分析鐵路改良粉細砂填料應用性能試驗

孫發榮（中鐵二十一局第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引 言

某鐵路工程施工地段，除了表面是薄層黏土外，其他均為粉細砂土質，厚度在10m以上。在施工的局部地段沙丘上還生長著大量的楊樹、柳樹以及梧桐樹等。該鐵路為II級線路且為單線鐵路（正線數目），施工過程中應較大荷載下的重型軌道設計。路基面的標準寬度和路塹標準寬度分別為7.8m和7.4m。圖1展示了路堤標準橫斷面，包括陸地本體、基床底層和基床表層三個部分。

圖1 路堤標準橫斷面示意圖

在《鐵路路基設計規范》TB 10001—2016中有規定說，對于路基基床表層填充材料的選擇，最優的是A組的填充材料，其次是B組的填充材料，而在基床表層以下則可以選擇A組、B組或 C 組類型的填充材料進行填筑。如果在填筑時使用的是砂類的材料，那么其基床底層的相對密度的大小應該為0.75，基于地基系數的K30平板載荷試驗，其大小應超過100MPa/m，基床以下的相對密度和地基系數K30的大小應分別達到0.70和80MPa/m[1]。

對于本工程來說，采用主要成分為粉細砂的填料。粉細砂的填料的優點是比較均勻，但缺點也很明顯，即級配不高，所以按照鐵路施工標準可將其判定為C組類型的填料，不均勻系數和曲率系數分別為2.00和0.77。圖2顯示了粉細砂顆粒大小的分布曲線。粉細砂天然含水率僅占百分之三。最大干密度1.78g/m3，最小干密度1.43g/cm3。級配曲線如圖2所示[2]。

圖2 路基填料粉細砂級配曲線

通過對粉細砂路基填筑的各項條件和指標（主要包括檢測位置、碾壓方式、最大干密度、濕土密度及碾壓遍數等）進行實施與分析，得到了如表1所示的結果。從表1可以知道，最大的干密度為1.78g/cm3，并且不受碾壓機的噸數、碾壓方式以及碾壓變數等因素的影響。當試驗進行第二層填筑時，挖掘機行走和自卸汽車卸土時比較費力，輪胎打滑且逐漸陷入砂里，無法再繼續前行，最終只能將自卸汽車用推土推出。將填料卸在已驗收過的地基或路基壓實層上，利用推土機推平填料，在此過程中已破壞首層，履帶印轍繼續加深，不能再開展進一步的試驗[3]。在進行鐵路建設時，利用粉細砂填料進行填筑往往會出現如下問題：一是即使粉細砂填料的相對密度可以基本符合規范標準，然而K30的試驗值卻與標準的規范要求范圍即基床底層 K30 為 100（MPa/m）以及路堤本體 K30 為 80（MPa/m）差別十分明顯。二是，如何防范對于重載自卸車的陷車問題比較困難自卸車遞進時發生陷車現象，在這種情況下是不應該進入施工地點進行施工的。卸料工作宜布置在運輸及卸料方便的安全邊緣地帶。三是填料較高的路堤不適宜上料[4]。

表1 某鐵路粉細砂路基填筑物理改良試驗段報告表（礫砂:細砂=6:4）

表2 某鐵路粉細砂路基填筑物理改良試驗段報告表（礫砂:細砂=7:3）

對于填料的改良主要可以分為兩大類，一類是物理改良，另一類則是化學改良。通過采取將粗砂、卵石以及礫石等粗顆粒土摻入到泥土中的方式來達到提升顆粒級配的目標，以改善工程性能的物理力學性能，從而達到地基加固的目標。化學改良指的則是土樣分別進行摻固化劑、石灰、水泥等摻合料摻入改良土試驗，進一步提升土體工程性能，達到改良效果。具體而言，一方面是可以對填土的速率加以控制，從而使得路基的相關施工工作安全、穩定的順利進行下去，保證不會出現因施工不當而產生的過大的附加沉降現象；另一方面則是在預測遠期沉降時以沉降觀測相關資料為依據，并以沉降發展的相關速率、趨勢以及剩余沉降量等為根據采取恰當合理的施工措施，從而讓路基的工后沉降量以及沉降速率兩因素都能夠在運行的范圍內[5]。

對于該施工現場來說，其施工地水泥的來源是比較遠的，并且在進行相關改良措施的確認過程中，因施工的工期比較緊張，所以最終在距離線位 10～30千米的位置相關施工單位以及建設單位與政府達成了十幾處土地的使用協議，填料包括礫砂這些A組或者B組的填料。并且在路基DK35+768～DK35+835 段（不受雨水經常沖洗的區域或部位）進行物理改良。采用礫砂與細砂摻拌的形式，在規定的檢測位置和對應的填土層數上進行試驗。體積比分別為 6：4 和 7：3。試驗所得到的密實度、K30 試驗結果如表1、表2所示。

2 改良后應該達到的標準

為加強路基的強度和水穩定性，粉細砂填料經礫砂改良，基床底層的相對密度應超過0.75，K30應超過100MPa/m。而對于基床以下的位置，其相對密度則應該在0.70以上，而相應的地基系數K30需要在80MPa/m以上[6]。

對于粉細砂填料來說，在經過礫砂改良后，主要由孔隙率 n(%)以及地基系數 K30 兩參數控制，其中，基床底層的孔隙率應該在31%以上，地基系數K30則應該在120MPa/m以上，而對于基床以下的空隙率，則需要在32%以上，而對應的地基系數則需要在110MPa/m以上。

3 物理改良試驗結果

物理改良的試驗結果主要體現在以下幾個部分：第一，當礫砂、細砂改良體積比為7：3時，松鋪厚度在 0.3～0.5m范圍內，且振動碾壓機碾壓 6 遍，則其相對密度可以達到0.81～0.86，K30則可以達到112～144MPa/m，都可以滿足基床底層及以下路堤壓實標準。第二，當礫砂、細砂改良體積比為 6：4，松鋪厚度為0.3～0.5米范圍內，且振動碾壓機碾壓為8 遍時，其相對密度在 0.76～0.84范圍內，K30 達到71～84MPa/m，相對密度能滿足基床底層及以下路堤要求。由此，我們可以知道不論是改良土體積比為6：4 的情況下還是在 7：3的條件下，都可以解決施工難點，進一步提高施工的效率[7]。

4 結 語

粉細砂屬于C組類型的填料，填筑后的K30卻不符合相關標準，所以需要進一步的改良；現階段的鐵路施工一般都是采取大型的機械進行作業，而在粉細砂填筑的路基上難以開展有效施工。因此，本文通過摻入不同體積 A、B 組（礫砂或碎石土）填料到粉細砂填料中進行試驗，最后通過結果分析得出此種改良方式能夠在一定條件下增加K30的值，從而在滿足《鐵路路基設計規范》要求的基礎上解決施工方面的難題。可以說，鐵路路基施工是一項復雜的系統工程，要求施工部門和監理部門在施工管理過程中認真負責，及時掌握和運用新工藝、新方法，對現有技術缺陷進行完善和改良，根據實際需要選擇最佳技術方案，從而提升鐵路施工的質量和效益。