采用勘察方法检测铁路桥涵台背填土的组成及压实状况

前言

铁路桥涵台背填土的组成及压实指标应按设计文件及施工规范要求进行分层填筑压实，其检测是按相应的规范、规程及标准在施工过程中完成。由于台背回填区域施工空间狭窄，大型压实机具的使用受到限制，施工中往往采用小型夯实机具进行施作，很难达到压实指标要求；另外，由于填土施工过快，没有严格按分层填筑、碾压、检测进行施工，造成压实指标达不到标准要求；最终导致回填区域填土不稳定，工后超限沉降大，且不均匀。台背回填区域填土属于隐蔽工程，对于发生超限沉降及变形问题，责任方较难认定。

对已施工完成的回填区域填土的检测，目前尚无统一的规范、规程及标准可循。本文按照或参照现行有效的国家及行业勘察、土工试验规范、规程及标准，采用勘察方法，对已施工完成且发生严重不均匀超限沉降的桥涵台背填土进行检测，定性地评价回填区域填土状况，为加固处理方案提供指导依据。

二、勘察执行的主要规范、规程及标准

1.《铁路工程岩土分类标准》TB 10077-2001、J123-2001

2.《铁路工程地质勘察规范》TB 10012-2007、J124-2007

3.《铁路工程地质原位测试规程》 TB 10018-2003、J261-2003

4.《铁路工程地质钻探规程》TB 10014-2012、J1413-2012

5.《铁路工程土工试验规程》TB 10102-2004

6.《铁路路基设计规范》 TB10001-2005

7.《铁路工程地基处理技术规程》TB10106-2010 、J1078-2010

8.《岩土工程勘察规范》（2009年版）GB 50021-2001

9.《高速铁路设计规范》（试行）TB10621-2009及《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》铁建设（2005）140号文过渡段相关要求

三、勘察方法

根据桥涵台背回填区域填土设计及施工采用分层填筑级配碎石（水泥掺入量5%）至桥涵混凝土结构顶齐平（地基系数K30≥150MPa/m，孔隙率n=28%），其上为三七灰土（28天抗压强度不小于0.7MPa），采用与之相适宜的勘察方法如下：

1．钻探：采用油压XY-130型钻机。用于鉴定填土名称、颜色、组成、密实程度、塑性状态、充填物等情况；采取原状土样和扰动土样、进行孔内重型（N63.5）动力触探及标准（N63.5）贯入试验原位测试等。

2．原位测试

1）重型（N63.5）动力触探试验：试验设备主要由触探头、触探杆和穿心锤三部分组成；采用自动落锤装置，穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，探杆直径42mm，探头直径74mm，锥角60度。用于对级配碎石填料进行重型（N63.5）动力触探试验测试，采用连续贯入的方法，每贯入10cm记录其相应的击数。

2）标准（N63.5）贯入试验：试验设备主要由刃口型的贯入器靴、对开圆筒式贯入器身和贯入器头三部分组成；采用自动落锤装置，穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，探杆直径42mm。用于对灰土填料进行标准（N63.5）贯入试验测试，采用每次贯入45cm的方法，预贯入15cm后，再记录贯入30cm相应的击数。

3．室内试验：依据《铁路工程土工试验规程》TB10102-2004、《高速铁路设计规范》（试行）TB10621-2009及《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》铁建设（2005）140号文过渡段相关要求进行试验。

四、勘探工作量布置及完成情况

在桥涵台背两侧回填区域各布置钻探4孔，钻孔间距5m，孔深至填土底以下1m。完成的勘探工作量见下表：

完成的勘探工作量

工作

内容 钻探（m/孔） 标准贯入试验（处） 重型动力触探（处） 室内试验

扰样（个）

（级配碎石） 原状土样（组）

（灰土）

工作量 90.7m/8孔 11 77 5 7

五、级配碎石参数力学指标统计

级配碎石参数力学指标统计是按《铁路工程地质勘察规范》B10012-2007、J124-2007有关公式进行数理统计。通过对单孔同层级配碎石参数力学指标分类汇总、对比、分析数据离散原因、剔除异常数据进行数理统计。统计个数不足6个时，统计结果给出统计个数、最大值、最小值、平均值及推荐值；统计个数为6个及以上时，统计结果给出统计个数、最大值、最小值、平均值、标准值、变异系数、修正系数、推荐值。

六、级配碎石密实程度确定

本次勘察分别采用《铁路工程岩土分类标准》及《岩土工程勘察规范》（2009年版）对碎石类土（级配碎石）密实程度的划分及分类原则，通过对现场采集的重型（N63.5）动力触探原位测试数据结合钻探情况分析对比，综合确定级配碎石的密实程度。

依据《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001、J123-2001“碎石类土密实程度的划分”对碎石类土（级配碎石）密实程度进行划分。其碎石类土密实程度是按结构特征、天然坡和开挖情况、钻探情况划分为松散、稍密、中密及密实四种程度。按结构特征分析，骨架颗粒交错愈紧密、愈连续接触、孔隙愈填满，密实程度愈趋于密实；按天然坡和开挖情况分析，边坡愈稳定、镐挖掘愈困难，密实程度愈趋于密实；按钻探情况分析，钻进愈困难，密实程度愈趋于密实，反之，密实程度愈趋于松散。

依据《岩土工程勘察规范》（2009年版）GB 50021-2001“碎石土密实度按N63.5分类”（见下表），对碎石土（级配碎石）密实程度进行分类。

碎石土密实度按N63.5分类

重型动力触探锤击数N63.5 ≤5 5 ＜N63.5≤ 10 10 ＜N63.5≤ 20 ＞20

密实度 松散 稍密 中密 密实

碎石土密实度是按重型（N63.5）动力触探（修正后）锤击数分类为松散、稍密、中密及密实四种密实度。从表中数值分析，重型（N63.5）动力触探锤击数愈大，密实度愈趋于密实，反之，密实度愈趋于松散。

《铁路工程岩土分类标准》与《岩土工程勘察规范》（2009年版）对碎石类土密实程度的划分及分类，尽管内容有所不同，但两者的划分及分类对碎石类土密实程度的确定趋势是一致的。

本次在钻孔内不同深度对级配碎石共进行77处重型（N63.5）动力触探原位测试，根据测试结果确定级配碎石密实程度：稍密47处（占61%）、中密23处（占30%）、密实7处（占9%）；与钻进难易程度确定的级配碎石密实程度分布范围基本相符。

七、灰土塑性状态确定

塑性状态是反映黏性土在不同含水量时的表现状态。由于目前对灰土塑性状态的划分没有规范、标准可循，考虑灰土与黏性土性质相近，本次检测参照《铁路工程地质原位测试规程》TB10018-2003、J261-2003“黏性土的塑性状态”（见下表），对灰土塑性状态进行划分。

黏性土的塑性状态划分

N(击/30cm) ≤2 2＜N≤ 8 8 ＜N≤ 32 ＞32

塑性状态 流塑 软塑 硬塑 坚硬

塑性状态根据标准（N63.5）贯入试验锤击数划分为流塑、软塑、硬塑、坚硬状态。从表中数值分析，标准（N63.5）贯入试验锤击数愈大，塑性状态愈趋于坚硬；反之，塑性状态愈趋于流塑。

本次在钻孔内不同深度对灰进行11处标准（N63.5）贯入试验原位测试，根据测试结果确定灰土塑性状态：软塑7处（占64%）、硬塑3处（占27%）、坚硬1处（占0.9%）。

八、室内试验

1.级配碎石试验

1）级配碎石颗粒组成

本次对钻孔内采取的5个级配碎石扰动土样按过渡段碎石粒径级配相关要求进行颗粒组成试验，其结果见“过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表”如下：

过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表

勘探孔编号：ZD-01取样深度：2~5m

级配 编号 通过筛孔（mm）质量百分率（%）

50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075

1 100

(100) 90～100

(98.6) ―

―

60～90

(71.4) ―

30～65

(51.2) 20～50

(41.2) 10～30

(28.3) 2～10

(21.7)

2 ― 100

(98.6) 95～100

(90.4) ―

60～90

(71.4) ―

30～65

(51.2) 20～50

(41.2) 10～30

(28.3) 2～10

(21.7)

3 ―

―

100

(90.4) 95～100

(78.3) ―

50～80

(59) 30～65

(51.2) 20～50

(41.2) 10～30

(28.3) 2～10

(21.7)

注：括号内数据为试验室颗粒组成含量数据。

过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表

勘探孔编号：ZD-03取样深度：5~8m

级配编号 通过筛孔（mm）质量百分率（%）

50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075

1 100

90～100

(100) ―

―

60～90

(73.8) ―

30～65

(50.2) 20～50

(42.5) 10～30

(28.9) 2～10

(21.4)

2 ―

100

(100) 95～100

(91.1) ―

60～90

(73.8) ―

30～65

(50.2) 20～50

(42.5) 10～30

(28.9) 2～10

(21.4)

3 ―

―

100

(91.1) 95～100

(81.1) ―

50～80

(58.5) 30～65

(50.2) 20～50

(42.5) 10～30

(28.9) 2～10

(21.4)

注：括号内数据为试验室颗粒组成含量数据。

过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表

勘探孔编号：ZD-05取样深度：2~6m

级配编号 通过筛孔（mm）质量百分率（%）

50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075

1 100

(100) 90～100

(96.8) ―

―

60～90

(70.6) ―

30～65

(48.9) 20～50

(38.5) 10～30

(25.2) 2～10

(18.8)

2 ―

100

(96.8) 95～100

(83.3) ―

60～90

(70.6) ―

30～65

(48.9) 20～50

(38.5) 10～30

(25.2) 2～10

(18.8)

3 ―

―

100

(83.3) 95～100

(78.1) ―

50～80

(57.9) 30～65

(48.9) 20～50

(38.5) 10～30

(25.2) 2～10

(18.8)

注：括号内数据为试验室颗粒组成含量数据。

过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表

勘探孔编号：ZD-07 取样深度：6~10m

级配编号 通过筛孔（mm）质量百分率（%）

50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075

1 100

(100) 90～100

(97.9) ―

―

60～90

(75.2) ―

30～65

(56.3) 20～50

(44.2) 10～30

(29.9) 2～10

(22.8)

2 ―

100

(97.9) 95～100

(90.2) ―

60～90

(75.2) ―

30～65

(56.3) 20～50

(44.2) 10～30

(29.9) 2～10

(22.8)

3 ― ―

100

(90.2) 95～100

(82.1) ― 50～80

(64.0) 30～65

(56.3) 20～50

(44.2) 10～30

(29.9) 2～10

(22.8)

注：括号内数据为试验室颗粒组成含量数据。

过渡段碎石粒径级配范围汇总对比表

勘探孔编号：ZD-08 取样深度：6~11m

级配编号 通过筛孔（mm）质量百分率（%）

50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075

1 100

90～100

(100) ―

―

60～90

(89.6) ―

30～65

(71.4) 20～50

(57.6) 10～30

(37.3) 2～10

(27.1)

2 ―

100

(100) 95～100

(97.4) ―

60～90

(89.6) ―

30～65

(71.4) 20～50

(57.6) 10～30

(37.3) 2～10

(27.1)

3 ―

―

100

(97.4) 95～100

(91.7) ―

50～80

(85.4) 30～65

(71.4) 20～50

(57.6) 10～30

(37.3) 2～10

(27.1)

注：括号内数据为试验室颗粒组成含量数据。

从以上表中对比数值可以看出，5个级配碎石样品部分粒径级配均超出范围，特别是≤0.075 mm粒径级配超标严重，属级配不良，不符合相关要求。

2）级配碎石颗粒中针状及片状碎石含量试验

本次对钻孔内采取的5个级配碎石扰动土样进行颗粒中针状及片状碎石含量试验，其结果见“颗粒中针状及片状碎石含量汇总表”如下：

颗粒中针状、片状碎石含量汇总表

勘探孔编号 ZD-01 ZD-03 ZD-05 ZD-07 ZDz-08

取样深度（m） 2～5 5～8 2～6 6～10 6～11

针片状含量（%） 0.3 0 0 0.3 1.5

从表中数值可以看出，5个级配碎石样品颗粒中针状、片状碎石含量试验结果为0.0~3.0%，满足规范要求的颗粒中针状、片状碎石含量不大于20%。

3）级配碎石粘土团含量试验

本次对钻孔内采取的5个级配碎石样品进行粘土团含量试验，其结果见“粘土团含量汇总表”如下：

粘土团含量汇总表

勘探孔编号 ZD-01 ZD-03 ZD-05 ZD-07 ZD-08

取样深度（m） 2～5 5～8 2～6 6～10 6～11

粘土团含量（%） 10.1 7.9 9.3 17.4 23.7

从表中数值可以看出，5个级配碎石样品粘土团含量试验结果为7.9~23.7%，均超过规范要求的粘土团含量不得超过2%。

2.灰土试验

本次在钻孔内共采取7组灰土原状土样进行无侧限抗压强度试验，其结果见“灰土无侧限抗压强度汇总表”如下：

灰土无侧限抗压强度汇总表

勘探孔编号 ZD-01 ZD-02 ZD-03 ZD-04 ZDz-05 ZD-07 ZD-08

取样深度（m） 0.5 0.9 0.7 1.2 0.6 1.5 1.7

抗压强度（MPa） 0.1 0.07 0.08 0.27 0.09 0.22 0.24

从表中数值可以看出，7组灰土原状土样无侧限抗压强度值为0.07~0.24MPa，均低于设计（抗压强度值不小于0.7MPa）要求；与标准（N63.5）贯入试验锤击数确定的灰土塑性状态分布的范围基本相符。

九、结论及建议

1．结论：根据钻探、原位测试及室内试验结果，桥涵台背回填区域级配碎石填料属于级配不良、密实程度差，灰土整体强度低，主要检测项目不能满足设计及相关规范、规程及标准要求。由于回填区域土体结构不稳定、强度小、压缩变形大，是造成不均匀超限沉降的直接原因。

2．建议：对桥涵台背回填区域进行注浆加固处理。加固处理后的回填区域仍按此检测方法进行复检，目的是检测注浆加固效果。

十、几点说明

1．尽管级配碎石填料压实指标地基系数K30及孔隙率n与重型（N63.5）动力触探原位测试确定的级配碎石密实程度之间没有关系式可循，但其反映土体密实程度的趋势是一致的，即地基系数K30愈大及孔隙率n愈小，密实程度也就愈趋于密实。

2．由于受钻探钻进、重型（N63.5）动力触探及标准（N63.5）贯入试验锤击等机械破碎影响，孔内采取的送验级配碎石样品与现场填筑的级配碎石在颗粒粒径上会有所不同，影响级配碎石颗粒组成试验数据的结果。

作者简介：朱文宗，现就职铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，从事铁路工程地质勘察工作30年。