細角礫土用于高速鐵路路基填料的適用性研究

居治安，王　婧（.中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江　524005；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東廣州　50230；3.中交交通基礎工程環保與安全重點實驗室，廣東廣州　50230）

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細角礫土用于高速鐵路路基填料的適用性研究

居治安1，王婧2，3
（1.中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江524005；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東廣州510230；3.中交交通基礎工程環保與安全重點實驗室，廣東廣州510230）

摘要鐵路建設工程的快速發展帶來路基填料資源匱乏的難題。本文以滇南地區的高速鐵路項目為依托，對細角礫土開展工程特性研究，設立現場對比試驗區，通過現場路基壓實試驗，確定攤鋪系數、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實的速度和遍數等工藝參數。同時，對其壓實指標進行檢測，與粗粒含量較高的A，B組填料路基壓實效果進行比較分析，評估滇南地區高速鐵路路基填料的適用性，提出細角礫土填筑路基的改良措施。

關鍵詞細角礫；高速鐵路；路基填料；適用性；施工工藝

填料最大粒徑對于保證路基工程質量起著重要作用。填料顆粒粒徑太大，不易碾壓均勻，易導致路基出現不均勻沉降、水囊和不穩定的滑動面等病害；顆粒粒徑過小，路基的水穩性差，遇水易產生病害。因此，路基填筑的理想填料是水穩性好和級配良好的粗粒土。這樣既可減少工后沉降，又有較高的安全儲備以保證路基的穩定，并可避免產生病害［1-2］。在《鐵路路基設計規范》（TB 1001—2005）中，對基床填料做了詳細的規定，所謂的A，B組填料涵蓋的范圍較廣，從巨粒土到粗粒土，滿足其細粒含量和顆粒級配的土多達幾十種，但對各類型的A，B組填料能否滿足高速鐵路路基填料的壓實標準、強度、水穩定性以及滲透性等要求，卻未作統一說明［3-4］。顯然，巨粒土與粗粒土中的A，B組填料工程特性存在區別，以致填筑工藝技術、壓實效果及長期穩定性方面也有所不同［5-6］。

新建云桂高速鐵路云南段3標段地處滇南文山自治州廣南縣，屬山地高原的丘陵地區，細角礫土資源頗為豐富。本文以滇南地區的高速鐵路項目為依托，對細角礫土開展工程特性研究，設立現場對比試驗區，通過現場路基壓實試驗，開發并形成細角礫土填筑路基的改良工藝技術，并確定其工藝參數如攤鋪系數、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實的速度和遍數等，對其壓實指標（如地基系數、動態變形模量等）進行檢測，與粗粒含量較高的A，B組填料路基壓實效果進行比較分析，從而評估滇南地區高速鐵路路基填料的適用性。

1　細角礫土級配分析

根據我國鐵路路基設計規范中規定的填料分類標準，以及填料顆粒級配標準，對填料進行顆粒分析試驗，從而確定填料中的各粒徑級別顆粒的含量，為填料的分類、命名及分組提供依據，并根據相應鐵路設計規范確定填料在鐵路路基中的適用情況。因此本研究先對角礫土填料進行篩析法顆粒分析，分析結果見圖1。

圖1　填料顆粒粒徑級配曲線

級配曲線表明：d60= 5. 2 mm，d30= 0. 56 mm，d10= 0. 26 mm（d60，d30，d10分別為級配曲線上相應于60％，30％，10％含量的粒徑），不均勻系數Cu= d60/d20= 20. 0＞5，曲率系數Cc= d230/（d10×d60）= 0. 2≠1～3。加之該土粒徑＞2 mm顆粒的質量超過總質量的50％，且填料顆粒以尖棱狀為主，細粒含量（d≤0. 075）為0. 5％＜5％。依據填料級配判定標準，該填料級配不良，屬于B組填料。

《高速鐵路設計規范（試行）》（TB 10020—2009）規定：高速鐵路路基基床底層采用A，B組填料或改良土填筑。本填料屬B組碎石類細角礫土填料，按規范要求需要符合壓實性能要求，才可用于高速鐵路基床底層和基床以下路堤的填筑。

2　路基試驗段施工工藝

基床以下路堤，填筑按“三階段、四區段、八流程”的工藝組織施工，如圖2所示。

圖2　基床以下路堤填料施工工藝

路基填筑前，采用靜力觸探儀對地質情況進行復核（應符合設計要求）。試驗段路基采用水平分層法填筑，即按照橫斷面全寬分成水平層次向上填筑。每填一層，經檢測符合設計及驗標要求之后再填上層。

路基填筑時采用在兩端立桿引樁的保護措施，隨時控制并恢復試驗段中線，確保中線準確，邊線比設計線寬出50 cm。為確定最佳的松鋪厚度，采用網格布料法控制填料的松鋪厚度，本路基試驗段以30，35，40，45 cm 4種松鋪厚度進行攤鋪，用載料20 m3的自卸車裝運，每個網格均勻攤鋪一車。與不同松鋪厚度相對應的網格尺寸見表1。

表1　不同松鋪厚度所對應的網格尺寸

上料結束后，用推土機及平地機攤鋪，人工配合找平，測量各網格交叉點的高程，記為本層的平均松鋪高程。松鋪厚度采用掛線施工，填料時用竹簽做標記并拉線，用插入法和邊樁輔助進行控制。采用26 t重型振動壓路機碾壓，對于沉降觀測樁周圍壓實層分2次夯擊壓實，每層松鋪約20 cm，夯實6遍，對局部“集料窩”人工配合補充料源夯實。

3壓實標準及檢測頻率

3. 1壓實標準

路基填筑的壓實質量控制標準見表2。

表2　路基填筑壓實質量控制標準（A，B組填料）

3. 2檢測頻率

基床以下路堤沿線路縱向連續長度每100 m檢測壓實層壓實系數，每壓實層檢測壓實系數6點，其中路基左、右距邊線1 m處各2點，路基中部2點；每填高約90 cm（3層）檢測地基系數4點，其中距路基邊線2 m處左、右各1點，路基中部2點。

基床底層沿線路縱向連續長度每100 m每填高約90 cm（3層）抽樣檢測動態變形模量Evd各4點，其中距路基邊線2 m處左、右各1點，路基中部2點；基床底層壓實系數K和地基系數K30的檢測頻率同基床以下路堤。

4試驗及檢測數據分析

在DK461 + 330—DK461 + 485段，進行路基基床底層填筑工藝性試驗。通過現場路基壓實試驗，形成細角礫土填筑路基的工藝技術，并確定其工藝參數如攤鋪系數、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實的速度和遍數等。

4. 1碾壓工藝試驗

本路基填筑所使用的填料為麻栗樹華銀山石場生產的細角礫土，通過表面振動壓實法測定其最大干密度，并通過現場碾壓試驗確定最佳含水率。在DK461 +330—DK461 + 485區段基床底層進行碾壓工藝試驗時，松鋪厚度按40 cm控制。

4. 1. 1碾壓組合方式

按先兩側后中間，先靜壓后弱振再強振后靜壓的方式碾壓。確保縱向和橫向排水坡面的平整，使平整度嚴格控制在驗標允許范圍內。在通過現場試驗調整的含水率范圍內及相同的松鋪厚度下，通過現場檢測壓實系數K、地基系數K30和動態變形模量Evd，確定最佳的碾壓工藝參數。本試驗段路基壓實采用26 t振動壓路機，強振的振動頻率為27 Hz，激振力為405 kN；弱振的振動頻率為32 Hz，激振力為290 kN，壓路機的速度控制在3～4 km/h。本次的碾壓組合方式如下述。

碾壓組合方式a：靜壓1遍+弱振2遍+強振1遍+靜壓1遍，共5遍；

碾壓組合方式b：靜壓1遍+弱振2遍+強振2 遍+靜壓1遍，共6遍；

碾壓組合方式c：靜壓1遍+弱振2遍+強振3遍+靜壓1遍，共7遍；

碾壓組合方式d：靜壓1遍+弱振2遍+強振4 遍+靜壓1遍，共8遍。

4. 1. 2檢測數據統計及分析

選取DK461 + 330—DK461 + 485基床底層第3層進行碾壓工藝試驗，檢測結果見表3、表4、表5。

表3　碾壓方式對壓實系數K的影響

表4　碾壓方式對地基系數K30的影響　MPa/m

表5　碾壓方式對動態變形模量Evd的影響　MPa

由表3～表5可知，當采用碾壓方式a時（碾壓5遍），檢測數據大部分不合格，只有個別能達到要求；采用碾壓方式b時（碾壓6遍），檢測數據均能達到驗標要求，相比碾壓5遍，各項指標呈明顯增長趨勢；當采用碾壓方式c（碾壓7遍）和碾壓方式d（碾壓8遍）時，壓實系數K、地基系數K30及動態變形模量Evd均完全滿足驗標要求，但這3項指標均呈微弱增長趨勢。在確保填筑質量的前提下，綜合經濟方面的考慮，確定碾壓方式b為基床以下路堤進行施工的最佳組合，即：靜壓1遍+弱振2遍+強振2遍+靜壓1遍。通過現場碾壓試驗，當細粒含量較高的A組份細角礫土，其含水率控制在4. 3％～5. 0％的范圍時，路基壓實質量能滿足驗標要求。

4. 2攤鋪厚度工藝試驗

在基床底層第2層、第4層、第5層、第6層分別采取不同的攤鋪厚度進行碾壓，每層的松鋪厚度見表6。

攤鋪試驗按碾壓組合方式b（靜壓1遍+弱振2 遍+強振2遍+靜壓1遍）進行碾壓，填料含水率控制在4. 3％～5. 0％的范圍內，試驗檢測結果見表6～表8。

表6　松鋪厚度對壓實系數K的影響

表7　松鋪厚度對地基系數K30的影響　MPa/m

由表6～表8的數據可知，隨著填料松鋪厚度的增加，壓實系數K、地基系數K30和動態變形模量Evd均呈減小趨勢，但松鋪厚度超過40 cm后這3項指標的檢測結果明顯減小。松鋪厚度為30，35，40 cm（松鋪系數分別為1. 50，1. 52，1. 38）時，基床底層路基K，K30和Evd均能達到合格標準；松鋪厚度為45 cm（松鋪系數為1. 36）時，3項指標的檢測結果均不合格。綜合試驗數據和現場實際情況，基床底層填料的松鋪厚度選用40 cm，壓實層厚度為29 cm，松鋪系數為1. 38。

表8　松鋪厚度對動態變形模量Evd的影響　MPa

5　結論

現場采用滇南細角礫土進行基床底層施工較為適宜，施工應采取以下措施達到最佳效果。

1）基床底層最佳的碾壓組合方式為：靜壓1遍+弱振2遍+強振2遍+靜壓1遍。

2）松鋪厚度直接影響路基填筑的壓實質量。若松鋪厚度過大，壓實質量不易達到合格標準；松鋪厚度過小，不僅增加工程成本，而且在攤鋪及碾壓的過程中容易造成填料離析，出現大量的集料窩，額外增加施工難度。對細角礫土路基填料，采用松鋪厚度為40 cm進行填筑。

3）填料施工含水率控制范圍在4. 3％～5. 0％時，壓實質量能達到標準要求，因此類填料細粒含量較多，雖容易碾壓密實，但其滲水性比較差。當降雨較多時，其含水率快速增加，要經過長時間的晾曬，填料含水率降到合格范圍后方能填筑，勢必影響路基填筑進度。

參考文獻

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（責任審編孟慶伶）

Suitability Study of Fine Breccia Soil Used as Filling Material for High Speed Railway Subgrade

JU Zhian1，WANG Jing2，3
（1. The Third Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.，Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524005，China；2. CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510230，China；3. CCCC Key Laboratory of Environmental Protection & Safety in Foundation Engineering of Transportation，Guangzhou Guangdong 510230，China）

AbstractT he rapid development of railway construction project brings such difficult problems as resource lack of subgrade filling material. Based on high speed railway project in southern Yunnan，the engineering properties of fine breccia soil were studied. T hrough setting a contrast field test area and field subgrade compaction experiments，the technological parameters such as spreading coefficient，loose paving thickness，optimum water content，compaction speed and times were determined. T he compaction indexes were detected，and the subgrade compaction effects were analyzed compared to A and B group with material of high coarse grain content. T he suitability of high speed railway subgrade filling material in southern Yunnan was evaluated and the improved construction technology measures of fine breccia soil used as subgrade filling material were put forward.

Key wordsFine breccias；High speed railway；Subgrade filling material；Suitability；Construction technology

中圖分類號U214. 1+1

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 25

文章編號：1003-1995（2016）06-0092-04

收稿日期：2015-12-04；修回日期：2016-02-25

基金項目：中交第四航務工程局有限公司基礎科技研發項目（Y2014B25）

作者簡介：居治安（1970—），男，高級工程師，碩士。