全风化千枚岩铁路路基填料适用性试验研究★

李 传 宝

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

0 引言

蒙西至华中地区铁路(以下简称蒙华铁路)是全球一次性建设规模最大的重载铁路运煤专线，北起内蒙古浩勒报吉，南至江西吉安，线路全长1 814.5 km，其中岳阳至吉安段线位长433.4 km，沿线千枚岩地层分布段落近1/5，路堑挖方中全风化千枚岩体量巨大。千枚岩遇水易软化，工程性质差，变形量大，铁路路基填筑时一般不直接采用。

相关人员开展了大量改良土的试验研究，全风化层掺入水泥、生石灰等改良后可满足铁路填料的设计要求[1，2]，但改良成本高，且改良土对环境水存在一定污染。若全风化千枚岩填料能直接用于基床以下路堤填筑，可节省大量工程投资，减少弃方，保护环境。通过室内试验获取全风化千枚岩的物理化学和水理性质，研究其路基填料适用性意义重大。

1 全风化千枚岩物理化学性质试验研究

试验用土取自DK1806+729.06～DK1807+963.900段路堑表层千枚岩全风化层。

1.1 矿物成分分析

矿物成分分析采用X射线衍射分析方法，其是一种以X射线射入不同矿物晶格时产生的不同衍射图谱为基础数据，鉴别土中矿物成分的方法。

X射线衍射分析，得出试样各矿物成分含量如表1所示。

表1 试样矿物成分及含量

由表1可知，试样最主要的矿物为石英和富铁白云母，其质量百分比分别为69.5%和17.3%；所含黏土矿物为高岭石和绿泥石，含量分别为2.1%和1.1%，未检测出蒙脱石含量。

石英为一种稳定的矿物成分，其含量越高，土颗粒越坚硬、状态越稳定。冰长石与石英类似，具有十分稳定的性质。白云母是分布广泛的造岩矿物之一，在三大岩类中均有产出，其具有稳定的片状结构，吸附性小，浸水后处于游离态，易于分离，降低土体强度。高岭石和绿泥石等黏土矿物，具有可塑性、黏结性、膨胀性，对土性质的影响较大。

1.2 化学成分分析

化学成分分析采用X射线荧光光谱分析方法，其是根据样品对X射线的吸收随化学成分和含量的多少而变化，从而达到定性或定量测定样品中化学成分的一种方法。

X射线荧光光谱分析，得出试样各化学成分及含量如表2所示。

表2 试样化学成分及含量

由表2可知，试样由24种化学成分组成，SiO2含量最多，Al2O3，K2O和Fe次之，与其主要矿物为石英，富铁白云母的情况一致。而后是Fe2O3，MgO，K2O，Na2O和FeO，而Cr和MgO的出现与全风化层中含有一定绿泥石有关。

1.3 颗粒分析试验

采用筛分法和密度计法进行试样颗粒分析实验，颗粒分布曲线如图1所示。

从图1可知，试样0.075 mm以下粒径含量为84.8%，其中0.075 mm～0.005 mm粒径(粉粒)约占81.9%，0.005 mm以下粒径(黏粒)占2.9%，0.002 mm以下粒径(胶粒)几乎没有；5 mm～0.075 mm粒径(粗粒)约占14.3%，5 mm以上粒径含量不足1%。试样颗粒组成以粉粒为主，属于细粒土填料[3]。

2 全风化千枚岩水理性质试验研究

2.1 界限含水率试验

本次界限含水率试验采用圆锥仪液、塑限联合测定法。铁路填料分类采用10 mm液限[3]，试样液、塑限试验结果，如表3所示。

表3 试样界限含水率

从表3可得，试样10 mm液限为38.4%，塑性指数Ip=38.4-26.2=12.2，定名为低液限粉质黏土。

2.2 自由膨胀率试验

试验用于测定土的自由膨胀特性，试验装置如图2所示。

采用平行试验法进行测定，量土杯中放置量筒，为便于计算经调试量筒中试样体积为10 mL。试验装样和测试过程如图3所示。

试验结果如表4所示。

表4 自由膨胀率试验数据

从表4可知，试样的自由膨胀率为10%；同时，矿物成分分析结果表明，试样无蒙脱石含量，无膨胀性[4]。综合判定试样属于C3组填料[3,5]。

3 全风化千枚岩铁路路基填料适用性研究

铁路路堤由基床和基床以下路堤两部分组成，基床部分填料选择标准较高，必须为C2组及以上级别填料或化学改良土[3]。试样为C3组填料，其不满足基床部分填料要求。

铁路规范中对于基床以下路堤对于C3组填料的技术要求如表5所示。

表5 基床以下路堤填料选择标准

综上可知，该全风化千枚岩试样铁路路基填料适用性如下：

1)基床填料：不满足基床部分填料要求。

2)基床以下路堤填料：不满足无砟轨道和设计速度200 km/h以上的有砟轨道铁路；满足重载铁路、设计速度200 km/h及以下的有砟轨道铁路和Ⅲ，Ⅳ级铁路。

蒙华铁路为重载铁路，该全风化千枚岩满足基床以下路堤填料要求。

4 结语

蒙华铁路岳阳至吉安段线位沿线千枚岩分布段落近1/5，全风化路堑弃方量大。选取DK1806+729.06～DK1807+963.900段路堑全风化千枚岩，通过矿物成分分析、化学成分分析、颗粒分析、界限含水率、自由膨胀率等试验对其物理化学和水理性质进行了系统分析，研究了其用于铁路路基填料的适用性，得出结论如下：

1)全风化千枚岩最主要的矿物为石英和富铁白云母；化学成分中，SiO2含量最多，Al2O3,K2O和Fe次之；未检测出蒙脱石含量；以稳定性好的矿物和化学成分为主。

2)全风化千枚岩颗粒组成以粉粒为主，液限为38.4%，塑性指数为12.2，定名为低液限粉质黏土；颗粒组成以粉粒为主，为细粒土；无膨胀性；属于C3组填料。

3)蒙华铁路为重载铁路，该全风化千枚岩满足基床以下路堤填料要求。

另外需要注意的是，不同段落千枚岩成分差异较大，其全风化层能否满足填料要求，应通过试验确定。