干旱地區鐵路粗粒土路基壓實含水率分析

杜文忠

(中鐵三局 第三工程有限公司，太原 030100)

對于鐵路填筑路堤而言，強度高、穩定、密實、低滲透性、低脹縮性和低濕陷性就是所希望的工程特性。眾所周知［1-3］，在同一壓實功作用下，由于土體狀態的不同，所得到的壓實效果存在很大的差異。影響土的壓實效果的因素眾多，其中填料含水率是重要的因素。我國西北地區干旱缺水，合理控制填料的含水率對于路基填筑具有重要的意義。

某新建鐵路工程，線路境內為戈壁荒漠地區，屬干旱大陸性氣候，降雨較少，蒸發量遠大于降雨量，晝夜溫差大，多風沙。線路境內主要為粗顆粒填料。本文通過現場的碾圧試驗，探討路基填筑施工中合理控制含水率的問題，為荒漠地區修建鐵路提供一定的理論依據。

1 工程概況

線路全線總體地勢上南高北低，一般海拔在1 750～1 340 m之間。所經地貌大致可分為低中山丘陵區和沖洪積平原區兩個大的地貌單元。沿線境內分布的特殊巖土主要有黃土、鹽漬土，局部地區地基為軟弱地基。沿線通過地段分布的不良地質現象主要有落石、風沙等。

路基所用填料的基本物理力學特性見表1。由表1可見，線路境內填料主要為粗粒土中的細圓礫土，填料主要為B組填料，完全符合路基本體對路基填料的要求。

表1 試驗段填料基本物理特性

2 碾圧試驗結果及分析

2.1 填料含水率控制分析

一般來說，路基施工時在填料的最優含水率處壓實是最好的，不僅需要的壓實功最小，而且得到的壓實度是最高的。但是線路處于戈壁荒漠區，施工用水運距一般在50 km，大量的用水在施工現場既不經濟，也不環保。對于粗粒土中的礫類土，影響其含水率的重要因素是粗粒土中的細粒含量(粒徑d≤0.075 mm顆粒含量)的多少，如果細粒超過10%，含水率控制便有重要的意義，壓實時就應選擇在最佳或接近最佳含水量處［4-6］。試驗段路基選擇了不同細粒含量的路基填料進行填筑試驗，分析含水率對壓實的影響，試驗結果見表2。

由表2可知，在填料最優含水率附近壓實，壓實效果最好。當填料中細粒含量小于10%時，在低于最優含水率3%～5%時，也得到了較好的壓實度。當填料中細粒含量大于10%時，含水率控制范圍對壓實影響較大，在低于最優含水率3% ～5%時，壓實質量差。對于粗粒土填料的組成，特別是填料中的細粒含量對現場壓實含水率影響很大。西部干旱地區缺水，將填料含水率控制在最優含水率附近是不現實的，會極大增大施工成本。當填料中細粒含量控制在10%以下時，施工中含水率控制在低于最優含水率3% ～5%是最佳的施工方案。

表2 不同細粒含量下壓實度

2.2 施工含水率上限分析

施工現場發現粗粒土填料當含水率過大時，容易出現“彈簧土”現象，使現場填土的密實度和強度都很低。從長遠來看，填筑含水率過大也容易引起路堤的差異沉降，從而增加邊坡失穩的概率［7］。

美國依阿華州交通管理局［8］提出，對于無黏性的粗粒土，為防止其過濕致使壓實度、強度降低，還必須規定填料的施工含水率w上限［9-10］。

式中，ρdmax為填土最大干密度(kg/m3)。

將表1中填料的最大干密度 ρdmax值代入式(1)得到了填料含水率的上限w上限，將其與填料最優含水率比較見表3。

由表3可知，由式(1)確定的填料施工含水率上限w上限與填料的最優含水率相差不多，總體趨勢是小于最優含水率。為防止施工中出現“彈簧土”現象，應嚴格控制含水率，嚴禁填料含水率大于施工含水率上限w上限。當施工中出現“彈簧土”時，應采取將“彈簧土”挖出運走，換填含水率合適的填料。

表3 含水率上限與最優含水率比較

3 結論

1)對于粗粒土，填料含水率的控制完全取決于填料中細顆粒含量的多少，當填料中細粒含量低于10%時，填料含水率對壓實效果影響一般。

2)西部干旱地區施工時，建議將填料含水率控制在低于最優含水率3%～5%時壓實。

3)嚴禁填料的含水率大于填料的施工含水率上限，對于施工中出現的“彈簧土”，應采取將“彈簧土”挖出運走，換填含水率合適的填料。

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