中风化花岗岩资源在高速铁路附属工程建设中的应用

陈文祥邹继伯王霏胡清涛赵可昕杨永民

(1 中铁广州局有限公司第三分公司；
2 华南理工大学；
3 仲恺农业工程学院城乡建设学院)

近年来，随着基础设施建设的大力开展和天然河砂的禁采政策，我国混凝土粗骨料碎石和细骨料的天然砂资源越来越少[1-3]。而骨料是混凝土的主要组成材料之一，占比重较大，起骨架和填充作用，对混凝土的各项性能指标具有重要影响。基于此，多数工程采用就地取材的方式，在工程临近的矿山建设石料厂，进行人工骨料的开采和加工，以保证工期和工程成本[4-6]。与天然河砂相比，机制砂开采加工技术成熟，其性能稳定性和质量较高。但由于母岩和原岩中存在软弱夹层，风化变质层中或生产过程中场地上混入的泥土与石粉混在一起等因素，对混凝土性能产生不同程度的负面影响[7-9]。

本文基于广东粤东某新建高速铁路的混凝土工程，为了降低工程成本，确保工期等因素，在项目附近的矿山就地取材，开采和加工人工骨料，但该矿山区域的花岗岩母岩平均表观密度为2.60g/cm3，较普通传统花岗岩密度偏小，母岩的平均抗压强度为62.7MPa，属于中风化花岗岩。通过一系列的工艺和不同强度混凝土制备技术研究，得出可以将中风化花岗岩骨料应用于该工程的附属工程部位混凝土中的结论，最终在该工程附属工程中的排水沟、挡墙、边坡以及铁路过渡段等部位进行了应用，并对应用效果进行了评价，可为同类工程提供参考。

某新建高速铁路前站工程正线总长37.157km，其中路基工程：路基长14.459km/14 段，路基长度全线占比38.92%。桥梁工程：桥梁22.697km/15 座（其中特大桥22.065km/13 座，大桥0.632km/2 座），简支梁共696孔（其中本标段预制架设679 孔，负责SSZQ-2 标段预制架设17 孔），桥梁长度全线占比61.08%。站场工程：陆丰东站。轨道工程：73.496 铺轨公里（仅含双块式无道床铺设施工，其中：路基地段无道床27.466 铺轨公里，桥梁地段无砟道床46.02铺轨公里）。

本工程混凝土用量总计约99 万方，其中桩基混凝土约14 万方、承台混凝土约5.7 万方、墩柱混凝土约6.8 万方、路基工程约40.4 万方、预制梁混凝土约21.1万方、连续梁混凝土1.02万方、其他附属约10万方。其中中粗砂用量76.3万吨，碎石109.1万吨。中风化花岗岩资源主要应用于路基工程的排水沟、挡墙、过渡段和其他附属工程。

2.1 中风化花岗岩资源在排水渠中的应用

为了节省工程成本，本工程路基两边的排水渠以及预制混凝土格栅的混凝土由中风化花岗岩作为粗细骨料制备而成，混凝土强度等级为C25，混凝土格栅采用预制场预制，现场预制拼装。排水渠具体的施工工艺如下：①根据测量放样定出水沟中线，并测量标高计算出水沟开挖深度；
人工配合机械，参照水沟设计断面开挖基槽，清除基槽浮土，夯实基础。②在基坑底部设标高控制桩，浇筑沟槽底板，水沟底板浇筑宽度各放宽10cm，便于墙身模板的加固；
底板混凝土浇筑过程中，底板浇筑范围内不得有积水，混凝土须采用振捣棒捣凅密实。③底板施工完毕后，根据水沟断面、沟顶标高、沟底标高架立槽身模板。④在线间水沟施工过程中，当基础与墙身、墙身与板座分次浇筑混凝土时，需要预埋连接筋，并对混凝土表面进行凿毛处理。⑤水沟施工过程中，在靠近新建线路一侧，基床表层底部，土工膜上方，设置泄水孔。站线设置在沟顶以下25cm 的位置，正线在沟顶以下50cm 的位置设置预埋泄水孔；
泄水孔孔径不小于10cm，纵向间距1.0m。⑥各类模板加固完毕后，经监理和主管工程师检查合格后方可浇筑混凝土，且其浇筑过程中必须逐段分层振捣浇筑。⑦墙身及基础每隔15m 设立一道宽3cm 的沉降缝，沉降缝材料采用泡沫板或沥青木板。⑧混凝土浇筑完毕初凝后对混凝土加以覆盖并保湿养护，常温下养护期不得少于7d。

图1 排水沟

图2 混凝土格栅

2.2 中风化花岗岩资源在挡墙中的应用

本工程路基两边的六角块体和重力式混凝土挡墙由中风化花岗岩作为粗细骨料的混凝土浇筑而成，混凝土强度等级为C35，混凝土六角块体采用预制厂预制成型。具体施工工艺如下：①制定浇筑工艺，明确结构分段分块的间隔浇筑顺序，先浇筑基础混凝土，由于墙身较高，墙身混凝土分两次浇筑完成。②根据结构截面尺寸大小研究确定必要的防温防裂措施。③施工前应仔细检查模板、预埋件的紧固程度。④混凝土浇筑应连续进行，当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或重塑时间。⑤混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣宜采用插入式振捣器垂直点振。⑥混凝土振捣过程中，应避免重复振捣，防止过振。应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况，防止在振捣混凝土过程中产生漏浆。⑦混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，待定浆后再抹第二遍并压光。

图3 混凝土边坡

图4 混凝土挡墙

2.3 中风化花岗岩资源在铁路过渡段中的应用

本工程过渡段由中风化花岗岩作为粗细骨料制备而成，混凝土强度为C50。具体施工工艺如下：①清除填筑料底部范围内及路基顺坡向的浮土杂物，及时整平碾压，压实强度跟基坑回填要求一致。②根据结构截面尺寸大小研究确定必要的防温防裂措施。③支架模板，混凝土浇筑施工前应仔细检查模板、预埋件的紧固程度。④混凝土浇筑应连续进行，当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或重塑时间。⑤混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣宜采用插入式振捣器垂直点振。⑥混凝土振捣过程中，应避免重复振捣，防止过振。⑦混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，待定浆后再抹第二遍并压光。

图5 铁路过渡段

图6 混凝土泵送

通过现场钻芯法对工程应用的部位进行了效果评价。排水渠部位（C25）混凝土、挡墙部位（C35）混凝土以及铁路过渡段（C50）混凝土的芯样如图7～图9所示，现场取芯后进行切割和磨平，进行混凝土抗压强度试验。

图7 排水渠部位混凝土抽芯样品及切样芯样

图8 混凝土挡墙部位混凝土抽芯样品及切样芯样

图9 铁路过渡段部位混凝土抽芯样品及切样芯样

通过对应用工程的部位进行混凝土抗压强度试验结果如表1 所示，试验结果表明，工程应用的混凝土抗压强度全部达到预期的强度等级要求。对于C25 强度等级混凝土，检测结果范围为30.1～31.6MPa，平均值为30.2MPa；
对于C35 强度等级混凝土，检测范围为35.1～45.4MPa，平均值为38.7MPa，过渡段C50 强度等级混凝土，检测范围为51.0～63.8MPa，平均值为57.1MPa。

表1 各个工程部位的混凝土芯样抗压强度

路基工程中排水渠、挡墙和过渡段及其他附属工程砂石用量约30 万吨，中风化花岗岩机制砂用量约10 万吨，中风化花岗岩碎石用量约20 万吨。将中风化花岗岩代替河砂、碎石，河砂现在综合单价约278元/m3，碎石综合单价为250元/m3，中风化花岗岩机制砂综合单价约100元/m3，中风化花岗岩碎石综合单价约97元/m3，节约费用68000×278+130000×250-68000×100+130000×97=31994000（元），所以该技术带来的经济效益约为319.94万元。

⑴利用中风化花岗岩作为粗细骨料成功制备出C25、C35、C50 等级的混凝土，并在路基工程排水渠、挡墙、过渡段及其他附属工程结构中进行了工程应用。

⑵通过对应用工程的部位进行现场钻芯取样检测，三个强度等级的混凝土全部达到设计要求，应用效果良好，且具有显著的经济效益。