照片2。
照片2沉降观测桩
4.2.2施工放样
在路基填筑前放样出该段路基中边桩，沿路基纵向每10m设一对标高指示桩，以控制填料的虚铺厚度，上土前根据中线位置把该试验段划分为10m×6m的长方形格子，并把各个格子边线用白灰进行标识，便于自卸车倾倒填料和控制摊铺厚度。
4.2.3土工格栅铺设
填土高度≥3.0m的路堤两侧边坡水平铺设宽度为3 米的双向经编土工格栅，土工格栅外边界至边坡之间的水平距离不小于1.1米。土工格栅采用人工铺设，搭接长度30cm。
4.2.4 填料的选取及运输
对设计选定的取土场进行土体取样试验，不符合A、B组填料及时更换取土场地。我标段取土场填料的各项指标见表3所示。
表3取土场填料指标一览表
填料采用自卸车运输，填料运至现场后，卸到指定方格网。路基填料粒径要求≤75mm（基床底层≤60mm），通过在取料场和运输车辆上设置篦筛，过滤不符合粒径要求的填料。
为达到最优的压实效果，填料含水率的控制至关重要。根据表3显示，取土场的填料自然含水率小于最优含水率，则需要补水，补水量可按照下面公式计算。
m=(w-w0)×Q(1+w0)
式中 m ―所需加水量（kg）
w0 ―土的天然含水量（以小数计）
w―土的最佳含水量（以小数计）
Q―需要加水土的质量（kg）
考虑到取土场到路基的运距和摊铺的时间内的水分损失，填料含水率控制在最优含水率上调2%。加水可在取土场焖料，也可运至现场后洒水或用水坠法浸泡（见图9）。现场加水尽量放在傍晚进行，夜间的戈壁滩，温度和蒸发量相对较低，利于水分均匀充分渗透到填料中。
4.2.5填料摊铺
在上料前，对已完成的填筑面进行洒水润湿。方格内的填料采用推土机粗平后，用平地机精平，保持纵坡平顺均匀。每一填层的平整度及层厚均匀，摊平过程中测量人员根据填筑前后的标高控制填料松铺厚度。通过试验，砾石类土、砂类土松铺厚度按35cm控制，两边加宽50cm（见图9所示）。
图9路基填筑示意图
为防止摊铺碾压设备碰到沉降观测桩，对沉降观测桩造成破坏，在沉降观测桩周围2m范围内的路基采用人工填筑整平，小型夯机夯实，并筑一个保护平台，如图10所示。
图10沉降观测桩的保护
4.2.6洒水碾压
碾压施工前，试验人员检查填料含水率，根据填料含水率损失情况，用洒水车洒水，补充水分，使填料在碾压时含水率控制在最优含水率±2%左右。
采用22吨压路机按先两侧后中间的操作程序进行碾压。通过试验段的试验结果，显示压路机的最大碾压行驶速度控制在3km/h，碾压方法：静压1+弱振1+强振4+静压1，能够达到最好的压实效果。
4.2.7路基整修
在施工过程中，定期根据设计图纸核对路基的中线位置、宽度、纵坡、横坡、边坡及相应的标高并进行适当的刷坡、整修。在基床底层填筑完成后，整修采用挖掘机初步整修，然后用人工精细修整，做到路基整修后，棱角分明，线条直顺，坡面平顺。 照片3整修路基边坡
4.2.8注意事项
（1）基床底层每一压实层的全宽必须使用同一种且条件相同的填料；上下层使用不同种类及条件的填料时，应符合下列要求：
①两渗水土填层间，粒径较粗填料的D15与较细的d85之比应小于或等于4,(D15为颗粒较粗填料中颗粒含量占15%的粒径；d85为颗粒较细填料中，颗粒含量占85 %的粒径）。
②非渗水土与渗水土填层间，较粗的填料D15粒径应小于0.5mm。
相邻填层填料粒径条件不符合上列要求时，须在两层间应加设垫层。
（2）填筑压实厚度应符合以下规定：碎石类土每层填筑压实厚度不超过35cm，砾石类土、砂类土每层填筑压实厚度不超过30cm。每层最小填筑压实厚度不小于10cm。
（3）在戈壁大风季节进行路基填筑施工，会导致填筑面局部沉积2~5cm细沙，该细沙在上层填筑前，必须清除。
（4）填筑的每层路基均设置中间高，两侧低拱度，符合路基设计断面形状。
（5）临近冬季（或冬季）进行路基填筑施工，气温夜间一般在0℃以下，此时，填料需在拌和站拌料，含水率控制在最优含水率，利用午间气温较高时进行摊铺碾压施工，成型后，进行覆盖保温，防止冻融。
4.2.9路基检验
路基填筑压实质量按规定检验
压实度K≥0.97(基床表层)/ 0.95(基床底层) / 0.92(基床底层以下) （灌砂法）；
地基系数K30≥190(基床表层)/130(基床底层) /110(基床底层以下)（砂类土及细砾土）；
动态变形模量Evd≥55(基床表层)/40(基床底层)。
沿纵向方向，每一百米检测压实系数6个点，每100m每填高约90cm抽样检验地基系数K30 、 Evd各4点。试验结果达到设计及验标要求，方可进行下一层填筑施工。
4 .3过渡段施工
过渡段施工是路基填筑施工的重要环节，其质量对整个线路的的平顺、均质有着重要作用。断面图见图11、12。路桥过渡段或路堤与横向结构物过渡段部分采用水泥稳定级配碎石（掺加5%水泥），并与桥台连接的过渡段基床表层的级配碎石掺入5％的水泥。
图11横向构筑物（涵洞）过渡段纵断面示意图
图12 横向构筑物（涵洞）过渡段横断面示意图
4.3.1基坑处理
施工过渡段前，用小型平板振动机夯实，按设计要求断面开挖基坑，清除基坑松散土，并保证基坑干燥无积水，方可回素填混凝土。
4.3.2施工放样
施工前测出过渡段中线和填筑边线，在涵洞上标示出每层填筑水平线，每层压实厚度按30cm控制。
4.3.3填料摊铺、平整
级配碎石在拌和站集中拌和，自卸汽车运输至施工场地，采取网格法准确控制卸料数量，挖掘机摊铺，人工配合整平，每层顶面做成4％的横向排水坡。
4.3.4 碾压
级配碎石和包边土全部摊铺整平后，采用重型碾压设备一起碾压。碾压时先静压、后弱振压、再强振压、最后静压收光。碾压时从两侧向中心碾压，钢轮重叠宽度不小于40cm，大型机械碾压不到的地方用小型机械碾压。
4.3.5 养护
碾压后应及时用土工布覆盖洒水养护。封闭交通，除洒水车外，其他车辆不得通行，养护期（7天以上）结束施工车辆可限速通行，速度小于15km/h，严禁急转弯或急刹车。
4.4堆载预压
路基本体除基床表层级配碎石外，填筑完成后，依照设计要求，对部分区段进行堆载预压，预压期为6个月。
4.5沉降观测
根据设计要求，布置沉降观测点，定期进行沉降观测。应利用自动检测系统进行数据采集，并进行实时分析，预测路基的沉降变形趋势，以确保地基处理后的路基沉降变形量达到预期的要求，为路基的整体沉降评估积累数据。
5. 实施的效果及进一步需要探讨的问题
5.1路基实施的效果
通过选择合理的施工机械、不断地优化施工工艺、适当的经济投入和严格的过程控制，在地基处理和路基填筑施工中，成功的克服了湿陷土、盐碱土、松土等不良地质，大温差、大风沙、干旱荒漠等恶劣气候条件，工程合格率达到100%。
前一阶段的路基沉降观测数据（见图13~16）显示，目前路基沉降已趋于稳定，最大沉降量在10mm之内，符合设计规范要求，达到预定工程目标。
图13DK1216+768 L1的时间-累积沉降位移曲线（路堤H=6.073m，堆载预压）
图14DK1219+084 L1的时间-累积沉降位移曲线（路堤H=6.0m，无堆载预压）
图15DK1220+170 L1的时间-累积沉降位移曲线（路堑深H=6.073m，无堆载预压）
图16DK1232+930 L1的时间-累积沉降位移曲线（路堤H=6.8m，堆载预压）
5.2 进一步需要探讨的问题
（1）地基处理对高速铁路路基工后沉降的影响
兰新铁路第二双线是第一次在戈壁地区采用高比例路基的型式建造的高速铁路，目前采用的地基处理方式是否能够满足工后沉降及运行后沉降要求，有待时间的检验。
（2） 湿陷和冻胀
该施工区域虽干旱少雨、雪，但一旦有降水、降雪对路基施工影响巨大，前期施工中，出现了降水对路基边坡造成损害，以及雪水融化后造成路基顶面冻胀的问题，需要解决。
（3）沉降观测
根据设计要求，沉降观测应该为不间断作业，在-30℃下，测量仪器观测值能否真实反映路基变形状况的问题，也需要进一步考证。
6. 结束语
通过采取有效地施工工艺和施工方法，中交三航局承建的LXTJ2标段的路基施工取得了良好的效果，工程质量和进度位于整个兰新铁路第二双线（新疆段）前列，多次作为建设方的观摩样板段，向全标段推广。目前路基沉降已基本稳定，累计沉降量均在10mm以内，为后续施工奠定了良好的基础，并对相似地区的路基施工具有一定的指导意义。
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