秦沈線東部試驗段幾種路基填料工程性質(zhì)的分析和總結(jié).doc

秦沈線東部試驗段三類路基填料 工 程 性 質(zhì) 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(zhì)進(jìn)行分析比較，總結(jié)出一些有利于指導(dǎo)施工的技術(shù)資料，為路基的大面積填筑施工提供了可靠的依據(jù)。 關(guān)鍵詞路基填料 物理改良 1 前言 路基是鐵路軌道的基礎(chǔ),它常位于各種復(fù)雜的地質(zhì)、地形、水文等自然環(huán)境之中，經(jīng)受風(fēng)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(qiáng)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(yùn)行。填筑高質(zhì)量路基是工程的關(guān)鍵，而高質(zhì)量路基的修筑成型，擁有先進(jìn)的施工設(shè)備和優(yōu)良的施工工藝固然重要，但路基填料的工程性質(zhì)同樣至關(guān)重要。充分了解填料的工程性質(zhì)，有利于正確、合理的指導(dǎo)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(nèi)，路堤基底大多為低洼水田，水系水網(wǎng)發(fā)達(dá)，地下水位較高?；驳讓蛹耙韵侣返烫罘接?0余萬立方米,設(shè)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(zhì)進(jìn)行分析和說明。 2 填料的工程性質(zhì) 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(zhì)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(biāo)，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(zhì)。大量的試驗證明：液限含水量、塑性指數(shù)（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(zhì)。不均勻系數(shù)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(shù)Cc值描述土顆粒的分布范圍，某粒徑的顆粒是否缺失。根據(jù)工程經(jīng)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(qiáng)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(xì)顆粒就容易離析,影響工程質(zhì)量。2.1 粉粘土及其物理改良設(shè)計院提供的青年水庫土場土為一般細(xì)粒土，黑褐色，天然含水量較大，呈硬塑軟塑狀，干燥時粘結(jié)成團(tuán)、分散困難。其物理性質(zhì)如下表2.1.1 細(xì)粒土物理性質(zhì) 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(shù)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(shù)據(jù)可知：該類粉粘土液限含水量、塑性指數(shù)均較小，最大干密度可達(dá)1.89g/cm3,具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，根據(jù)秦沈客運(yùn)專線鐵路路基施工技術(shù)細(xì)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(xiàn)：土體由于天然含水量較大，經(jīng)開挖裝卸后結(jié)成塊狀，從而導(dǎo)致土體內(nèi)水分被封閉，不易散發(fā)，一般需反復(fù)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(jié)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(jī)振動碾壓8遍后，壓實系數(shù)K可達(dá)0.9130.938，而地基系數(shù)K30僅在 76.392.8MPa/m范圍內(nèi)，25個K30檢測點有10個點達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求（設(shè)計要求細(xì)粒土路堤本體K3090MPa/m；壓實系數(shù)K0.90）。若繼續(xù)碾壓，填筑的路基層強(qiáng)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(nèi)，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(diào)整施工工藝、增加碾壓遍數(shù)是無法達(dá)到 質(zhì)量要求的。因為其土體顆粒自身強(qiáng)度低，即使在充分密實的狀態(tài)下強(qiáng)度也不會很高。只有改變土體顆粒的組成結(jié)構(gòu)，即土體改良，才能從根本上提高土體顆粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最終達(dá)到整個路基層強(qiáng)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(jìn)行物理改良；另一種為摻固化劑進(jìn)行化學(xué)改良。在秦沈線東部試驗段，我們進(jìn)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(nèi)試驗相關(guān)數(shù)據(jù)。 粉粘土摻粗砂改良物理力學(xué)性質(zhì) 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(shù)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(xué)性質(zhì)有了較大的改善，其最大干密度增加值最大的達(dá)0.09g/cm3，液限含水量下降4.6%11.1%，同時塑性指數(shù)也降低了12.0%19.6%，強(qiáng)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(jìn)行現(xiàn)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(jī)振壓56遍，地基系數(shù)K30和壓實系數(shù)K均可達(dá)到路堤本體的壓實標(biāo)準(zhǔn)。但由于粉粘土天然含水大，容易粘結(jié)成團(tuán)，改良土很不易拌和均勻，從而導(dǎo)致填筑的路基層強(qiáng)度離散性大，檢測點中K30值最小僅為94.6MPa/m,最大的達(dá)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(zhì)除了與源土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、顆粒成分有關(guān)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(shù)（IP2mm20.5mm0.50.25mm0.250.1mm0.1mm最大 粒徑 mm不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)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(xì)顆粒含量較少，它的特點是透水性強(qiáng)，水的毛細(xì)上升高度很小，具有較大的內(nèi)摩擦角，不均勻系數(shù)Cu較小，顆粒均勻。修筑路基強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好。缺點是顆粒間的粘結(jié)性差，干燥時呈松散狀態(tài)，要用振動法才能壓實，但經(jīng)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(yùn)至施工現(xiàn)場，不需補(bǔ)水或晾曬，即可攤鋪碾壓，用CA25型重型壓路機(jī)振壓45遍，K30值即可達(dá)131.9153.2 MPa/m，孔隙率僅17.2%19.8%，能夠達(dá)到路堤本體和基床底層的壓實標(biāo)準(zhǔn)。但由于該類礫砂土顆粒間的粘結(jié)性差，路堤邊坡極易被沖刷，日積月累可能導(dǎo)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(hù)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(dāng)?shù)厮追Q山皮土，淡黃色，顆粒微風(fēng)化，棱角分明，強(qiáng)度較高，并且土顆粒間具有較大的內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。其物理力學(xué)性質(zhì)見表2.3.1 鮑家鄉(xiāng)角礫土物理力學(xué)性質(zhì) 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(shù) K30MPa/m孔隙率%6020mm205mm52mm20.5mm0.50.25mm0.250.1mm0.1mm最大粒徑mm不均勻 系數(shù) Cu曲率系數(shù)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(xì)集料的液限為28.3%，塑性指數(shù)為6.9%。DK270+500+870段角礫土土樣中粒徑0.5mm細(xì)集料的液限為27.6%，塑性指數(shù)為6.4%由于此類角礫土顆粒級配組成的不均勻系數(shù)Cu大，很容易引起粗細(xì)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(jìn)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(jī)或其它大功率推土機(jī)攤鋪初壓，控制含水量在Wop3的范圍內(nèi)，一般重型壓路機(jī)振壓45遍即可達(dá)到路堤基床底層的壓實標(biāo)準(zhǔn)，壓實后的路基面平整光滑。從表中數(shù)據(jù)可知：填料中粒徑小于0.5mm細(xì)集料的液限含水量、塑性指數(shù)較小，壓實后的路基層地基系數(shù)K30值可達(dá)180MPa/m以上，說明該類角礫土經(jīng)壓實后具有很高的強(qiáng)度和較好的水溫穩(wěn)定性。 3 總 結(jié)通過室內(nèi)和現(xiàn)場填筑試驗，可總結(jié)出上述幾類填料的工程性質(zhì)，為路基的填筑施工提供指導(dǎo)性依據(jù)。 （1）粉粘土顆粒強(qiáng)度低，液限含水量、塑性指數(shù)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(jìn)行物理改良，可降低其液限含水量和塑性指數(shù)，提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性，達(dá)到路堤本體、基床底層的壓實標(biāo)準(zhǔn)，但改良土施工周期長，工程質(zhì)量受制約的因素多，控制較為困難，并且造價高，不經(jīng)濟(jì)。（2）礫砂類土：具