寒区客运专线铁路路基防冻胀填料压实试验研究

2014-01-03于壮飞

铁道标准设计 2014年1期

关键词：石粉筛分填料

于壮飞

(京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司，沈阳 110006)

沈丹客运专线设计时速250 km，采用CRTSⅢ型板无砟轨道型式，沿线属于寒冷地区冬季长而寒冷夏季短而温暖，土壤最大冻结深度0.91～1.49 m。无砟轨道技术的采用对路基工后沉降提出了更加严格的要求。

对沈阳至丹东铁路客运专线工程现场料源不满足路基防冻胀措施要求的填料，通过一定工艺筛分及掺拌实现细颗粒含量控制和改善级配。通过满足细颗粒含量要求的石屑调整级配碎石，经过压实和检验能够满足相关要求，为工程实施提供了依据。

1 填料细颗粒含量对冻胀的影响

影响路基冻胀因素主要有填料细颗粒含量、足够的负温总量、土的水源补给和施加的力，当4个条件都具备时，路基就不可避免地发生冻胀，在路基设计中主要采用控制填料细颗粒含量和置防冻层、隔水层、防排水和防冻胀护道等处理措施防治路基冻胀。粒径组成对土的冻胀性的影响主要决定于土颗粒与水相互作用的能力，当土的粒径由大变小时，其比表面积由小变大，颗粒与水的作用及土在冻结过程中水分迁移的能力也随着加大，土的冻胀量增大。当粗粒土中含有细颗粒时，增加了薄膜水的含量和连续性，粗粒土就会发生冻胀。

2 路基填料要求

2.1 基床表层级配碎石

基床表层填料应由开山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成，材料单轴饱和抗压强度不小于30 MPa，粒径级配应符合表1规定。粒径大于1.7 mm颗粒的洛杉矶磨耗率不大于30%，硫酸钠溶液浸泡损失率不大于6%;粒径小于0.5 mm的细颗粒的液限不大于25%，塑性指数小于6。

表1 基床表层级配控制要求

2.2 基床填料选择

基床底层填筑A、B组填料，厚2.3 m。其中最大冻深范围内填料细颗粒(颗粒粒径≤0.075 mm)含量要求小于5%;压实后小于7%(水洗法)，压实后渗透系数不小于5×10-5m/s。基床以下路堤优先选用A、B组填料。

3 试验填料级配选取

3.1 非冻胀A、B组填料筛分试验

根据以往的施工经验和现场实际，非冻胀材料大规模过筛筛除0.5 mm以下粒径无法实现，考虑到填料的级配以及实际操作，分别进行了筛除4、5、6 mm以下粒径的施工现场筛分试验和模拟生产试验。A、B组填料源为本溪新城站内料场，施工现场筛分试验定制一个6 mm孔的振动筛，模拟正常生产时的筛分工艺，试验室进行筛分5、4 mm以下粒径模拟生产试验。

试验结果表明三种试验筛分中小于0.075 mm的颗粒含量满足路基防冻胀级配要求。现场过6 mm筛的2组试验Cu为3.4，Cc平均值为1.45，小于0.075 mm颗粒含量平均值为1.5%;室内取现场料过5 mm筛试验结果表明 Cu为25，Cc平均值为2.55，小于0.075 mm颗粒含量平均值为2.85%;室内取现场料过4 mm筛试验结果表明Cu为22.9，Cc平均值为1.95，小于0.075 mm颗粒含量平均值为2.70%。

3.2 级配碎石配制及筛分试验

级配碎石选取DK25+000料场内地材市场比较常用单粒径的碎石。共进行了19组试验级配碎石配制及筛分试验，总体分为3种方案:0～5 mm石粉直接调配(5组)、将0～5 mm石粉筛除0.5 mm以下细颗粒(9组)、粗砂代替0～5 mm石粉(5组)，经调配后试验结果如下:0～5 mm石粉直接调配以及用粗砂代替0～5 mm石粉配置的试验结果均不能满足级配要求;筛除0.5 mm以下细颗粒经过细调掺配比例后能调配出满足要求的级配(表2)。

表2 石粉筛除0.5 mm以下细颗粒级配碎石筛分结果

4 压实试验

4.1 A、B组填料压实试验

2013年6月中交一公局在沈丹客运专线某标段本溪新城站W2线位进行防冻胀填料控制试验，试验段路堤填高1.0 m，填筑A、B组填料和级配碎石。试验段长180 m，共填筑4层，每60 m为一段，其中第一、二层选3种不同配比A、B组填料、第三、四层为调配好的3种不同级配的级配碎石填料。碾压遍数为静压1遍+强震5遍+弱震1遍+静压1遍，检测指标为动态弹性模量Evd(≥40 MPa)、地基承载力K30(≥150 MPa/m)、压实度系数K(≥0.95)和小于0.075 mm细颗粒含量(压实后小于7%)。

表3为过6 mm筛的A、B组填料非冻胀试验段现场检测数据汇总，检测结果显示:(1)动态弹性模量Evd检测16点，合格13点，合格率81%;(2)地基承载力K30检测16点，合格12点，合格率75%;(3)压实度系数K检测12点，合格12点，合格率100%;(4)小于0.075 mm细颗粒含量检测12点，合格9点，合格率75%。根据以上结果分析，严格控制施工过程，A、B组填料过6 mm筛后基本能满足现场压实要求，可进行路基填筑。

表3 过6 mm筛A、B组填料现场检测数据(碾压7遍)

4.2 表层级配碎石压实试验

根据室内试验结果，填料分2种:分别为采用级配碎石掺过0.5 mm筛的石粉及级配碎石掺粗砂，每种填筑长90 m，宽度为12 m，碾压遍数为静压1遍+强震5遍+弱震1遍+静压1遍，检测指标为动态弹性模量Evd(≥55 MPa)、地基承载力K30(≥190 MPa/m)、压实度系数K(≥0.97)。表4为0～5 mm石粉过0.5 mm筛第6遍碾压后试验段现场检测数据。

表4 0～5 mm石粉过0.5 mm筛第6遍碾压后试验段现场检测数据

检测结果显示级配碎石掺过0.5 mm筛的石粉碾压六遍后，8个检测点的动态弹性模量Evd及检测地基承载力K30合格率均为100%，12个检测点压实度系数K合格率也为100%。而级配碎石掺砂填料碾压6遍后8个检测点的动态弹性模量Evd及检测地基承载力K30合格率均为0%，12个检测点压实度系数K合格率为83.3%。可见，在级配碎石中掺砂是无法满足压实要求，而在级配碎石掺过0.5 mm筛的石粉填料满足现场压实试验要求，可进行表层级配碎石施工。