蒙华铁路基床本体填料制备技术

陈浩宇，陈军，周晓朋，曹忠露

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

填料是指构成铁路路基等土工建筑物的原材料，多年的工程实践证明，填料质量的好坏直接关系到铁路路基承载力的高低及变形的程度，已经越来越被工程界所重视。

填料根据岩土工程性质及其条件划分类别[1]，国内外关于土的分类标准很多，有的根据土的结构构造分类，有的依据土的工程性质分类，有的考虑了土的级配和可塑性，不同国家根据各自的地域特点和需要，制定了相应的分类系统和分类方法[2-3]。如日本铁路主要根据地基系数K30及路基下沉程度进行A、B、C组料划分；德国铁路系统根据土体的颗粒组成，进行粗粒土、混合型土壤、细粒土、有机土进行分类；我国针对天然结构已被破坏的扰动土，将其按粒径组成、细粒含量和级配情况等划分成组类，用以估算填料压实后的强度和可压实性[4-5]。

基床底层填料即B组料来源有两种方法[6]，第一种是直接选择符合要求的天然填料，第二种是将天然材料经过物理或化学改良，即场拌取得填筑材料。对于改良土，其主要研究内容是拌合用料的掺混比例、拌合设备、拌合技术研究及工效，最终目的是取得符合设计要求的、混合均匀且满足施工进度需要的拌合料[7-8]。另外，对于混合均匀、符合设计要求的拌合料在填筑现场如何做到填筑均匀也是重要的研究内容。

张云根[9]对粗颗粒土的试验土样进行了筛分和相对密度试验，分别从级配情况及是否满足基床填料的要求两方面进行了分析。分析结果认为，A、B组填料和级配碎石两种粗颗粒土均级配优良，但用于路基基床的填料，其部分细颗粒含量偏少；通过相对密度试验得知两种填料的相对密度可以达到规范要求，且两种填料的干密度和孔隙比分别呈线性的相关关系。

根据TB 10414—2003《铁路路基工程施工质量验收标准》及设计文件要求，基床底层采用A、B组料。由于施工现场处在毛乌素沙漠腹地，附近没有天然的B组料，运距在200～300 km不等，总需求量1 000多万m3，如果完全采用天然B料不仅要花费巨额资金，同时运力上也很难满足要求。因此，采用风积沙和天然A组料或B组料进行掺配，不仅能节省大量资金，也能解决运输能力问题。

1 填料分类与优选

1.1 填料分类

标段内风积沙粒径＞0.25 mm颗粒含量在7.5%～74.7%之间，且全部为小于2 mm颗粒，因此针对基床底层填料掺入料优选方案主要为挑选0.25 mm颗粒较高的风积沙。从标段内挑选满足A、B、C、D级别的风积沙[10]，进行基床底层填料掺配试验。

1.2 填料优选

根据周边填料资源实际情况，选择了冯记沟等9个料场。所选取各料场基床填料大于0.25 mm、2 mm含量如表1所示。其中，大于0.25 mm颗粒含量处于78.1%～88.3%之间，整体较为接近；大于2 mm以上颗粒含量处于45.9%～76.9%之间，各填料间差异较大。A组填料中，两粒级下颗粒含量相似，通过比对，选取百顺A料作为掺入料；B组料中，通过对大于2 mm颗粒含量粒径比对，选取宁东-3号磅过粗筛（73.9%）、宁东-万成（65.5%）、胜利乡（52.6%）、纳兰西里（45.9%）。

表1 基床填料0.25 mm、2 mm筛余量Table1 Screening residues of 0.25 mm and 2 mm base bed packing

2 风积沙、各料场填料掺配试验

根据标段内的风积沙特性和各地填料的颗粒情况，采用0.25 mm或者2.0 mm颗粒含量进行掺配。

2.1 掺配砾砂填料试验

风积沙A、B组料掺配基床底层砾砂填料试验，以2 mm以上颗粒占比确定。因风积沙缺少2 mm以上颗粒，掺配砾砂试验主要为风积沙和“A、B组料”试验（即：标段内各取土点风积沙作为掺入料，不会改变实际掺配结果）。不同掺配比例通过率及颗粒占比试验结果如表2所示。

5组“A、B组料”掺风积沙制备基床底层“砾砂”试验中，组合中大于2 mm颗粒的质量占总质量均超过25%，满足规范要求。各料的风积沙最大掺配比例如表2所示，3号磅过粗筛的填料掺量最大为65%，纳兰西里的填料掺量最小为43%。

表2 掺配基床底层砾砂试验结果Table 2 Test resultsof gravel sand mixed with base bed

2.2 掺配“中砂”填料试验

风积沙掺A、B组料掺配基床底层中砂填料试验，以0.25 mm以上颗粒占比确定（所谓“中砂”掺配，为以0.25 mm粒径作为掺配控制粒径）。因不同取土点风积沙0.25 mm以上颗粒含量差异较大，对不同0.25 mm以上颗粒含量风积沙进行掺配“中砂”试验。

1）D级风积沙掺“A、B组料”

D级风积沙掺配基床底层中砂试验结果如表3所示。

表3 D级风积沙掺配基床底层中砂试验结果Table3 Test resultsof grade D aeolian sand mixed with medium sand in base bed

D级风积沙、“A、B组料”掺配基床底层“中砂”试验中，大于0.25 mm颗粒的质量占总质量均超过50%，满足规范要求。各料的风积沙最大掺配比例如表3所示，3号磅过粗筛填料的掺量最大为47%，胜利乡填料的掺量最小为40%。

依据D级风积沙掺配“中砂”试验结果，得到的级配曲线中大于2 mm颗粒占比亦超过了25%，满足“砾砂”填料要求。

2）C级风积沙掺“A、B组料”

试验结果如表4所示。

表4 C级风积沙掺配基床表层中砂试验结果Table4 Test resultsof grade C aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

C级风积沙、“A、B组料”掺配基床表层“中砂”试验中，组合下颗粒大于0.25 mm颗粒的质量占总质量均超过50%，满足规范要求。各料的风积沙最大掺配比例如表4所示，3号磅过粗筛填料的掺量最大为55%，胜利乡填料的掺量最小为48%。

依据C级风积沙掺配“中砂”试验结果中，除纳兰西里外，其他各组合得到的级配曲线中大于2 mm颗粒占比亦超过了25%，亦满足“砾砂”填料要求。

3）B级风积沙掺“A、B组料”

试验结果如表5所示。

表5 B级风积沙掺配基床表层中砂试验结果Table 5 Test results of grade B aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

B级风积沙、“A、B组料”掺配基床表层中砂试验中，组合下颗粒大于0.25 mm颗粒的质量占总质量均超过50%，满足规范要求。各料的风积沙最大掺配比例如表5所示，3号磅过粗筛填料的掺量最大为63%，胜利乡填料的掺量最小为57%。

依据B级风积沙掺配“中砂”试验结果，掺3号磅过粗筛、百顺、万成料场，得到的级配曲线中大于2 mm颗粒占比亦超过了25%，满足砾砂填料要求。

4）A级风积沙掺“A、B组料”

试验结果如表6所示。

表6 A级风积沙掺配基床表层中砂试验结果Table6 Test results of grade A aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

A级风积沙、“A、B组料”掺配基床表层中砂试验中，组合下颗粒大于0.25 mm颗粒的质量占总质量均超过50%，满足规范要求。各料的风积沙最大掺配比例如表6所示，3号磅过粗筛填料的掺量最大为77%，胜利乡填料的掺量最小为72%。

依据A级风积沙掺配“中砂”试验结果，各料源填料掺配得到的级配曲线中大于2 mm颗粒占比未超过了25%，不满足砾砂填料要求。

2.3 填料掺配制备方法分析

由表2～表6可以看出，风积沙与A、B组填料按2 mm、0.25 mm控制粒径分别进行砾砂、中砂掺配试验，掺配结果随风积沙级配的变化存在较大的差异，相应掺配结果如表7所示。

表7 填料改良掺配方法和结果Table7 Modified mixing method and resultsof fillers

C级、D级风积沙，在2 mm控制粒径掺配下的风积沙掺量大于以0.25 mm控制粒径下的风积沙掺量，针对此分级下的风积沙以2 mm控制粒径进行掺配试验更能有效的提高风积沙掺量，提高工程原料的经济性；相反，A级风积沙则以0.25 mm控制粒径进行掺配试验更能有效的提高风积沙掺量。

2.4 掺配后原材料性能

对改良后的填料进行密度和击实试验，结果如表8所示。经过掺配后的基床填料最大干密度在1.90～1.99 g/cm3之间，最小干密度在1.43～1.60 g/cm3之间，最优含水率在6.5%～8.2%之间，为后续施工提供参考。

表8 基床底层填料的物理性能Table8 Physical properties of substrate packing

3 结语

1）风积沙中大于0.25 mm颗粒含量按≥40%、≥30%、≥20%、≥10%进行A、B、C、D级分类。

2）A、B、C、D级风积沙掺入料在控制粒径（0.25 mm、2 mm）下，3号磅过粗筛、百顺、万成、纳兰西里、胜利乡作为掺配料，各组合下风积沙掺入量增长趋势相同，均按以下趋势逐渐增加：3号磅过粗筛＞百顺＞万成＞纳兰西里＞胜利乡。

3）以A、B组料的界限来划分掺入料的可掺配性存在一定不合理性，不均匀系数的高低与基床底层填料掺配的经济性（风积沙掺量高低）相关性较低，而曲率系数能很好地描述掺配的好坏与A、B组填料的优劣；限制粒径d60、有效粒径d10的高低与基床底层填料掺配的经济性（风积沙掺量高低）相关性较低，而d30能很好地描述作为掺配用A、B组填料的优劣。

4）C级、D级风积沙，在2 mm控制粒径掺配下的风积沙掺量大于以0.25 mm控制粒径下的风积沙掺量；A级风积沙以0.25 mm控制粒级进行掺配试验更能有效的提高风积沙掺量。