浅谈改良膨胀土路基在铁路试验中的沉降问题

林沧

摘 要：某客货共线铁路线路时速为200km，该段铁路试验段大部分为膨胀土质路基，因此需要予以改良，针对该种路基的改良，需要加大控制填筑质量以及填筑工艺，这是铁路工程建设能够达到设计标准的基础，也是工程能够成功的核心。对该段路基的断面进行改良后，对其沉降状况进行观测，通过对该种路基的沉降、本体压密以及路桥过渡部位的压密规律进行改良，将路基沉降量降至最低，以此满足工程需要。

关键词：膨胀土路基；改良；铁路试验

引言

膨胀土的主要组成为亲水矿物，因此其较为容易产生变形，并且由于颗粒的分散度高，而造成估计恶性以及多裂隙性较强，随着我国铁路发展的深入，很多铁路需要修建在膨胀土地区，所以，必须采取相应的措施对该种地基进行改良。研究路基沉降变形可以从以下几方面入手：首先是对基底沉降的研究，其次为路基压密特性的研究，再者还需要研究路桥过渡部位的碎石严密性，最后则是看路基的沉降是否均匀。通过在路基的各个层级、过渡段底层以及设置沉降板或者在表面设置观测桩对路基沉降状态进行观测，并计算对比理论值。以理论作为基础将实际的观测结果进行分析，将实际的观测结果同理论分析结合起来，并对改良后的铁路试验段路基沉降规律进行研究，以此对工后沉降进行研究，用以对全线进行施工指导。

1 观测

1.1 断面设置

在两千米的范围中设置观测断面十个用以对铁路试验段路基沉降状况进行观测，该段填土高度大于3.78米小雨11.83米。

1.2 埋设设备

1.2.1 布置。将沉降板设置在每个断面的中部和底部，并在铁路试验段路基顶面设好观测沉降量用的观测桩。

1.2.2 要求。若路基填土埋设沉降板需要超过标高30cm，那么沉降板放出的位置需要使用全站仪，埋设点需要首先挖出35cm深的坑，在坑底需要铺上垫层，一般垫层厚度为5cm，将垫层整正后放置好沉降板，并套上保护管，将坑回填。对该部位夯实后要求内管和外管均应当同水平面垂直，不能出现歪斜的状况，并且保证管间距离保持一致。并使用水准仪将内沉降管标高予以测出，该读数即沉降管初始的读数。

1.3 沉降

该铁路试验段路基的沉降呈现出一种盆型特征，这种特征在横断面上的表现极为明显，路基的中间产生的沉降量明显会大于路肩以及坡脚的沉降量。将沉降进行阶段性的总结可以分成三个阶段：首先是施工过程中荷载的增加造成的沉降，其次为收敛期沉降最后这工后路基在使用过程中产生的沉降。虽然只有铺轨后沉降量才能被检测出来，但是仍旧能够根据沉降曲线预测出工后的沉降状况。

1.4 结构压缩变形以及沉降

该铁路试验段路基基本采用了改良土进行填筑，除了基床表层因结构需要，有0.6m没有采用改良土。从实际的沉降情况分析，路基由于结构自身性能发生的压缩变形可以忽略不计，形变量极小。大多数沉降都在增荷阶段完成，并且收敛期发生的沉降量基本等于地基的收敛沉降量，所以结构压缩变形几乎可以忽略，沉降主要是地基沉降。

1.5 工后沉降的预测

从结果上对沉降进行分析，通过改良土进行填筑的路基不会发生大程度的沉降，并且收敛期较短，因此工后沉降的预测不适合采用双曲线拟合的方式进行预测。由于该铁路试验段工程在后续施工中路基已经承受了施工活载，所以基本完成了收敛，因此工后沉降可以忽略。

2 过渡段碎石观测

2.1 对断面设置进行观测

观测断面以及选择的五处具有代表性的涵洞，设置10个断面用以观察。在该铁路试验段涵洞的两侧的过渡路基处分别设置观测断面，每个断面沿着高度方向在中心线上设置沉降板，将沉降板设置在顶面以及随时底面，并设置一个观测桩于路基表面。没完成一层路基施工便进行一次观察。当完成施工后，半个月进行一次观测，并逐步的减少观测频率，知道沉降量稳定下来。

2.2 沉降状况以及结构变形

过渡段的沉降主要发生在增荷过程以及收敛期，在增荷期发生沉降现象较为明显，一般沉降量会大于1mm小雨9mm，对路基进行加荷的时间应当大于10天，小雨66天。此时地基会以0.06mm/d至0.25mm/d的速率进行沉降，过渡段发生沉降的程度要远远小雨路基断面。其主要原因该部位的基底在增荷前便已经予以处理了，实现对过渡段的地基在涵洞施工过程中的预压，这时已经完成了地基的沉降变形。该部位的瘦脸器沉降变形同路基断面的沉降变形基本一致，沉降量最大可以达到4mm，平均沉降速度小于0.14mm/d。并且碎石路基不会产生明显的压密变形，但是路基面产生的沉降会超过10mm，不过随着沉降的稳定收敛，在工后路基发生沉降的可能性十分微小。

3 理论计算

3.1 勘察取样

该段现场设置10个沉降观测断面，理论计算选择了其中5个断面。在选定的5个断面处进行勘探、取样化验，以获取地层的计算参数。选择这5个断面的主要原因是：①这几个断面路基填高从5.53～11.83m，填料产生的附加应力情况能反映试验段的现状；②试验段的地层稳定，地面以下20m范围内均为alQ3 粘土，与全线80%范围的地质条件相似，具有代表性。

3.2 方法以及结果

将该段路基为改良膨胀土路基，除基床表层0.6 m级配碎石外，均采用改良土填筑。理论上来说路基结构体的压实系数都大于0.90，自身的压缩沉降很小，基本可以忽略不计。从现场实测结果来看，填筑体中部及基床底层埋设的观测桩沉降多产生于填筑过程土体增荷阶段，主要由地基沉降引起。

4 实例分析

以某段铁路线路为例，在该线路中设置改造试验段300m，设计行车速度为200km/h，该段处于膨胀土地区。对该段路基进行改良，例如以石灰、水泥、二灰、粉煤灰以及无机改良材料作为搀剂，加强该段题录路基物理力学指标、胀缩性以及强度和水稳性。

主要的实验改良方案如下：在膨胀土中掺入质量比为3%、5%的石灰；压实系数分别为0.9、0.95；养护令其分别为7天、28天、60天和90天；分别对改良路基在饱和以及非饱和状态下进行强度实验。对用于实验的土经2mm筛过筛，素土拌和，保证最佳含水量+1.5%。改良土试件拌和，含水量最佳为+2%，根据实验方案中世纪的搀灰率进行拌和，闷料24小时，制备试件并进行养护。通过实验发现，经过改良后的膨胀土路基性能上有了很大的提高。这是由于石灰的掺入使得结构单元发生了变化，且该种变化具有一定的规律性，细小的空隙增多使得结构变得疏松。

5 结束语

首先，对该铁路试验段路基填筑以及改良中，需要以地基的基础条件作为对碎石过渡段和膨胀土路基进行石灰改良的先决条件，并且针对路基结构改良膨胀土和碎石自身所产生的压密沉降能够予以忽略。该段的路基沉降需要有一个逐渐稳定的时间，通常在填筑完工后还需要一个月的时间，路基的沉降状态才会逐步的稳定下来，并且在该收敛期找那个沉降量一般在2cm以内。并且该时间段中的沉降量较为均匀。通过将实际测量的结果同计算出的结果相互比较刻意发现，当填筑完工后，沉降量的曲线逐步的趋向于水平，这就表明沉降量以及逐步的稳定。铁路路基的稳定性直接影响到了铁路线路工程建设的工程质量，因此路基的建设是对人们生命财产安全的基础保障。

参考文献

[1]胡水玲.膨胀土地区铁路基床病害分析与整治技术[D].长安大学，2011.

[2]蒋红晖.采用路基处理车整治铁路路基病害施工技术研究[D].西南交通大学，2011.

[3]王焕新.广西红粘土填筑性能及土质学特征[D].广西大学，2012.