毛乌素地区风积粉细砂填料的改良应用

沈 磊 崇六喜 丁国玺

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 工程概况

新恩陶铁路正线全长174.941 km，线路由东向西始于毛乌素沙漠边缘，逐步进入其腹地，通过沙丘、沙地地段较多，其中DK86+300.00～DK88+800.00段为沙丘地貌，地形起伏较大，流动沙丘在该段线路两侧显著分布，植被覆盖率约10%。线路就近填料多为粉砂，缺乏A、B组土填料，为本线路具代表性风积砂填料改良试验段。

新恩陶铁路线路等级为Ⅱ级，正线数目为单线。线路在该试验段主要以填方路基形式通过，最大填方高度为7.0 m，试验段路堤、路堑路基面宽均为7.8 m，不考虑沉降加宽。路肩宽度:路堤0.8 m，路堑0.6 m，如图1所示。

图1 路堤标准横断面(单位:m)

根据现场11组取样颗粒分析试验，该试验段路基填料所采用风积砂为均匀、级配不良粉细砂，少量为中砂，不均匀系数Cu=1.6～3.5，曲率系数Cc=0.82～0.85，颗粒级配不良，天然密度ρ0为1.724 g/m3，最大干密度1.77 g/m3，天然含水率4.3%，最佳含水量W1pt为9.8%。按照铁路路基填料分类应属于C组填料。

天然风积粉细砂级配曲线如图2所示。

图2 天然风积粉细砂级配曲线

2 路基本体填筑试验

于DK86+300.00～DK87+000.00试验段，采用干压法分别松铺30 cm和35 cm两种厚度进行路基本体填筑试验(如表1所示)。

采用干压法进行风积砂填筑路基存在以下问题:(1)压实系数K和地基系数K30均不能满足规范要求，而且与规范中压实系数K为0.90和地基系数K30为80的要求相差甚远。(2)采用震动压路机碾压后强度下降。同时，重载自卸车存在陷车问题，不具备高强度机械作业的条件。

另选取DK87+500.00～DK88+800.00试验段落，打井蓄水布设给水管道(管路为 PVC给水管φ110，公称压力0.4 MPa)，每隔200 m预留三通接引管的方法进行洒水，填料表面人工打方格，方格打成9～12 m2为宜。洒水必须洒透，即两层填料中间不得留有夹层(如表2所示)。

表1 不同松铺厚度采用干压法填筑成果

表2 不同松铺厚度采用湿压法填筑成果

粉细砂填料松铺25 cm厚度过薄，和松铺30 cm的压实遍数相同，而松铺35 cm则碾压遍数过多，所以松铺30 cm为最经济方案。

3 基床底层填筑试验

在进行路基基床底层填筑时，仅对粉细砂填料进行碾压不能达到规范压实系数K为0.91和地基系数K30为90的要求，因此需要对其进行改良。

3.1 改良方案

结合本线特点，从经济、技术和施工工艺等方面进行综合研究，得出适宜在全线范围推广采用的改良方案，决定采取化学改良和物理改良相结合，分别使用水泥改良、生石灰改良和掺砂岩的措施进行粉细砂的改良填筑试验。

3.2 水泥改良

试验段落选取DK86+300.00～DK86+500.00，在风积沙填料中依据前期试验的最佳重量比5%拌和42.5普通硅酸盐水泥;松铺40 cm风积沙，人工按5%重量比摊撒水泥，路拌法施工，拌和三遍，推土机摊平，洒水，压实(如表3所示)。

表3 粉细砂拌和水泥改良试验成果

3.3 石灰改良

试验段落选取DK86+500～DK86+700，松铺40 cm风积沙，人工按15%重量比摊撒白灰，路拌法施工拌和三遍，推土机摊平，洒水，压实(如表4所示)。

表4 粉细砂拌和石灰改良试验成果

3.4 掺砂岩

试验段落选取DK87+400.00～DK88+800.00，根据试验的最佳体积比风积沙∶砂岩=7∶3，风积沙松铺28 cm，砂岩松铺12 cm，路拌法施工、摊平、洒水、压实(如表5所示)。

表5 粉细砂掺拌砂岩改良试验成果

4 填筑试验成果分析

(1)路基本体填筑时，由于现场风积砂天然含水率过低，采用干压法无法压实，不予采用;湿压法从经济角度分析比较，一方面填料充足，线路两侧均可取土，一般不超过3 km，运距较短，成本低;另一方面本地区有丰富的地下水资源，施工用水方便、不污染环境，为最佳施工方法。

(2)进行路基本体填筑时，分层松铺厚度选择30 cm，压实厚度达到25 cm，松铺系数为1.2，装载机满铲压实3遍，推土机压实3遍，地基系数K30(MPa/m)达到81～85，压实系数K达到0.9～0.92，双控指标均能满足基床以下路基压实标准。

(3)粉细砂以5%重量比拌和标号42.5普通硅酸盐水泥，松铺40 cm，推土机结合振动压路机碾压7遍，地基系数K30(MPa/m)达到92～95，压实系数K达到0.96～0.98，双控指标均能满足基床底层路堤压实标准。

(4)粉细砂以15%重量比拌和石灰，松铺40 cm，推土机结合振动压路机碾压7遍，地基系数K30(MPa/m)达到91～94，压实系数K达到0.92～0.95，双控指标均能满足基床底层路堤压实标准。

(5)粉细砂与砂岩以体积比7∶3掺拌，风积沙松铺28 cm，砂岩松铺12 cm，推土机结合振动压路机碾压7遍，地基系数K30(MPa/m)达到92～95，压实系数K达到0.96～0.98，双控指标均能满足基床底层路堤压实标准。

(6)结合砂岩在本线分布特点，综合运距、单价、储量等因素，在综合运距小于25 km时，路基基床底层采用粉细砂掺拌砂岩改良填料填筑，其经济效果更佳;由于掺拌石灰较普通水泥量大，因此其他地段采用普通水泥改良粉细砂填料更为经济合理。

5 结束语

(1)按照《铁路路基设计规范》(TB10001—2005)，风积粉细砂属于C组填料，其压实标准采用地基系数和压实系数双指标控制。采用合理工艺即可满足基床以下路基的压实标准，但基床底层填筑后双控指标难以达到标准，需进行填料改良。

(2)毛乌素地区新建铁路工程，根据粉细砂的成分可参考本线试验段成果进行路基填料设计。

[1]TB10001—2005(J447—2005) 铁路路基设计规范[S］

[2]TB10414—2003(J285—2004) 铁路路基工程施工质量验收标准[S］

[3]马旭东.粉细砂填料的改良应用[J］.甘肃科技纵横，2010(2)