張 泉 羅 強 魏永幸

(1.西南交通大學(xué) 道路與鐵道工程系，成都 610031;2.鐵道第二勘察設(shè)計院 地質(zhì)路基處，成都 610031)

高速鐵路的發(fā)展必須以安全、可靠、舒適等為前提，這些均取決于構(gòu)成鐵路系統(tǒng)各方面的高品質(zhì)和高可靠性。要使列車高速安全平穩(wěn)地運行，線路的穩(wěn)定與平順是必不可少的條件。路基是軌道的基礎(chǔ)，路基的變形直接反映到軌面上，它對軌道的影響主要表現(xiàn)為垂直下沉除路基自重產(chǎn)生的壓密下沉外，在列車多次重復(fù)荷載作用下還產(chǎn)生累計永久下沉(塑性殘余變形)過大或不均勻的變形，將導(dǎo)致路基病害，造成軌道的不平順既加劇列車與線路的動力作用，也給高速線路養(yǎng)護(hù)維修造成難以克服的困難［1-2］。而路基的質(zhì)量與路基填料工程性質(zhì)好壞直接相關(guān)。因此，遂渝鐵路無砟軌道試驗段要求基床填料使用A、B組填料或改良填料。水泥穩(wěn)定碎石作為一種優(yōu)質(zhì)的化學(xué)改良填料，正愈來愈廣泛地應(yīng)用于無砟軌道路基及過渡段的結(jié)構(gòu)中，主要起到提高基床強度、增加基床剛度的作用，尤其適用于調(diào)整過渡段路基支撐剛度沿縱向的變化，達(dá)到過渡段路基剛度平順過渡的目的。本文根據(jù)現(xiàn)場水泥穩(wěn)定粒料設(shè)計施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和條件，采用擊實或壓實的制樣方法，開展了不同含灰率(2%～10%)的水泥穩(wěn)定粒料在7 d養(yǎng)生的無側(cè)限抗壓強度試驗，對水泥穩(wěn)定碎石物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步研究，并得出了一些有益的結(jié)論，為實際工程提供參考依據(jù)。

1 碎石基本性質(zhì)土工試驗

為了獲得遂渝無砟軌道試驗段路基改良填料的各項技術(shù)參數(shù)，通過對所采用的水泥穩(wěn)定碎石這種化學(xué)改良填料進(jìn)行了室內(nèi)土工試驗，其試驗流程見圖1。

圖1 室內(nèi)土工試驗流程

1.1 碎石顆粒級配

試驗所用的粒料取自無砟軌道試驗段某料場，由粒徑大小不同的粗、細(xì)碎石集料和石屑各占一定比例拌合而成的混合料。粒料的母巖礦物成分為石灰?guī)r，顏色為灰褐色，呈菱狀，含泥量很小。粒料中針狀、片狀顆粒含量較少，利于級配碎石的拌合均勻以及孔隙率的降低和強度的提高。取上述規(guī)格集料，進(jìn)行室內(nèi)級配試驗。

1.1.1 試驗所采用碎石粒料的配比

粗粒料碎石(16～40 mm)∶細(xì)粒料碎石(5～16 mm)∶石屑(0 ～5 mm)=1∶1∶1。

1.1.2 取樣數(shù)量

石屑(0～5 mm):2 kg;細(xì)粒料碎石(5～16 mm):2 kg;粗粒料碎石(16～40 mm):2 kg。

1.1.3 試驗結(jié)果

第一組碎石，篩后各級篩上和底盤內(nèi)試樣質(zhì)量的總和為5 995 g，篩前試樣總質(zhì)量為6 000 g，兩者的差值為6 000-5 995=5 g，差值與篩前試樣總質(zhì)量的比值為0.083% ＜1%;第二組碎石，篩后各級篩上和底盤內(nèi)試樣質(zhì)量的總和為5 980 g，篩前試樣總質(zhì)量為6 000 g，兩者的差值為6 000-5 980=20 g，差值與篩前試樣總質(zhì)量的比值為0.33%＜1%。顆粒級配試驗滿足《鐵路工程土工試驗規(guī)程》［3］要求。將試驗所得碎石粒料級配與《鐵路碎石道床底砟》(TB/T2897)［4］中基床表層級配相比較，如圖2所示，可以看出級配曲線在規(guī)范要求的基床表層碎石級配上下限之間，并且相對較圓滑。

將試驗所得碎石級配與規(guī)范中過渡段碎石級配相比較，如圖3所示。計算出不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)并與規(guī)范中級配指標(biāo)相比較，見表1。從表1中可以看出碎石級配各項指標(biāo)相對較好。

圖2 碎石級配與規(guī)范要求基床表層碎石級配對比

圖3 碎石級配與規(guī)范中過渡段碎石的級配對比

表1 試驗所得碎石級配指標(biāo)與規(guī)范要求級配指標(biāo)比較 %

1.2 碎石顆粒含水量

試驗中采用烘干法測定碎石粒料的含水量，根據(jù)《鐵路工程土工試驗規(guī)程》(TB10102—2004)［3］規(guī)定:碎石粒料在105℃～110℃溫度下烘至恒溫時所失去水的質(zhì)量與室溫時干粒料質(zhì)量的比值即

式中 w——含水率(%);

md——干試樣質(zhì)量(g);

m0——濕試樣質(zhì)量(g)。

試驗過程中所采用粒料的配比為:粗粒料碎石(16～40 mm)∶細(xì)粒料碎石(5～16 mm)∶石屑(0～5 mm)=1∶1∶1

試驗結(jié)果見表2。

表2 含水率試驗值

從表2中可以看出:第一組試樣的含水率為0.67%，第二組試樣的含水率為0.50%，平均含水率為0.59%;比一般情況偏低，這可能與試樣試驗前在室內(nèi)放置的時間偏長(約2 d)因素有關(guān)。

1.3 碎石擊實密度

通過擊實試驗，測量重塑碎石的密度。具體方法:取上述三種粒徑風(fēng)干試樣各5 kg(共15 kg)拌合均勻;粒料配比按1∶1∶1。將其攪拌均勻分兩層裝入擊實桶中并且分層擊實，第一次裝約5 L左右振動25次，用擊錘擊實，然后再次加入碎石，左右振動25次，用擊錘擊實，最后將表面抹平。稱量其質(zhì)量，計算其密度，密度值見表3。

表3 級配碎石擊實密度試驗值 g/cm3

2 水泥穩(wěn)定碎石物理力學(xué)性質(zhì)

2.1 試驗條件

水泥穩(wěn)定碎石是將不同含量的水泥(質(zhì)量比)摻入到級配碎石中形成的穩(wěn)定粒料。采用擊實或壓實的制樣方法，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗，每一組做3個平行試驗。

2.1.1 試樣形狀及尺寸

試樣的形狀為圓柱形，尺寸(直徑 ×高)為150 mm×150 mm。

水泥采用重慶富皇P.O32.5普通硅酸鹽早強水泥。

2.1.2 制樣過程

1)取風(fēng)干試樣放入塑料袋中并向其加水，加水量約為試樣3%拌勻潤濕，并且密封，放置時間為24 h。

2)將浸潤過的試樣，加入預(yù)定數(shù)量的水泥并拌合均勻，在拌合過程中將預(yù)留的水約2%加入試料中，使混合料的含水率達(dá)到最優(yōu)含水率(約5%左右)。

3)先將試模內(nèi)壁涂一層潤滑油，取浸潤過的混合料分三次灌入試模中，每次灌入后都左右振動25次并用夯棒均勻插實。放在壓力機(jī)上靜壓(160 kN)，一邊靜壓，一邊用搗棒敲擊試模。放置3 h后脫模。

4)脫模后先用塑料袋包好，然后立即放入標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時間為7 d，養(yǎng)護(hù)時溫度指標(biāo)為23℃左右，濕度(RH)95%左右。

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

表4給出了在不同摻合比，水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果?？梢钥闯觯喾€(wěn)定碎石的優(yōu)點是具有足夠高的強度，其7 d無側(cè)限抗壓強度值都＞1 MPa，能滿足高速鐵路對基床底層的要求，并且受水分變化的影響不大，它的強度越高，穩(wěn)定性越好。據(jù)日本學(xué)者研究［5］，土質(zhì)改良后的無側(cè)限抗壓強度如 ＞500 kPa，則在水穩(wěn)定性和動力穩(wěn)定性方面均可滿足要求。

圖4～圖6給出了不同含灰率對水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度和彈性模量以及密度影響規(guī)律。可以看出，水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強度、彈性模量和密度，隨含灰率的提高呈不同幅度的增長趨勢。從圖4中可以看出，2%～6%無側(cè)限抗壓強度隨含灰率的增加，增加速率比較快，2% ～4%無側(cè)限抗壓強度增加123%，4% ～6%無側(cè)限抗壓強度增加165%，而6% ～10%無側(cè)限抗壓強度隨含灰率的增加，增加速率變慢;6%～8%無側(cè)限抗壓強度增加16%，8% ～10%無側(cè)限抗壓強度增加18.5%。從圖5中可以看出，2% ～6%彈性模量隨含灰率的增加，增加速率比較快，2% ～4%彈性模量增加209%，4% ～6%彈性模量增加256%，而6% ～8%彈性模量隨含灰率的增加，曲線變化相對較緩和，彈性模量增加14.4%。8% ～10%彈性模量隨含灰率的增加，增加速率又變大，彈性模量增加48%。從圖6可以看出，密度曲線從2% ～4%隨含灰率的增加曲線變化較大，但從4% ～6%隨含灰率的增加曲線變化相對平穩(wěn)，從6% ～10%隨含灰率的增加曲線變化較大，但變化比2%～4%相對平穩(wěn)。

表4 不同含灰率試樣的密度、無側(cè)限抗壓強度 qu、彈性模量值

圖4 不同含灰率試樣的無側(cè)限抗壓強度曲線

3 結(jié)論

通過一系列室內(nèi)土工試驗，可獲得水泥穩(wěn)定碎石具有以下物理力學(xué)特性:

圖5 不同含灰率試樣的彈性模量曲線

圖6 不同含灰率試樣的密度值曲線

1)試驗證明各粒徑碎石含量相對適中、顆粒級配較好。能滿足《鐵路碎石道床底砟》(TB/T2897)［4］級配要求，并且級配曲線相對較圓滑。這樣有利于施工過程中級配碎石孔隙率的降低和密實度的提高。

2)試驗測得兩組水泥穩(wěn)定碎石粒料的擊實密度均值為1.897 g/cm3，含水率均值為0.59%，且水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度、彈性模量、密度隨含灰率的提高呈不同幅度的增長趨勢。

3)在2% ～10%含灰率范圍內(nèi)，水泥穩(wěn)定碎石7 d無側(cè)限抗壓強度值在1.572～12.790 MPa之間，彈性模量在144.67～2 016 MPa之間，高于級配碎石的抗壓強度和彈性模量值，但較低強度等級的素混凝土相應(yīng)值低。因此，不同含灰率的水泥穩(wěn)定碎石能夠較好調(diào)整過渡段路基支承剛度沿縱向的變化，達(dá)到過渡段路基剛度平順過渡的目的。

［1］馬學(xué)寧，梁波，黃志軍，等.高速客運專線路基改良填料的試驗研究［J］，鐵道學(xué)報，2005，27(5):96-101.

［2］郝贏.鐵道工程［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，1999.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10102—2004 鐵路工程土工試驗規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB/T2897 鐵路碎石道床底砟［S］.北京:中國鐵道出版社，1997.

［5］韓文斌，王元漢.京滬高速鐵路路基基床填料改良試驗研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20(增):1910-1916.