细角砾土用于高速铁路路基填料的适用性研究

居治安，王　婧（.中交四航局第三工程有限公司，广东湛江　524005；2.中交四航工程研究院有限公司，广东广州　50230；3.中交交通基础工程环保与安全重点实验室，广东广州　50230）



细角砾土用于高速铁路路基填料的适用性研究

居治安1，王婧2，3
（1.中交四航局第三工程有限公司，广东湛江524005；2.中交四航工程研究院有限公司，广东广州510230；3.中交交通基础工程环保与安全重点实验室，广东广州510230）

摘要铁路建设工程的快速发展带来路基填料资源匮乏的难题。本文以滇南地区的高速铁路项目为依托，对细角砾土开展工程特性研究，设立现场对比试验区，通过现场路基压实试验，确定摊铺系数、松铺厚度、施工最佳含水率、压实的速度和遍数等工艺参数。同时，对其压实指标进行检测，与粗粒含量较高的A，B组填料路基压实效果进行比较分析，评估滇南地区高速铁路路基填料的适用性，提出细角砾土填筑路基的改良措施。

关键词细角砾；高速铁路；路基填料；适用性；施工工艺

填料最大粒径对于保证路基工程质量起着重要作用。填料颗粒粒径太大，不易碾压均匀，易导致路基出现不均匀沉降、水囊和不稳定的滑动面等病害；颗粒粒径过小，路基的水稳性差，遇水易产生病害。因此，路基填筑的理想填料是水稳性好和级配良好的粗粒土。这样既可减少工后沉降，又有较高的安全储备以保证路基的稳定，并可避免产生病害［1-2］。在《铁路路基设计规范》（TB 1001—2005）中，对基床填料做了详细的规定，所谓的A，B组填料涵盖的范围较广，从巨粒土到粗粒土，满足其细粒含量和颗粒级配的土多达几十种，但对各类型的A，B组填料能否满足高速铁路路基填料的压实标准、强度、水稳定性以及渗透性等要求，却未作统一说明［3-4］。显然，巨粒土与粗粒土中的A，B组填料工程特性存在区别，以致填筑工艺技术、压实效果及长期稳定性方面也有所不同［5-6］。

新建云桂高速铁路云南段3标段地处滇南文山自治州广南县，属山地高原的丘陵地区，细角砾土资源颇为丰富。本文以滇南地区的高速铁路项目为依托，对细角砾土开展工程特性研究，设立现场对比试验区，通过现场路基压实试验，开发并形成细角砾土填筑路基的改良工艺技术，并确定其工艺参数如摊铺系数、松铺厚度、施工最佳含水率、压实的速度和遍数等，对其压实指标（如地基系数、动态变形模量等）进行检测，与粗粒含量较高的A，B组填料路基压实效果进行比较分析，从而评估滇南地区高速铁路路基填料的适用性。

1　细角砾土级配分析

根据我国铁路路基设计规范中规定的填料分类标准，以及填料颗粒级配标准，对填料进行颗粒分析试验，从而确定填料中的各粒径级别颗粒的含量，为填料的分类、命名及分组提供依据，并根据相应铁路设计规范确定填料在铁路路基中的适用情况。因此本研究先对角砾土填料进行筛析法颗粒分析，分析结果见图1。

图1　填料颗粒粒径级配曲线

级配曲线表明：d60= 5. 2 mm，d30= 0. 56 mm，d10= 0. 26 mm（d60，d30，d10分别为级配曲线上相应于60％，30％，10％含量的粒径），不均匀系数Cu= d60/d20= 20. 0＞5，曲率系数Cc= d230/（d10×d60）= 0. 2≠1～3。加之该土粒径＞2 mm颗粒的质量超过总质量的50％，且填料颗粒以尖棱状为主，细粒含量（d≤0. 075）为0. 5％＜5％。依据填料级配判定标准，该填料级配不良，属于B组填料。

《高速铁路设计规范（试行）》（TB 10020—2009）规定：高速铁路路基基床底层采用A，B组填料或改良土填筑。本填料属B组碎石类细角砾土填料，按规范要求需要符合压实性能要求，才可用于高速铁路基床底层和基床以下路堤的填筑。

2　路基试验段施工工艺

基床以下路堤，填筑按“三阶段、四区段、八流程”的工艺组织施工，如图2所示。

图2　基床以下路堤填料施工工艺

路基填筑前，采用静力触探仪对地质情况进行复核（应符合设计要求）。试验段路基采用水平分层法填筑，即按照横断面全宽分成水平层次向上填筑。每填一层，经检测符合设计及验标要求之后再填上层。

路基填筑时采用在两端立杆引桩的保护措施，随时控制并恢复试验段中线，确保中线准确，边线比设计线宽出50 cm。为确定最佳的松铺厚度，采用网格布料法控制填料的松铺厚度，本路基试验段以30，35，40，45 cm 4种松铺厚度进行摊铺，用载料20 m3的自卸车装运，每个网格均匀摊铺一车。与不同松铺厚度相对应的网格尺寸见表1。

表1　不同松铺厚度所对应的网格尺寸

上料结束后，用推土机及平地机摊铺，人工配合找平，测量各网格交叉点的高程，记为本层的平均松铺高程。松铺厚度采用挂线施工，填料时用竹签做标记并拉线，用插入法和边桩辅助进行控制。采用26 t重型振动压路机碾压，对于沉降观测桩周围压实层分2次夯击压实，每层松铺约20 cm，夯实6遍，对局部“集料窝”人工配合补充料源夯实。

3压实标准及检测频率

3. 1压实标准

路基填筑的压实质量控制标准见表2。

表2　路基填筑压实质量控制标准（A，B组填料）

3. 2检测频率

基床以下路堤沿线路纵向连续长度每100 m检测压实层压实系数，每压实层检测压实系数6点，其中路基左、右距边线1 m处各2点，路基中部2点；每填高约90 cm（3层）检测地基系数4点，其中距路基边线2 m处左、右各1点，路基中部2点。

基床底层沿线路纵向连续长度每100 m每填高约90 cm（3层）抽样检测动态变形模量Evd各4点，其中距路基边线2 m处左、右各1点，路基中部2点；基床底层压实系数K和地基系数K30的检测频率同基床以下路堤。

4试验及检测数据分析

在DK461 + 330—DK461 + 485段，进行路基基床底层填筑工艺性试验。通过现场路基压实试验，形成细角砾土填筑路基的工艺技术，并确定其工艺参数如摊铺系数、松铺厚度、施工最佳含水率、压实的速度和遍数等。

4. 1碾压工艺试验

本路基填筑所使用的填料为麻栗树华银山石场生产的细角砾土，通过表面振动压实法测定其最大干密度，并通过现场碾压试验确定最佳含水率。在DK461 +330—DK461 + 485区段基床底层进行碾压工艺试验时，松铺厚度按40 cm控制。

4. 1. 1碾压组合方式

按先两侧后中间，先静压后弱振再强振后静压的方式碾压。确保纵向和横向排水坡面的平整，使平整度严格控制在验标允许范围内。在通过现场试验调整的含水率范围内及相同的松铺厚度下，通过现场检测压实系数K、地基系数K30和动态变形模量Evd，确定最佳的碾压工艺参数。本试验段路基压实采用26 t振动压路机，强振的振动频率为27 Hz，激振力为405 kN；弱振的振动频率为32 Hz，激振力为290 kN，压路机的速度控制在3～4 km/h。本次的碾压组合方式如下述。

碾压组合方式a：静压1遍+弱振2遍+强振1遍+静压1遍，共5遍；

碾压组合方式b：静压1遍+弱振2遍+强振2 遍+静压1遍，共6遍；

碾压组合方式c：静压1遍+弱振2遍+强振3遍+静压1遍，共7遍；

碾压组合方式d：静压1遍+弱振2遍+强振4 遍+静压1遍，共8遍。

4. 1. 2检测数据统计及分析

选取DK461 + 330—DK461 + 485基床底层第3层进行碾压工艺试验，检测结果见表3、表4、表5。

表3　碾压方式对压实系数K的影响

表4　碾压方式对地基系数K30的影响　MPa/m

表5　碾压方式对动态变形模量Evd的影响　MPa

由表3～表5可知，当采用碾压方式a时（碾压5遍），检测数据大部分不合格，只有个别能达到要求；采用碾压方式b时（碾压6遍），检测数据均能达到验标要求，相比碾压5遍，各项指标呈明显增长趋势；当采用碾压方式c（碾压7遍）和碾压方式d（碾压8遍）时，压实系数K、地基系数K30及动态变形模量Evd均完全满足验标要求，但这3项指标均呈微弱增长趋势。在确保填筑质量的前提下，综合经济方面的考虑，确定碾压方式b为基床以下路堤进行施工的最佳组合，即：静压1遍+弱振2遍+强振2遍+静压1遍。通过现场碾压试验，当细粒含量较高的A组份细角砾土，其含水率控制在4. 3％～5. 0％的范围时，路基压实质量能满足验标要求。

4. 2摊铺厚度工艺试验

在基床底层第2层、第4层、第5层、第6层分别采取不同的摊铺厚度进行碾压，每层的松铺厚度见表6。

摊铺试验按碾压组合方式b（静压1遍+弱振2 遍+强振2遍+静压1遍）进行碾压，填料含水率控制在4. 3％～5. 0％的范围内，试验检测结果见表6～表8。

表6　松铺厚度对压实系数K的影响

表7　松铺厚度对地基系数K30的影响　MPa/m

由表6～表8的数据可知，随着填料松铺厚度的增加，压实系数K、地基系数K30和动态变形模量Evd均呈减小趋势，但松铺厚度超过40 cm后这3项指标的检测结果明显减小。松铺厚度为30，35，40 cm（松铺系数分别为1. 50，1. 52，1. 38）时，基床底层路基K，K30和Evd均能达到合格标准；松铺厚度为45 cm（松铺系数为1. 36）时，3项指标的检测结果均不合格。综合试验数据和现场实际情况，基床底层填料的松铺厚度选用40 cm，压实层厚度为29 cm，松铺系数为1. 38。

表8　松铺厚度对动态变形模量Evd的影响　MPa

5　结论

现场采用滇南细角砾土进行基床底层施工较为适宜，施工应采取以下措施达到最佳效果。

1）基床底层最佳的碾压组合方式为：静压1遍+弱振2遍+强振2遍+静压1遍。

2）松铺厚度直接影响路基填筑的压实质量。若松铺厚度过大，压实质量不易达到合格标准；松铺厚度过小，不仅增加工程成本，而且在摊铺及碾压的过程中容易造成填料离析，出现大量的集料窝，额外增加施工难度。对细角砾土路基填料，采用松铺厚度为40 cm进行填筑。

3）填料施工含水率控制范围在4. 3％～5. 0％时，压实质量能达到标准要求，因此类填料细粒含量较多，虽容易碾压密实，但其渗水性比较差。当降雨较多时，其含水率快速增加，要经过长时间的晾晒，填料含水率降到合格范围后方能填筑，势必影响路基填筑进度。

参考文献

［1］缪伟，刘龙武，郑健龙.膨胀土用作路基填料的试验方法研究［J］.公路与汽运，2006（5）：59-62.

［2］鲁宇.山区铁路路基填料种类与施工方法［J］.天津冶金，2007（2）：60-62.

［3］赵年全.高速铁路路基填料生产及控制技术［J］.路基工程，2009（6）：190-191.

［4］毛红梅.高速铁路石灰改良黄土路基填料试验研究［J］.山东交通科技，2010（5）：28-31，34.

［5］张志才.重载铁路路基填料质量对压实质量影响的探讨［J］.铁道建筑，2014（12）：73-76.

［6］周援衡，王永和，卿启湘，等.全风化花岗岩改良土高速铁路路基填料的适宜性试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2011，30（3）：625-634.

（责任审编孟庆伶）

Suitability Study of Fine Breccia Soil Used as Filling Material for High Speed Railway Subgrade

JU Zhian1，WANG Jing2，3
（1. The Third Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.，Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524005，China；2. CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510230，China；3. CCCC Key Laboratory of Environmental Protection & Safety in Foundation Engineering of Transportation，Guangzhou Guangdong 510230，China）

AbstractT he rapid development of railway construction project brings such difficult problems as resource lack of subgrade filling material. Based on high speed railway project in southern Yunnan，the engineering properties of fine breccia soil were studied. T hrough setting a contrast field test area and field subgrade compaction experiments，the technological parameters such as spreading coefficient，loose paving thickness，optimum water content，compaction speed and times were determined. T he compaction indexes were detected，and the subgrade compaction effects were analyzed compared to A and B group with material of high coarse grain content. T he suitability of high speed railway subgrade filling material in southern Yunnan was evaluated and the improved construction technology measures of fine breccia soil used as subgrade filling material were put forward.

Key wordsFine breccias；High speed railway；Subgrade filling material；Suitability；Construction technology

中图分类号U214. 1+1

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 25

文章编号：1003-1995（2016）06-0092-04

收稿日期：2015-12-04；修回日期：2016-02-25

基金项目：中交第四航务工程局有限公司基础科技研发项目（Y2014B25）

作者简介：居治安（1970—），男，高级工程师，硕士。