干旱地区铁路粗粒土路基压实含水率分析

杜文忠

(中铁三局 第三工程有限公司，太原 030100)

对于铁路填筑路堤而言，强度高、稳定、密实、低渗透性、低胀缩性和低湿陷性就是所希望的工程特性。众所周知［1-3］，在同一压实功作用下，由于土体状态的不同，所得到的压实效果存在很大的差异。影响土的压实效果的因素众多，其中填料含水率是重要的因素。我国西北地区干旱缺水，合理控制填料的含水率对于路基填筑具有重要的意义。

某新建铁路工程，线路境内为戈壁荒漠地区，属干旱大陆性气候，降雨较少，蒸发量远大于降雨量，昼夜温差大，多风沙。线路境内主要为粗颗粒填料。本文通过现场的碾圧试验，探讨路基填筑施工中合理控制含水率的问题，为荒漠地区修建铁路提供一定的理论依据。

1 工程概况

线路全线总体地势上南高北低，一般海拔在1 750～1 340 m之间。所经地貌大致可分为低中山丘陵区和冲洪积平原区两个大的地貌单元。沿线境内分布的特殊岩土主要有黄土、盐渍土，局部地区地基为软弱地基。沿线通过地段分布的不良地质现象主要有落石、风沙等。

路基所用填料的基本物理力学特性见表1。由表1可见，线路境内填料主要为粗粒土中的细圆砾土，填料主要为B组填料，完全符合路基本体对路基填料的要求。

表1 试验段填料基本物理特性

2 碾圧试验结果及分析

2.1 填料含水率控制分析

一般来说，路基施工时在填料的最优含水率处压实是最好的，不仅需要的压实功最小，而且得到的压实度是最高的。但是线路处于戈壁荒漠区，施工用水运距一般在50 km，大量的用水在施工现场既不经济，也不环保。对于粗粒土中的砾类土，影响其含水率的重要因素是粗粒土中的细粒含量(粒径d≤0.075 mm颗粒含量)的多少，如果细粒超过10%，含水率控制便有重要的意义，压实时就应选择在最佳或接近最佳含水量处［4-6］。试验段路基选择了不同细粒含量的路基填料进行填筑试验，分析含水率对压实的影响，试验结果见表2。

由表2可知，在填料最优含水率附近压实，压实效果最好。当填料中细粒含量小于10%时，在低于最优含水率3%～5%时，也得到了较好的压实度。当填料中细粒含量大于10%时，含水率控制范围对压实影响较大，在低于最优含水率3% ～5%时，压实质量差。对于粗粒土填料的组成，特别是填料中的细粒含量对现场压实含水率影响很大。西部干旱地区缺水，将填料含水率控制在最优含水率附近是不现实的，会极大增大施工成本。当填料中细粒含量控制在10%以下时，施工中含水率控制在低于最优含水率3% ～5%是最佳的施工方案。

表2 不同细粒含量下压实度

2.2 施工含水率上限分析

施工现场发现粗粒土填料当含水率过大时，容易出现“弹簧土”现象，使现场填土的密实度和强度都很低。从长远来看，填筑含水率过大也容易引起路堤的差异沉降，从而增加边坡失稳的概率［7］。

美国依阿华州交通管理局［8］提出，对于无黏性的粗粒土，为防止其过湿致使压实度、强度降低，还必须规定填料的施工含水率w上限［9-10］。

式中，ρdmax为填土最大干密度(kg/m3)。

将表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，将其与填料最优含水率比较见表3。

由表3可知，由式(1)确定的填料施工含水率上限w上限与填料的最优含水率相差不多，总体趋势是小于最优含水率。为防止施工中出现“弹簧土”现象，应严格控制含水率，严禁填料含水率大于施工含水率上限w上限。当施工中出现“弹簧土”时，应采取将“弹簧土”挖出运走，换填含水率合适的填料。

表3 含水率上限与最优含水率比较

3 结论

1)对于粗粒土，填料含水率的控制完全取决于填料中细颗粒含量的多少，当填料中细粒含量低于10%时，填料含水率对压实效果影响一般。

2)西部干旱地区施工时，建议将填料含水率控制在低于最优含水率3%～5%时压实。

3)严禁填料的含水率大于填料的施工含水率上限，对于施工中出现的“弹簧土”，应采取将“弹簧土”挖出运走，换填含水率合适的填料。

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