秦沈線東部試驗段幾種路基填料工程性質的分析和總結.doc

秦沈線東部試驗段三類路基填料 工 程 性 質 的 分 析摘 要本文主要針對秦沈線東部試驗段三類路基填料的工程性質進行分析比較，總結出一些有利于指導施工的技術資料，為路基的大面積填筑施工提供了可靠的依據。 關鍵詞路基填料 物理改良 1 前言 路基是鐵路軌道的基礎,它常位于各種復雜的地質、地形、水文等自然環(huán)境之中，經受風蝕雨淋、水流沖刷、凍融循環(huán)等危害。因此，其必須具有足夠的整體穩(wěn)定性、足夠的強度和足夠的水溫穩(wěn)定性，才能抵抗各種危害因素的破壞、并承受軌道和列車荷載，保證列車安全平穩(wěn)的運行。填筑高質量路基是工程的關鍵，而高質量路基的修筑成型，擁有先進的施工設備和優(yōu)良的施工工藝固然重要，但路基填料的工程性質同樣至關重要。充分了解填料的工程性質，有利于正確、合理的指導施工，避免盲目性。秦沈線東部試驗段（DK268+870.63DK272+870）地處遼寧省北寧市境內，路堤基底大多為低洼水田，水系水網發(fā)達，地下水位較高?；驳讓蛹耙韵侣返烫罘接?0余萬立方米,設計要求用一般土或改良土填筑。本文對試驗段使用的三類填料：粉粘土、礫砂土、角礫土（山皮土）的工程性質進行分析和說明。 2 填料的工程性質 填料是由大小不同、形狀各異、成分不一的顆粒組成的集合體。 其中，粘性土類填料的工程性質主要受其自身塑性界限含水量的影響。塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑狀態(tài)含水量變化范圍的指標，它綜合反映了土的粒度成分、礦物成分對土的可塑性的影響，反映了土的本質。大量的試驗證明：液限含水量、塑性指數（Ip）越小的粘性土其水溫穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性越好。粗粒土及巨粒土類填料則主要以顆粒的級配組成來反映其性質。不均勻系數Cu表示大小顆粒的組成情況，Cu值越小說明土越均勻，反之，則說明土顆粒越不均勻； 曲率系數Cc值描述土顆粒的分布范圍，某粒徑的顆粒是否缺失。根據工程經驗可知：一般Cu5和Cc=1 3能同時滿足時,則土體級配良好,容易壓實,強度和穩(wěn)定性高于級配不良的填料。填料的Cu值如果偏大，其粗細顆粒就容易離析,影響工程質量。2.1 粉粘土及其物理改良設計院提供的青年水庫土場土為一般細粒土，黑褐色，天然含水量較大，呈硬塑軟塑狀，干燥時粘結成團、分散困難。其物理性質如下表2.1.1 細粒土物理性質 表2.1.1取樣深度塑性界限含水量%天然含水量%最大干密度g/cm3 最佳含水量%土名液限WL塑限WP塑性指數IP距地表1.5m處30.118.411.719.21.8813.7粉粘土距地表3.0m處30.619.311.322.51.8913.3粉粘土距地表4.5m處30.519.111.424.71.8614.0粉粘土由表中數據可知：該類粉粘土液限含水量、塑性指數均較小，最大干密度可達1.89g/cm3,具有足夠的強度和穩(wěn)定性，根據秦沈客運專線鐵路路基施工技術細則規(guī)定可作為路堤本體填料。但在DK269+200+400段路堤本體的填筑試驗過程中發(fā)現：土體由于天然含水量較大，經開挖裝卸后結成塊狀，從而導致土體內水分被封閉，不易散發(fā)，一般需反復翻曬46天才能接近最佳含水量。隨著水分的散發(fā)，很多土粒粘結成1cm大小的顆粒球，并且壓實成型困難，在最佳含水量條件下CA25型重型壓路機振動碾壓8遍后，壓實系數K可達0.9130.938，而地基系數K30僅在 76.392.8MPa/m范圍內，25個K30檢測點有10個點達不到標準要求（設計要求細粒土路堤本體K3090MPa/m；壓實系數K0.90）。若繼續(xù)碾壓，填筑的路基層強度反而下降，如振動加壓一遍后K30值僅在72.291.3 MPa/m范圍內，振動加壓二遍后K30值下降至68.188.4MPa/m之間。實踐證明：此類粉粘土僅靠調整施工工藝、增加碾壓遍數是無法達到 質量要求的。因為其土體顆粒自身強度低，即使在充分密實的狀態(tài)下強度也不會很高。只有改變土體顆粒的組成結構，即土體改良，才能從根本上提高土體顆粒結構強度，最終達到整個路基層強度增高的目的。土體改良的方法有很多，總體可歸類為兩種，一種為摻其它土進行物理改良；另一種為摻固化劑進行化學改良。在秦沈線東部試驗段，我們進行了粉粘土摻砂的物理改良試驗，表2.1.2所列為改良土室內試驗相關數據。 粉粘土摻粗砂改良物理力學性質 表2.1.2改良土配比最大干密度g/cm3最佳含水量%液限WL %塑性指數IP %干粉粘土：干砂100:301.9412.229.210.3100:401.9810.828.39.7100:501.9810.227.29.4注:砂為北寧棉花張村粗砂, 0.5mm顆粒含量63.4%上表顯示：粉粘土摻砂改良后，物理力學性質有了較大的改善，其最大干密度增加值最大的達0.09g/cm3，液限含水量下降4.6%11.1%，同時塑性指數也降低了12.0%19.6%，強度和穩(wěn)定性提高了很多。按試驗確定的最佳配比（粉粘土：砂=100：40）在DK270+100+200段進行現場填筑試驗：改良土在最佳含水量條件下，用CA25型重型壓路機振壓56遍，地基系數K30和壓實系數K均可達到路堤本體的壓實標準。但由于粉粘土天然含水大，容易粘結成團，改良土很不易拌和均勻，從而導致填筑的路基層強度離散性大，檢測點中K30值最小僅為94.6MPa/m,最大的達到133.7 MPa/m。施工證明，如果粉粘土的天然含水量過大，不論晾曬的干燥程度怎樣，無論路拌或廠拌，拌和物的均勻性都將受到很大的限制。因此，粉粘土物理改良后的工程性質除了與源土的結構性質、顆粒成分有關外，在很大程度上還要受其自身天然含水的限制。一般情況下，源土天然含水或塑性指數（IP2mm20.5mm0.50.25mm0.250.1mm0.1mm最大 粒徑 mm不均勻系數Cu曲率系數Cc樣品132.122.913.124.67.32011.70.32.088.3樣品236.424.616.014.88.23013.80.52.068.9注:試驗樣品取自于碾壓成型的路基層中從上表可以看出：此類礫砂土主要由20.1mm顆粒組成，小于0.1mm細顆粒含量較少，它的特點是透水性強，水的毛細上升高度很小，具有較大的內摩擦角，不均勻系數Cu較小，顆粒均勻。修筑路基強度高，水穩(wěn)性好。缺點是顆粒間的粘結性差，干燥時呈松散狀態(tài)，要用振動法才能壓實，但經充分壓實的路基壓縮變形很小，整體穩(wěn)定性較好。由于此類礫砂土的最佳含水量較小，天然含水均接近最佳含水，礫砂土運至施工現場，不需補水或晾曬，即可攤鋪碾壓，用CA25型重型壓路機振壓45遍，K30值即可達131.9153.2 MPa/m，孔隙率僅17.2%19.8%，能夠達到路堤本體和基床底層的壓實標準。但由于該類礫砂土顆粒間的粘結性差，路堤邊坡極易被沖刷，日積月累可能導致整個路基失穩(wěn)，危及行車安全。所以此類礫砂土路基的填筑施工，一定要注意邊坡的壓實，并且及時做好邊坡防護工程。2.3 角礫土（山皮土）秦沈線東部試驗段約90%的路堤填料為角礫土。該類角礫土主要分布在北寧鮑家鄉(xiāng)一帶，當地俗稱山皮土，淡黃色，顆粒微風化，棱角分明，強度較高，并且土顆粒間具有較大的內摩擦角和粘結力。其物理力學性質見表2.3.1 鮑家鄉(xiāng)角礫土物理力學性質 表2.3.1 試驗項目 取樣地點顆粒分析(%)最大干密度g/cm3最佳含水量Wop %地基系數 K30MPa/m孔隙率%6020mm205mm52mm20.5mm0.50.25mm0.250.1mm0.1mm最大粒徑mm不均勻 系數 Cu曲率系數CcDK269+200400段基床底層23.026.311.515.36.74.412.850101.21.22.167.2158.2-183.917.8-19.4DK270+500870段基床底層25.119.812.916.26.95.813.36094.71.12.147.6160.7-181.416.7-19.8注： DK269+200+400段角礫土土樣中粒徑0.5mm細集料的液限為28.3%，塑性指數為6.9%。DK270+500+870段角礫土土樣中粒徑0.5mm細集料的液限為27.6%，塑性指數為6.4%由于此類角礫土顆粒級配組成的不均勻系數Cu大，很容易引起粗細顆粒的離析，所以在攤鋪過程中一定要注意填料的均勻性，最好有一料場，對填料進行均化，并將大于200mm的粗大顆粒剔除或人工破碎，才可用于填筑，碾壓前宜用D85推土機或其它大功率推土機攤鋪初壓，控制含水量在Wop3的范圍內，一般重型壓路機振壓45遍即可達到路堤基床底層的壓實標準，壓實后的路基面平整光滑。從表中數據可知：填料中粒徑小于0.5mm細集料的液限含水量、塑性指數較小，壓實后的路基層地基系數K30值可達180MPa/m以上，說明該類角礫土經壓實后具有很高的強度和較好的水溫穩(wěn)定性。 3 總 結通過室內和現場填筑試驗，可總結出上述幾類填料的工程性質，為路基的填筑施工提供指導性依據。 （1）粉粘土顆粒強度低，液限含水量、塑性指數相對較大，因而水溫穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性差，一般不適宜填筑高速鐵路路基。摻一般粗粒土進行物理改良，可降低其液限含水量和塑性指數，提高強度和穩(wěn)定性，達到路堤本體、基床底層的壓實標準，但改良土施工周期長，工程質量受制約的因素多，控制較為困難，并且造價高，不經濟。（2）礫砂類土：具