京能铁路专用线工程水泥改良粉土应用研究

常 世 清

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)



京能铁路专用线工程水泥改良粉土应用研究

常 世 清

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

通过室内试验，对河北涿州京能铁路专用线沿线原状粉土和掺入不同剂量水泥的改良土进行了物理力学指标、压实系数及地基系数等试验，验证了水泥改良该工程粉土的可行性，并确定了改良粉土所需要水泥的掺入量和改良土的最优含水率。

粉土，物理力学指标，压实系数，地基系数

0 引言

近年来，我国高速铁路飞速发展，新建铁路运行速度大大提高，对铁路路基的稳定性、强度及变形提出了更高的要求。路基不仅作为轨道结构的坚实基础，还要具备足够的强度、刚度、稳定性以及耐久性，以提高列车运行的安全性及舒适性。粉土为第四系全新统松散堆积物(Q4)，冲积、洪积而成，是一种具有特殊物理力学性能的不良路基填料。粉土具有较大渗透系数，拥有较强的渗透固结能力，干燥时多呈粉末状，颗粒以粉粒和细粒为主，粘粒含量小，比表面积较小。粉土的塑性指数(Ip)较小，粘结力不强，不易碾压成型，干燥后碾压容易被压碎，并出现分层状现象及层叠式推移。粉土遇水尤其大面积浸水后，立刻会被湿透，易变成流体状态，抗冲蚀能力较差。由此可见粉土由于其较差的物理力学性能会给铁路路基带来极大的安全隐患。然而由于粉土分布广泛，就地取材，合理利用粉土作为路基填料已经成为铁路、公路行业学者的一个重要课题。近年来国内学者在采用石灰、水泥及粉煤灰等无结合料改良粉土整体性能方面已形成重要理论成果。

张海西等通过工程实践，利用试验对水泥改良粉土和水泥粉煤灰改良粉土后的物理力学性能进行了比较，得出了掺入少量水泥或粉煤灰可显著增强粉土抗剪强度及水稳性。

陈燕等以京沪高铁新长段粉土路基为研究对象，通过水泥改良粉土试验，对不同水泥掺入量的改良粉土的特性进行了对比。

河北涿州京能热电厂铁路专用线工程中，路基挖、填方均较大，全线粉土覆盖层较厚，均为C级填料。挖方弃土造成资源浪费，而且外购优质填料运距较远，成本昂贵。面对这个问题，在前人粉土改良研究的基础上，充分考虑专用线附近水泥取材方便等条件，选用水泥作为掺加剂，对挖方弃土进行改良加以利用。由于土质差异性，各地粉土的物理力学性能各不相同，改良措施亦不可能相同。因此本文着重通过具体试验，确定该铁路粉土路基的改良方案。

1 水泥稳定粉土机理

粉土颗粒质量较小，浸水时单个下沉碰撞到已沉积颗粒时，可能因颗粒之间的相互引力而停留在接触面上不再继续下沉，从而形成空隙较大的蜂窝结构，土颗粒之间的凝结力较小，影响整体强度及稳定性。加入一定量水泥后，水泥颗粒可以充分填充粉土颗粒之间的蜂窝状空隙，提高土的整体容重，且水泥在水热化过程中，可以吸收粉土颗粒间的一部分水分，将粉土颗粒牢固粘结在一起，大大提高粉土颗粒间的凝结力。施工过程中，粉土中掺入一定比例水泥并充分搅拌碾压整平，促使水泥与粉土中的水分充分反应，水泥与粉土相互凝结产生强度，提高了路基强度，亦可达到消除粉土湿陷、碾压易碎的目的。

2 水泥改良粉土室内试验

方案中确定使用水泥对粉土进行改良，以确保改良土不仅具备铁路路基所需的压实度、强度及稳定性要求，又要符合经济合理的原则。因此通过一系列土工试验对原状土及不同水泥剂量下的改良土在满14 d的养护龄期后的物理力学指标进行对比，从而得出最佳水泥掺入量。

2.1 物理性质分析

通过密度试验、颗粒分析试验、界限含水率试验及渗透试验等，分别测定了原状土及改良土的含水量、密度、液限、塑限、液性指数、塑性指数及渗透系数等指标，其结果见表1。

表1 物理性质指标

由表1分析可知，与原状粉土相比较，掺入水泥后土样含水量与孔隙比下降，说明水泥颗粒有效填充了土样空隙，且与土中水发生反应，使得土样颗粒凝结在一起。改良后的粉土液限、塑限及塑性指数均有增加，以液限尤为明显，进一步说明土颗粒胶结力及可塑性增强，而塑限、塑性指数及液性指数对于水泥不同掺入量无明显区别。随着水泥掺入量增加，土样的液性指数逐渐降低，这表明加入水泥后可使粉土变得更加坚硬，且随着掺入量增加而增大，另外根据《铁路工程地质勘察规范》附录D中表D.0.1-4可判断改良后的粉土的地基基本承载力比原状粉土有明显提高。

2.2 压实标准分析

从设计、施工角度出发，是否能达到规定的压实标准是判断改良土成败的最关键因素。以改良土为填料的铁路路基是以压实系数K≥0.9以及地基系数K30≥80 MPa/m的双重标准衡量路基的压实标准的。在京能铁路专业用线DK1+622.5右侧37.8 m处选取若干原状土样，分别对原状土样及加入不同剂量水泥的改良土样进行击实试验与地基系数实验，其实验结果如表2，图1～图4所示。

表2 击实试验结果

由表2可知，原状粉土的压实系数不满足规范要求，加入水泥后压实系数增大，且随着水泥剂量增加而加大。水泥掺入量为2%时，改良后的土样已满足压实系数要求。

地基系数(K30)是从荷载强度与下沉关系曲线表中得出的下沉量基准值(1.25 mm)对应的荷载强度。由图1～图4可知，原状粉土的地基系数(K30)较小，不符合压实标准，掺入2%水泥后提高至约70，但仍达不到压实标准。掺入水泥量达到5%时，地基系数(K30)约81，满足要求。

3 结语

1)试验表明，河北涿州京能热电厂铁路专用线所在区域的粉土物理力学性质较差，虽然能达到路基工程B级填料所要求的强度，但其稳定性不足，无法达到压实标准，如果选用其为路基填料，必须进行改良处理。

2)掺入水泥后，土样物理力学性质明显得到改善，地基承载力、压实系数(K)以及地基系数(K30)均增大，水泥掺入量越大，效果越佳，但其增幅并非随水泥掺入量呈线性增长。

3)掺入水泥量为2%时，改良土的地基基本承载力、压实系数(K)满足要求，但是地基压实系数(K30)尚未达到铁路路基的压实标准。

4)水泥掺入量为5%，8%时，改良土的地基基本承载力、压实系数(K)、地基压实系数(K30)均满足要求，说明水泥改良粉土的方案是可行的。掺入8%的水泥的土样物理力学性质优于掺入5%的水泥土样，但从经济合理角度出发，建议水泥掺入量为5%，且其最优含水率约为7.4%。

[1]张海西，夏 琼，杨有海.水泥及水泥粉煤灰改良粉土填料性能试验研究.路基工程，2007(3)：75-76.

[2]陈 燕，魏宏超，徐 鹏.高速铁路粉土路基改良试验研究.安全与环境工程，2011(5)：126-128.

[3]TB 10102—2010，铁路工程土工试验规程.

[4]TB 10012—2007，铁路工程地质勘察规范.

[5]TB 10001—2005，铁路路基设计规范.

The application research on engineering cement modified soil powder of Jingneng railway dedicated line

Chang Shiqing

(ChinaRailwayFifthExploration&DesignInstituteGroupLimitedCompany,Beijing102600,China)

Through the indoor test, this paper made physical and mechanical indexes, compactness and foundation coefficient and other tests to Hebei Zhuozhou Jingneng railway dedicated line along undisturbed silt and improved soil doped into the different doses of cement, verified the feasibility of cement improved the engineering silt soil, and determined the cement amount of improved silt and optimal improved soil moisture rate.

silt, physical mechanics index, compaction coefficient, foundation coefficient

1009-6825(2015)18-0150-02

2015-04-15

常世清(1984- )，男，工程师

U214.15

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