上海軌道交通土路基填筑標(biāo)準(zhǔn)探討論文
摘 要 土路基在城市軌道交通中主要用于地面段線路,包括地面正線、車輛段、停車場等,是城市軌道交通線路下部建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分。試通過對上海市城市軌道交通先后使用的土路基填筑標(biāo)準(zhǔn),以及與鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的比較和分析,結(jié)合上海地區(qū)的特點,對上海軌道交通土路基填筑的基床填料、壓實指標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)提出一些參考建議。
關(guān)鍵詞 城市軌道交通 土路基 填料 壓實 標(biāo)準(zhǔn)
1前 言
隨著上海軌道交通建設(shè)的大發(fā)展,有必要對軌道交通的路基有一個再認識的過程,也就是說,城市軌道交通并不完全等同于國家鐵路,兩者之間的區(qū)別。首先是國家鐵路路基的承載對象與城市軌道交通的差異較大,國鐵軸重23ｔ,而地鐵16ｔ,輕軌14ｔ;其次城市的區(qū)域性特點與國鐵適用范圍存在明顯差異。無論是采用《地鐵設(shè)計規(guī)范》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),還是直接套用現(xiàn)行國家鐵路標(biāo)準(zhǔn),實施軌道交通路基填筑時都存在一定的局限性。目前最新版本的《地鐵設(shè)計規(guī)范》有關(guān)路基部分完全套用國家鐵路路基設(shè)計規(guī)范Ⅲ級線路的標(biāo)準(zhǔn),雖然解決了此前設(shè)計中常套用國家鐵路標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象,但如此套用仍有不盡合理之處。
這一客觀存在的問題,需要我們對軌道交通路基填筑的標(biāo)準(zhǔn)進行有益的探討,本著保證質(zhì)量的前提,盡可能采用最經(jīng)濟的施工原則,合理調(diào)整基床填料、壓實指標(biāo)、檢測標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù),以期更科學(xué)地建設(shè)上海軌道交通。
2上海軌道交通土路基主要特點
2.1地區(qū)特點
(1)土質(zhì)差:上海地區(qū)表層土質(zhì)分布按土層厚計算,除去面層有機土,二層為粉質(zhì)粘土(厚約2ｍ)、三層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉質(zhì)粘土(約5～7ｍ)、四層為淤泥質(zhì)粘土。按照鐵路路基規(guī)范的填料標(biāo)準(zhǔn)劃分,基本均為較差的Ｃ類土及以下的土質(zhì)。
(2)承載力低:根據(jù)工程地質(zhì)勘測實測資料統(tǒng)計表明,靜力觸探Ｐｓ值:二層土1.08～0.89ＭＰａ;三層土(1～2分層)1.21～0.82ＭＰａ;三層土第3分層～五層土0.36～0.78ＭＰａ。直接影響路基的土層主要為上述的二、三層土,一般而言上海地區(qū)的天然地基承載力約在0.97～0.8ＭＰａ之間。
(3)含水量高:上海地區(qū)屬東南溫?zé)釁^(qū),該區(qū)季節(jié)性雨季雨量充沛集中,臺風(fēng)暴雨多,地表水極為豐富;反映在路基病害方面主要有:水毀、沖刷、滑坡多。地下水位高,一般不低于地面2ｍ;反映在路基病害方面主要為軟弱土層多。
2.2 軌道交通的主要特點
城市軌道交通特點的實質(zhì)是相對國家鐵路而言,比較軌道交通(包括地鐵和輕軌)與國鐵(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級鐵路),主要從荷載、速度、運量三方面的差異進行比較。車輛不同而影響其限界的差異本文不作探討。
�、窦夎F路設(shè)計速度為120ｋｍ/ｈ,ＩＩ級鐵路為100ｋｍ/ｈ,Ⅲ級鐵路為80ｋｍ/ｈ,軌道交通的設(shè)計速度為80ｋｍ/ｈ,與Ⅲ級鐵路相同。
Ⅰ級鐵路年客貨運量不小于15Ｍｔ,Ⅱ級鐵路小于15Ｍｔ大于等于7.5Ｍｔ,Ⅲ級鐵路小于7.5Ｍｔ。地鐵編組一般6～8節(jié)、輕軌編組一般4節(jié),鐵路編組一般客車10～20節(jié),貨車可多達100節(jié)。在鐵路客貨運量中,每對旅客列車(對/ｄ)上下行各按0.7Ｍｔ年貨運量折算。軌道交通即使按每對客車(對/ｄ)上下行各為0.15Ｍｔ折算,也可達到Ⅰ級鐵路運量。
荷載的差異非常顯著,地鐵動車16ｔ,輕軌動車14ｔ,國鐵內(nèi)燃機機車23ｔ(Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級鐵路皆同)。
3國家鐵路及地鐵有關(guān)路基填筑的主要規(guī)定
3.1 軌道交通建設(shè)使用的有關(guān)路基工程的主要規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)情況
目前,城市軌道交通建設(shè)中使用的有關(guān)路基工程的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)主要有:
《地鐵設(shè)計規(guī)范》(ＧＢ50157-2003)
《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》(ＧＢ50299-1999)
《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》(ＴＢ10001-99)
《鐵路路基施工規(guī)范》(ＴＢ10202-2002)
《鐵路路基工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(ＴＢ10414-98,最新2000版)
《鐵路工程土工試驗方法》(ＴＢＪ102-96)
3.2鐵路、地鐵有關(guān)路基規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展
由鐵道部發(fā)布的《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》,目前使用的是2002年版,與1999年版基本無差別。1999年版由1996版發(fā)展而來,1996年版為1985年版的局部修訂版。
鐵路路基施工規(guī)范、質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)涉及基床厚度、填料類別和壓實標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)則是參照其版本前的相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范而制定。
如2002年版施工規(guī)范的基床厚度、填料類別和壓實標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)與1999年版設(shè)計規(guī)范的相同。2000年版施工規(guī)范相關(guān)參數(shù)與1996年版設(shè)計規(guī)范的相同,1996版路基施工規(guī)范中,壓實標(biāo)準(zhǔn)是被要求執(zhí)行1985版的路基設(shè)計規(guī)范(ＴＢＪ1-85)相應(yīng)的壓實指標(biāo)規(guī)定。
1998版路基工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)的壓實度及地基系數(shù)指標(biāo)是根據(jù)1996版設(shè)計規(guī)范(ＴＢＪ1-96)和施工規(guī)范(ＴＢＪ202-96)相關(guān)規(guī)定制訂的。
地鐵路基規(guī)范經(jīng)歷兩個階段,即1992年實施的地下鐵道設(shè)計規(guī)范屬初創(chuàng)版本,許多參數(shù)、指標(biāo)不盡合理;2003年實施的地鐵設(shè)計規(guī)范,基本套用鐵路設(shè)計規(guī)范有關(guān)Ⅲ級鐵路的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 路基填筑壓實標(biāo)準(zhǔn)變化情況
1996年版較之1985年版,增加了Ｋ30標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)指標(biāo)。廢除1985年版一直沿用的從上世紀(jì)50年代參照原蘇聯(lián)當(dāng)時的擊實標(biāo)準(zhǔn)而制訂的;采用國內(nèi)外公認并普遍采用的普氏和修正普氏標(biāo)準(zhǔn),即輕型和重型擊實標(biāo)準(zhǔn)。
1996年在修改中,將Ⅰ、Ⅱ級鐵路干線的壓實度適當(dāng)提高,基床底層由原來的Ｋｓ=0.90提高為Ｋｓ=0.93(ＫＬ=0.95,Ｋｈ=0.85),基床以下部位不浸水部分,原Ｋｓ=0.85提高為Ｋｓ=0.90,基床以下部位浸水部分、基床表層以及Ⅲ級鐵路的基床仍保持原壓實系數(shù)不變。
1999年版在修改中則取消了輕型擊實標(biāo)準(zhǔn),只保留重型擊實標(biāo)準(zhǔn)和Ｋ30地基系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
上述由鐵道部發(fā)布的現(xiàn)行設(shè)計、施工和質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)之間共性的是相應(yīng)的壓實度和地基系數(shù)的指標(biāo)相同,差異是設(shè)計規(guī)范已取消輕型擊實標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)指標(biāo)。
填料為細粒土和粘砂、粉砂時,基床及以下部位壓實度指標(biāo)如表1。
3.4 路基填料土質(zhì)類別規(guī)定
鐵路標(biāo)準(zhǔn)土類劃分為:Ａ組、Ｂ組、Ｃ組、Ｄ組、Ｅ組等5大類土。其中作為路基填料,基床表層填料應(yīng)優(yōu)先選用Ａ、Ｂ組填料,嚴(yán)禁使用Ｄ、Ｅ組填料;基床底層填料可選用Ａ、Ｂ、Ｃ組填料,當(dāng)不得不使用Ｄ組填料時,必須采取加固或改良措施。使用Ｂ組填料中砂粘土及Ｃ組填料中的粉土、粉粘土?xí)r,在年平均降水大于500ｍｍ的地區(qū),其塑性指數(shù)不得大于12,液限不得大于32%。
數(shù)十年來的數(shù)種版本,對于路基填料類別的規(guī)定均未作變動,地鐵涉及路基填料的規(guī)定則完全采用國家鐵路標(biāo)準(zhǔn)。
4軌道交通路基填筑幾項標(biāo)準(zhǔn)的探討
4.1路基填料采用上海當(dāng)?shù)赝恋奶接懞蛯嵺`
按照鐵路路基規(guī)范的填料標(biāo)準(zhǔn)劃分,上海地區(qū)的土料基本均為較差的Ｃ類土及以下的土質(zhì),根據(jù)實測顯示,其塑性指數(shù)在11.5～12.7之間。嚴(yán)格意義上講,均不符合作為路基填料。
據(jù)此,上海地區(qū)的路基基床填料來源只能從外地購?fù)?路基基床以下部位填料或可采用改良措施后的本地土。但由于土源限制,從外地購?fù)猎诠こ虒嵤┲欣щy重重。通過工程實踐,在車輛段和停車場施工中,路基基床表層采取對上海本地Ｃ組土摻和比例為5%的硝石灰;基床底層采取本地Ｃ組適當(dāng)摻和硝石灰的處理方法進行填筑。經(jīng)Ｋ30地基系數(shù)檢測,完全滿足規(guī)范要求。在交付運營后也未出現(xiàn)任何路基病害問題。
因此,筆者認為在軌道交通的路基填料選擇時,基于軌道交通本身的荷載較小的特點,在車輛段和停車場等填土數(shù)量大,承載力要求低的項目中,無須使用外購?fù)?充分利用本地土源,采取適當(dāng)改良措施,實踐證明能夠滿足工程需要。
4.2 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗標(biāo)準(zhǔn)取消輕型擊實法的現(xiàn)實影響
該試驗的目的是測試試樣在一定擊實次數(shù)下含水量與干密度之間的關(guān)系,從而確定該土的最優(yōu)含水量和最大干密度。標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗標(biāo)準(zhǔn)分重型擊實法與輕型擊實法。重型擊實實驗法的單位擊實功是輕型擊實實驗法的4.22倍(見表2)。重型擊實實驗法測得土的最大干密度比輕型擊實實驗法提高約5%～14%,而最佳含水量降低約1～9個百分點。
目前,鐵路設(shè)計規(guī)范和地鐵設(shè)計規(guī)范均先后取消了輕型擊實試驗法對應(yīng)的相應(yīng)參數(shù),僅采用重型擊實試驗法對應(yīng)的相應(yīng)參數(shù)。由于在規(guī)范中,重型擊實試驗的壓實系數(shù)較輕型擊實試驗有6.6%～6.9%的降低量,在施工實踐中因最大干密度提高對實際達標(biāo)密實度并未產(chǎn)生多大影響,也就是說密實度標(biāo)準(zhǔn)基本未變,但最優(yōu)含水量的標(biāo)準(zhǔn)卻提高了約1～9個百分點。
這一變化,對于粒徑大于5ｍｍ的顆粒較多的土料,工程施工中實測結(jié)果顯示,含水量越接近重型擊實試驗對應(yīng)的最優(yōu)含水量,其壓實的效果越理想;對于粒徑小于5ｍｍ的細粒土填料而言,則含水量越接近輕型擊實試驗對應(yīng)的最優(yōu)含水量,其壓實的效果越理想。因此,在目前采用重型擊實試驗法對應(yīng)的相應(yīng)參數(shù)的現(xiàn)實情況下,當(dāng)填料是以粒徑小于5ｍｍ的細粒土為主時,有必要對其最優(yōu)含水量進行校正,可根據(jù)對應(yīng)的輕型擊實試驗最優(yōu)含水量實測結(jié)果予以調(diào)整。
上海地區(qū)的土質(zhì)以粒徑小于5ｍｍ的細粒土為主,在軌道交通的車輛段、停車場等基本采用當(dāng)?shù)赝磷魈盍蠒r,建議考慮適當(dāng)降低最優(yōu)含水量。
4.3 關(guān)于Ｋ30標(biāo)準(zhǔn)在軌道交通中運用中的必要性分析
地基系數(shù)Ｋ30標(biāo)準(zhǔn)在國家鐵路設(shè)計和施工中早已得到廣泛應(yīng)用,地鐵工程以前對此未作要求,在2003年實施的新版地鐵設(shè)計規(guī)范中才予以明確。
�。�30為30ｃｍ直徑荷載板試驗得出的地基系數(shù),一般取下沉量為0.125ｃｍ的荷載強度。作為路基壓實度的一項新的控制指標(biāo),地基系數(shù)Ｋ30的參數(shù)較之壓實系數(shù)Ｋｈ更為直觀。尤其在上海地區(qū),由于填料多數(shù)采用當(dāng)?shù)氐妮^差的Ｃ類土,甚至需要采取改良或加固措施,僅以壓實系數(shù)作為控制指標(biāo),難以確保路基的承載指標(biāo)和穩(wěn)定性得到完全真實的`反映。因此在上海軌道交通中采用地基系數(shù)Ｋ30作為路基壓實度的控制指標(biāo)確有其必要性。
然而,由于目前Ｋ30試驗的測試費用遠比壓實系數(shù)試驗(環(huán)刀法或核子濕密度儀法)昂貴,且操作復(fù)雜;在規(guī)范中也僅明確了兩種控制指標(biāo)的參數(shù),未強調(diào)哪一種是優(yōu)先或必須選用的。在實際施工中測試人一般出于使用習(xí)慣和方便省事等諸多原因,常選用壓實系數(shù)作為控制指標(biāo)。
鑒于地基系數(shù)Ｋ30在上海軌道交通作為路基壓實度控制指標(biāo)的必要性,建議在工程實施的相關(guān)文件條款中予以明確規(guī)定。
在實施地基系數(shù)Ｋ30作為路基壓實度控制指標(biāo)時,考慮其費用較高、實測麻煩的實際情況,還需要與壓實系數(shù)試驗結(jié)合使用方更為合理,即采用雙指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。建議地基系數(shù)Ｋ30試驗僅用于路基基床面層的實測,而分層填筑過程中仍采用壓實系數(shù)試驗。
4.4天然地基和基底表層檢測標(biāo)準(zhǔn)在上海軌道交通中的可行性分析
地鐵設(shè)計規(guī)范和國家鐵路設(shè)計規(guī)范中,涉及基床表層部分,無論填筑或天然地基,均要求按基床土的壓實度標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,而基床地層部分則同基底表層的標(biāo)準(zhǔn)一致,均為靜力觸探比貫入阻力Ｐｓ值不得小于1ＭＰａ。
當(dāng)天然地基條件良好時,該承載力標(biāo)準(zhǔn)無可厚非。但上海地區(qū)的地質(zhì)條件卻相對較差,比較突出的是軌道交通的車輛段、停車場,一般均處于城郊結(jié)合部,大多是耕地農(nóng)田,其天然地基承載力約在0.97～0.8ＭＰａ之間,很難達到規(guī)范要求的1ＭＰａ標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)軌道交通與國家鐵路的荷載比較,即地鐵動車16ｔ,輕軌動車14ｔ,國鐵內(nèi)燃機機車23ｔ。荷載比值地鐵為國鐵的70%,輕軌為國鐵的60%。軌道交通的車輛段、停車場路基高度一般均不超過1.5ｍ,因此,軌道交通的路基基床范圍和基底表層所受應(yīng)力以荷載應(yīng)力為主土體自重應(yīng)力為次,僅為國家鐵路的80%左右。
鑒于上海地區(qū)的實際情況和軌道交通本身荷載特點,尤其是車輛段、停車場均為空車、低速的特點。筆者認為,盡管軌道交通的路基基床范圍和基底表層所受應(yīng)力明顯低于國鐵,其區(qū)間正線地面段的天然地基和基底表層檢測標(biāo)準(zhǔn)可以維持規(guī)范要求不變,但車輛段、停車場的檢測標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)予合理降低。建議其靜力觸探比貫入阻力Ｐｓ值按照不得小于0.9ＭＰａ執(zhí)行。
5 結(jié) 論
通過對上海軌道交通土路基的地域和軌道交通特點的分析,簡要概述我國關(guān)于鐵路、地鐵路基標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)展和現(xiàn)狀,針對上海軌道交通相應(yīng)規(guī)范要求與實際困難的差距,結(jié)合工程實踐中相關(guān)問題的解決辦法和實際效果,得出以下幾點個人看法和建議。
(1)上海地區(qū)的土質(zhì)雖然較差,經(jīng)過適當(dāng)改良,完全可以用于軌道交通車輛段和停車場等填土數(shù)量大,承載力要求低的項目中,無須使用外購?fù)?充分利用本地土源。
(2)在軌道交通的車輛段、停車場等基本采用當(dāng)?shù)赝磷魈盍蠒r,建議考慮適當(dāng)降低最優(yōu)含水量。
(3)上海軌道交通路基壓實度控制指標(biāo)非常有必要采用地基系數(shù)Ｋ30,建議在工程實施中地基系數(shù)Ｋ30與壓實系數(shù)試驗結(jié)合使用方更為合理,即采用雙指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。并建議地基系數(shù)Ｋ30試驗僅用于路基基床面層的實測,而分層填筑過程中仍采用壓實系數(shù)試驗。
(4)上海軌道交通正線地面段的天然地基和基底表層檢測標(biāo)準(zhǔn)可以維持規(guī)范要求不變,但車輛段、停車場的檢測標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)予合理降低。建議其靜力觸探比貫入阻力Ｐｓ值按照不得小于0.9ＭＰａ執(zhí)行。
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