沙漠地區(qū)浸水路基換填料試驗研究

曹強強

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

1 工程概況

《鐵路路基設計規(guī)范》（TB 10001—2016）中有“一般路基浸水后會引起路基填料軟化、強度降低，致使路堤自產生沉降或邊坡發(fā)生溜塌等病害”的說明，要求經常或間歇受水浸泡部位采用滲水土填筑。對于客貨共線鐵路，為降低投資，對滲水土填料來源困難的僅對長期浸水部位采用滲水土填筑。蒙華鐵路為貨運專線，補勘期間設計及業(yè)主研究選定換填方案時因追加投資較大，故在換填滲水土及換填C組土（風積砂）兩個方案之間進行比選。

以新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道工程MHTJ-1標段二工區(qū)浸水路基地基處理施工為例，選定DK87+900～DK88+100段浸水路基作為水洼地松軟地基處理試驗的典型段落，如圖1所示。該段路基位于丘間洼地，由于地下水水位上升，地表局部積水，水位隨季節(jié)變幅較大。地表水主要來源為大氣降水補給。地下水的賦存受地形、地貌、地質構造、地層巖性等因素控制，同時受氣象、水文因素影響。砂類土為主要含水層，水位埋深較淺，總體富水性較強，黃褐色、松散、飽和、夾細砂，含植物根系及腐殖質，層底深0.6～0.8m、厚0.6～0.8m；其下為粉土，褐灰色、稍密、飽和，含腐殖質，地基承載力σ0=80kPa，層底深0.6～2.6m、厚0.5～2.0m；下為細砂，灰黑色、稍密、飽和，地基承載力σ0=210kPa。

2 實施方案

（1）沿線路方向選取兩個段落，以路基左側本體線位為界，分抽水和不抽水兩種工況劃分四個區(qū)域，進行浸水路基換填滲水土及C組土（風積砂）試驗。四種工況下試驗段段落劃分如表1所示。

圖1 浸水段落路基基底挖探

（2）抽水段落基坑開挖明排抽水后分層填筑滲水土和C組土，不抽水段落基坑開挖后直接一次性填筑滲水土和C組土。填筑過程中及填筑完成后采集相對密度Dr、地基系數K30、抗剪強度Ps、承載力等一系列試驗數據驗證填筑質量是否合格。

3 四種工況方案實施及試驗數據采集

3.1 方案實施情況

四種工況下各試驗段挖除軟土換填施工情況基本參數如表2所示。

3.2 試驗數據采集

（1）試驗項目及合格指標。抽水完成后進行基底承載力檢測，每層填土完成回水前后進行填土層壓實度（相對密度Dr及地基系數K30）及承載力檢測；填土完成后采用平板荷載試驗儀進行承載力檢測，采用單橋靜力觸探儀進行抗剪強度指標監(jiān)測。試驗數據合格指標如表3所示。

（2）試驗數據采集。根據方案開展試驗段施工，同時采集四種工況下試驗數據分別進行匯總對比、統(tǒng)計分析。四種工況下基坑開挖后基底承載力試驗檢測數據如表4所示。

表1 試驗段段落劃分表

（3）試驗數據反饋結果。

工況一：DK87+900～DK87+920路基本體采用抽水換填滲水土，受基底少量積水及碾壓擾動等影響第1、2層檢測數據不滿足規(guī)范要求；第3層及以上層填筑后檢測數據趨于穩(wěn)定，試驗數據揭示檢測質量趨于良好；第4層及以上層填筑完畢回水前后進行試驗檢測，質量滿足規(guī)范要求，但較回水前相比質量檢測指標略有下降。

表2 試驗段施工基本參數統(tǒng)計表

表3 試驗檢測數據合格指標表

表4 基底承載力指標檢測統(tǒng)計表（標準貫入）

工況二：DK87+900～DK87+920路基本體采用抽水換C組土，第1、2、3層檢測數據受基底少量積水、漫水和水回滲較快等影響，無法進行試驗檢測；第4、5、6層填筑完畢后進行試驗檢測，檢測指標不滿足規(guī)范要求；第7層及以上層填筑完畢回水前后進行試驗檢測，質量滿足規(guī)范要求，但較回水前相比質量檢測指標下降。

工況三：DK88+090～DK88+100路基本體采用不抽水換填滲水土，因水面以下無法實現分層填筑，填筑完成后進行試驗檢測，其中相對密度Dr檢測6個點，5個合格；地基系數K30檢測4個點，1個合格。

工況四：DK88+090～DK88+100路基本體采用不抽水換填C組土（風積砂），因水面以下無法實現分層填筑，填筑完成后進行試驗檢測，其中相對密度Dr檢測6個點，1個合格；地基系數K30檢測4個點，1個合格。

4 試驗結果對比分析結論

4.1 試驗結果對比分析

（1）工況一抽水填筑滲水土方案：表層承載力可達260kPa，說明填筑質量遠好于不抽水填筑滲水土；由于底部約0.1m水無法抽干加之回水，導致前兩層（約0.7m）填筑過程無法進行檢測，第三層及以上均能滿足設計要求；平板荷載試驗數據指標合格。

（2）工況二抽水填筑風積砂方案：由于底部約0.1m水無法抽干加之回水，導致前三層（約1m）填筑過程無法進行檢測，質量無法控制；第3～6層（1.9m深度范圍）受水位影響，Dr、K30檢測不滿足規(guī)范要求；其上各層質量檢測滿足要求；通過標準貫入測試承載力，回水前后標準貫入擊數基本無差異，顯示前6層承載力不滿足要求；平板荷載試驗數據指標不合格。

（3）工況三不抽水填筑滲水土方案：填筑過程質量無法控制；填筑完成后表層承載力通過動探檢測達180kPa，滿足要求；填筑深度承載力待平板荷載試驗進一步驗證；平板荷載試驗數據指標不合格。

（4）不抽水填筑風積砂方案：填筑過程質量無法控制；填筑完成后通過標準貫入檢測各層承載力均不滿足設計要求；平板荷載試驗數據指標不合格。

試驗數據揭示，C組土（風積砂）作為路基填料在遇水或浸水情況下抗剪強度指標有所下降，會引起路基填料軟化，不適宜作為長期浸水段路基換填料。

4.2 試驗結論

由于長期浸泡、春融凍脹、水位變化造成的細顆粒流失和回流等因素，均會改變土體的抗剪強度指標，無法判斷路基的長期穩(wěn)定性；風積砂填料長期浸泡后同水洼地地基類似，形成松軟地基，輕則導致路基邊坡發(fā)生溜塌病害，重則造成路堤整體產生剪切破壞而失穩(wěn)；若采用風積砂填筑，由于風積砂細粒含量較多，對凍脹較為敏感，且沙漠地區(qū)一年四季水位變化較大，水位降低會造成細顆粒流失，地基附加應力增加，路基沉降量加大。

綜上所述，路堤基底位于地下水位以下部分受水長期浸泡時，應選擇滲水土作為填料。

5 結束語

試驗研究關于沙漠地區(qū)浸水路基需采用抽水分層填筑滲水土方案的結論得到了由中國國家鐵路集團有限公司工管中心等組成的專家組的論證認可，項目據此順利展開浸水路基變更，使得零星分散于線路的浸水路基段落整合成段，促進了路基填筑得以快速高效施工，為快速完成路基主體工程施工及鋪架節(jié)點的及時完成打開了局面。同時沙漠地區(qū)浸水路基換填料試驗相關研究成果亦將為其他類似地質條件的浸水路基換填項目提供可供參考的理論依據及實踐指導。