秦沈线东部试验段几种路基填料工程性质的分析和总结

１ 秦沈线东部试验段三类路基填料

工 程 性 质 的 分 析

[摘 要]本文主要针对秦沈线东部试验段三类路基填料的工程性质进行分析比较，总结出一些有利于指导施工的技术资料，为路基的大面积填筑施工提供了可靠的依据。

[关键词]路基填料 物理改良

1 前言

路基是铁路轨道的基础,它常位于各种复杂的地质、地形、水文等自然环境之中，经受风蚀雨淋、水流冲刷、冻融循环等危害。因此，其必须具有足够的整体稳定性、足够的强度和足够的水温稳定性，才能抵抗各种危害因素的破坏、并承受轨道和列车荷载，保证列车安全平稳的运行。填筑高质量路基是工程的关键，而高质量路基的修筑成型，拥有先进的施工设备和优良的施工工艺固然重要，但路基填料的工程性质同样至关重要。充分了解填料的工程性质，有利于正确、合理的指导施工，避免盲目性。

秦沈线东部试验段（DK268+870.63~DK272+870）地处辽宁省北宁市境内，路堤基底大多为低洼水田，水系水网发达，地下水位较高。基床底层及以下路堤填方有50余万立方米,设计要求用一般土或改良土填筑。本文对试验段使用的三类填料：粉粘土、砾砂土、角砾土（山皮土）的工程性质进行分析和说明。 ２ 2 填料的工程性质

填料是由大小不同、形状各异、成分不一的颗粒组成的集合体。

其中，粘性土类填料的工程性质主要受其自身塑性界限含水量的影响。塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑状态含水量变化范围的指标，它综合反映了土的粒度成分、矿物成分对土的可塑性的影响，反映了土的本质。大量的试验证明：液限含水量、塑性指数（Ip）越小的粘性土其水温稳定性和整体稳定性越好。

粗粒土及巨粒土类填料则主要以颗粒的级配组成来反映其性质。不均匀系数Cu表示大小颗粒的组成情况，Cu值越小说明土越均匀，反之，则说明土颗粒越不均匀； 曲率系数Cc值描述土颗粒的分布范围，某粒径的颗粒是否缺失。根据工程经验可知：一般Cu≥5和Cc=1~ 3能同时满足时,则土体级配良好,容易压实,强度和稳定性高于级配不良的填料。填料的Cu值如果偏大，其粗细颗粒就容易离析,影响工程质量。

2.1 粉粘土及其物理改良

设计院提供的青年水库土场土为一般细粒土，黑褐色，天然含水量较大，呈硬塑—软塑状，干燥时粘结成团、分散困难。其物理性质如下表2.1.1

细粒土物理性质 表2.1.1

取样深度 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 塑性指数

IP

距地表1.5m处 30.1 18.4 11.7 19.2 1.88 13.7 粉粘土

距地表3.0m处 30.6 19.3 11.3 22.5 1.89 13.3 粉粘土

距地表4.5m处 30.5 19.1 11.4 24.7 1.86 14.0 粉粘土 ３ 由表中数据可知：该类粉粘土液限含水量、塑性指数均较小，最大干密度可达1.89g/cm3,具有足够的强度和稳定性，根据《秦沈客运专线铁路路基施工技术细则》规定可作为路堤本体填料。但在DK269+200~+400段路堤本体的填筑试验过程中发现：土体由于天然含水量较大，经开挖装卸后结成块状，从而导致土体内水分被封闭，不易散发，一般需反复翻晒4~6天才能接近最佳含水量。随着水分的散发，很多土粒粘结成1cm大小的颗粒球，并且压实成型困难，在最佳含水量条件下CA25型重型压路机振动碾压8遍后，压实系数K可达0.913~0.938，而地基系数K30仅在 76.3~92.8MPa/m范围内，25个K30检测点有10个点达不到标准要求（设计要求细粒土路堤本体K30≧90MPa/m；压实系数K≧0.90）。若继续碾压，填筑的路基层强度反而下降，如振动加压一遍后K30值仅在72.2~91.3 MPa/m范围内，振动加压二遍后K30值下降至68.1~88.4MPa/m之间。

实践证明：此类粉粘土仅靠调整施工工艺、增加碾压遍数是无法达到 质量要求的。因为其土体颗粒自身强度低，即使在充分密实的状态下强度也不会很高。只有改变土体颗粒的组成结构，即土体改良，才能从根本上提高土体颗粒结构强度，最终达到整个路基层强度增高的目的。土体改良的方法有很多，总体可归类为两种，一种为掺其它土进行物理改良；另一种为掺固化剂进行化学改良。在秦沈线东部试验段，我们进行了粉粘土掺砂的物理改良试验，表2.1.2所列为改良土室内试验相关数据。

４ 粉粘土掺粗砂改良物理力学性质 表2.1.2

改良土配比 最大

干密度

g/cm3 最佳

含水量

% 液限

WL % 塑性指数

IP % 干粉粘土：干砂

100:30 1.94 12.2 29.2 10.3

100:40 1.98 10.8 28.3 9.7

100:50 1.98 10.2 27.2 9.4

注:砂为北宁棉花张村粗砂, <0.1mm颗粒含量8.3% , >0.5mm颗粒含量63.4%

上表显示：粉粘土掺砂改良后，物理力学性质有了较大的改善，其最大干密度增加值最大的达0.09g/cm3，液限含水量下降4.6%~11.1%，同时塑性指数也降低了12.0%~19.6%，强度和稳定性提高了很多。

按试验确定的最佳配比（粉粘土：砂=100：40）在DK270+100~+200段进行现场填筑试验：改良土在最佳含水量条件下，用CA25型重型压路机振压5~6遍，地基系数K30和压实系数K均可达到路堤本体的压实标准。但由于粉粘土天然含水大，容易粘结成团，改良土很不易拌和均匀，从而导致填筑的路基层强度离散性大，检测点中K30值最小仅为94.6MPa/m,最大的达到133.7 MPa/m。施工证明，如果粉粘土的天然含水量过大，不论晾晒的干燥程度怎样，无论路拌或厂拌，拌和物的均匀性都将受到很大的限制。

因此，粉粘土物理改良后的工程性质除了与源土的结构性质、颗粒成分有关外，在很大程度上还要受其自身天然含水的限制。一般情况下，源土天然含水或塑性指数（IP<12）较小的可掺一般粗粒土进行物理改良，反之，源土天然含水或塑性指数大（一般IP=12~20），则应考虑掺固化剂进行化学改良。 ５ 2.2 砾砂土

试验段DK268+870.63~DK269+100段填筑的砾砂土来源于北宁常兴镇西瓦房土场。该类砾砂土是花岗岩完全风化后的产物，呈灰白色，一般为掌状大小的块粒，颗粒结构松散，容易破碎。其物理力学性质试结果如表2.2.1

砾砂土物理力学性质 表2.2.1

试验

项目 颗粒分析 (%) 最大

干密度

g/cm3 最佳

含水量

% >2mm 2~0.5mm 0.5~0.25mm 0.25~0.1mm <0.1mm 最大

粒径

mm 不均匀

系数Cu 曲率系数

Cc

样品1 32.1 22.9 13.1 24.6 7.3 20 11.7 0.3 2.08 8.3

样品2 36.4 24.6 16.0 14.8 8.2 30 13.8 0.5 2.06 8.9

注:试验样品取自于碾压成型的路基层中

从上表可以看出：此类砾砂土主要由2~0.1mm颗粒组成，小于0.1mm细颗粒含量较少，它的特点是透水性强，水的毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦角，不均匀系数Cu较小，颗粒均匀。修筑路基强度高，水稳性好。缺点是颗粒间的粘结性差，干燥时呈松散状态，要用振动法才能压实，但经充分压实的路基压缩变形很小，整体稳定性较好。由于此类砾砂土的最佳含水量较小，天然含水均接近最佳含水，砾砂土运至施工现场，不需补水或晾晒，即可摊铺碾压，用CA25型重型压路机振压4~5遍，K30值即可达131.9~153.2 MPa/m，孔隙率仅17.2%~19.8%，能够达到路堤本体和基床底层的压实标准。但由于该类砾砂土颗粒间的粘结性差，路堤边坡极易被冲刷，日积月累可能导致整个路基失稳，危及行车安全。所以此类砾砂土路基的填筑施工，一定要注意边坡的压实，并且及时做好边坡防护工程。

2.3 角砾土（山皮土）

秦沈线东部试验段约90%的路堤填料为角砾土。该类角砾土主 ６ 要分布在北宁鲍家乡一带，当地俗称山皮土，淡黄色，颗粒微风化，棱角分明，强度较高，并且土颗粒间具有较大的内摩擦角和粘结力。其物理力学性质见表2.3.1

鲍家乡角砾土物理力学性质 表2.3.1

试验项目

取样地点 颗粒分析(%)

最大

干密度

g/cm3 最佳

含水量

Wop

% 地基系数

K30

MPa/m 孔隙率

% 60

∫

20

mm 20

∫

5

mm 5

∫

2

mm 2

∫

0.5

mm 0.5

∫

0.25

mm 0.25

∫

0.1

mm <0.1

mm 最大粒径mm 不均匀

系数

Cu 曲率系数Cc

DK269+200~400段

基床底层 23.0 26.3 11.5 15.3 6.7 4.4 12.8 50 101.2 1.2 2.16 7.2 158.2-183.9 17.8-19.4

DK270+500~870段

基床底层 25.1 19.8 12.9 16.2 6.9 5.8 13.3 60 94.7 1.1 2.14 7.6 160.7-181.4 16.7-19.8

注： DK269+200~+400段角砾土土样中粒径<0.5mm细集料的液限为28.3%，塑性指数为6.9%。

DK270+500~+870段角砾土土样中粒径<0.5mm细集料的液限为27.6%，塑性指数为6.4%

由于此类角砾土颗粒级配组成的不均匀系数Cu大，很容易引起粗细颗粒的离析，所以在摊铺过程中一定要注意填料的均匀性，最好有一料场，对填料进行均化，并将大于200mm的粗大颗粒剔除或人工破碎，才可用于填筑，碾压前宜用D85推土机或其它大功率推土机摊铺初压，控制含水量在Wop±3的范围内，一般重型压路机振压4~5遍即可达到路堤基床底层的压实标准，压实后的路基面平整光滑。从表中数据可知：填料中粒径小于0.5mm细集料的液限含水量、塑性指数较小，压实后的路基层地基系数K30值可达180MPa/m以上，说明该类角砾土经压实后具有很高的强度和较好的水温稳定性。

3 总 结

通过室内和现场填筑试验，可总结出上述几类填料的工程性质，为路基的填筑施工提供指导性依据。

（1）粉粘土颗粒强度低，液限含水量、塑性指数相对较大，因而