分析铁路改良粉细砂填料应用性能试验

孙发荣（中铁二十一局第二工程有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 引 言

某铁路工程施工地段，除了表面是薄层黏土外，其他均为粉细砂土质，厚度在10m以上。在施工的局部地段沙丘上还生长着大量的杨树、柳树以及梧桐树等。该铁路为II级线路且为单线铁路（正线数目），施工过程中应较大荷载下的重型轨道设计。路基面的标准宽度和路堑标准宽度分别为7.8m和7.4m。图1展示了路堤标准横断面，包括陆地本体、基床底层和基床表层三个部分。

图1 路堤标准横断面示意图

在《铁路路基设计规范》TB 10001—2016中有规定说，对于路基基床表层填充材料的选择，最优的是A组的填充材料，其次是B组的填充材料，而在基床表层以下则可以选择A组、B组或 C 组类型的填充材料进行填筑。如果在填筑时使用的是砂类的材料，那么其基床底层的相对密度的大小应该为0.75，基于地基系数的K30平板载荷试验，其大小应超过100MPa/m，基床以下的相对密度和地基系数K30的大小应分别达到0.70和80MPa/m[1]。

对于本工程来说，采用主要成分为粉细砂的填料。粉细砂的填料的优点是比较均匀，但缺点也很明显，即级配不高，所以按照铁路施工标准可将其判定为C组类型的填料，不均匀系数和曲率系数分别为2.00和0.77。图2显示了粉细砂颗粒大小的分布曲线。粉细砂天然含水率仅占百分之三。最大干密度1.78g/m3，最小干密度1.43g/cm3。级配曲线如图2所示[2]。

图2 路基填料粉细砂级配曲线

通过对粉细砂路基填筑的各项条件和指标（主要包括检测位置、碾压方式、最大干密度、湿土密度及碾压遍数等）进行实施与分析，得到了如表1所示的结果。从表1可以知道，最大的干密度为1.78g/cm3，并且不受碾压机的吨数、碾压方式以及碾压变数等因素的影响。当试验进行第二层填筑时，挖掘机行走和自卸汽车卸土时比较费力，轮胎打滑且逐渐陷入砂里，无法再继续前行，最终只能将自卸汽车用推土推出。将填料卸在已验收过的地基或路基压实层上，利用推土机推平填料，在此过程中已破坏首层，履带印辙继续加深，不能再开展进一步的试验[3]。在进行铁路建设时，利用粉细砂填料进行填筑往往会出现如下问题：一是即使粉细砂填料的相对密度可以基本符合规范标准，然而K30的试验值却与标准的规范要求范围即基床底层 K30 为 100（MPa/m）以及路堤本体 K30 为 80（MPa/m）差别十分明显。二是，如何防范对于重载自卸车的陷车问题比较困难自卸车递进时发生陷车现象，在这种情况下是不应该进入施工地点进行施工的。卸料工作宜布置在运输及卸料方便的安全边缘地带。三是填料较高的路堤不适宜上料[4]。

表1 某铁路粉细砂路基填筑物理改良试验段报告表（砾砂:细砂=6:4）

表2 某铁路粉细砂路基填筑物理改良试验段报告表（砾砂:细砂=7:3）

对于填料的改良主要可以分为两大类，一类是物理改良，另一类则是化学改良。通过采取将粗砂、卵石以及砾石等粗颗粒土掺入到泥土中的方式来达到提升颗粒级配的目标，以改善工程性能的物理力学性能，从而达到地基加固的目标。化学改良指的则是土样分别进行掺固化剂、石灰、水泥等掺合料掺入改良土试验，进一步提升土体工程性能，达到改良效果。具体而言，一方面是可以对填土的速率加以控制，从而使得路基的相关施工工作安全、稳定的顺利进行下去，保证不会出现因施工不当而产生的过大的附加沉降现象；另一方面则是在预测远期沉降时以沉降观测相关资料为依据，并以沉降发展的相关速率、趋势以及剩余沉降量等为根据采取恰当合理的施工措施，从而让路基的工后沉降量以及沉降速率两因素都能够在运行的范围内[5]。

对于该施工现场来说，其施工地水泥的来源是比较远的，并且在进行相关改良措施的确认过程中，因施工的工期比较紧张，所以最终在距离线位 10～30千米的位置相关施工单位以及建设单位与政府达成了十几处土地的使用协议，填料包括砾砂这些A组或者B组的填料。并且在路基DK35+768～DK35+835 段（不受雨水经常冲洗的区域或部位）进行物理改良。采用砾砂与细砂掺拌的形式，在规定的检测位置和对应的填土层数上进行试验。体积比分别为 6：4 和 7：3。试验所得到的密实度、K30 试验结果如表1、表2所示。

2 改良后应该达到的标准

为加强路基的强度和水稳定性，粉细砂填料经砾砂改良，基床底层的相对密度应超过0.75，K30应超过100MPa/m。而对于基床以下的位置，其相对密度则应该在0.70以上，而相应的地基系数K30需要在80MPa/m以上[6]。

对于粉细砂填料来说，在经过砾砂改良后，主要由孔隙率 n(%)以及地基系数 K30 两参数控制，其中，基床底层的孔隙率应该在31%以上，地基系数K30则应该在120MPa/m以上，而对于基床以下的空隙率，则需要在32%以上，而对应的地基系数则需要在110MPa/m以上。

3 物理改良试验结果

物理改良的试验结果主要体现在以下几个部分：第一，当砾砂、细砂改良体积比为7：3时，松铺厚度在 0.3～0.5m范围内，且振动碾压机碾压 6 遍，则其相对密度可以达到0.81～0.86，K30则可以达到112～144MPa/m，都可以满足基床底层及以下路堤压实标准。第二，当砾砂、细砂改良体积比为 6：4，松铺厚度为0.3～0.5米范围内，且振动碾压机碾压为8 遍时，其相对密度在 0.76～0.84范围内，K30 达到71～84MPa/m，相对密度能满足基床底层及以下路堤要求。由此，我们可以知道不论是改良土体积比为6：4 的情况下还是在 7：3的条件下，都可以解决施工难点，进一步提高施工的效率[7]。

4 结 语

粉细砂属于C组类型的填料，填筑后的K30却不符合相关标准，所以需要进一步的改良；现阶段的铁路施工一般都是采取大型的机械进行作业，而在粉细砂填筑的路基上难以开展有效施工。因此，本文通过掺入不同体积 A、B 组（砾砂或碎石土）填料到粉细砂填料中进行试验，最后通过结果分析得出此种改良方式能够在一定条件下增加K30的值，从而在满足《铁路路基设计规范》要求的基础上解决施工方面的难题。可以说，铁路路基施工是一项复杂的系统工程，要求施工部门和监理部门在施工管理过程中认真负责，及时掌握和运用新工艺、新方法，对现有技术缺陷进行完善和改良，根据实际需要选择最佳技术方案，从而提升铁路施工的质量和效益。