周家成，方 燾

(1.錦州鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧 錦州 121000;2.華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，南昌 330013)

1 概述

粉細(xì)砂根據(jù)成因可以分為風(fēng)積和沉積兩種，由于粉細(xì)砂的黏性和塑性都很小，尤其是風(fēng)積粉細(xì)砂，顆粒均勻且細(xì)，干燥時松散，且受風(fēng)、水等的影響很大，其作為路基填料質(zhì)量控制指標(biāo)體系和相關(guān)的施工技術(shù)尚存在不成熟的地方。但是，在荒漠地區(qū)修建鐵路本身填料缺乏，且生態(tài)脆弱，如粉細(xì)砂能填筑路基，則可以就地取材，減少對荒漠地區(qū)生態(tài)的破壞，同時可以減小填料運距，降低工程造價。田華等對粉細(xì)砂改良填筑高速公路路基進行了試驗研究，否定用粉細(xì)砂直接作為路基填料的可行性[1]。徐軍等對沙漠風(fēng)積細(xì)粒土路基填料選擇的影響因素、施工工藝和質(zhì)量控制要點進行了探討[2]。喬純、關(guān)鍵對粉細(xì)砂填筑灌溉堤壩工程技術(shù)問題進行了研究，提出了應(yīng)用粉細(xì)砂修筑堤防存在的問題和解決措施[3]。裴生艷等對沈山高速公路臺安至遼中段粉細(xì)砂填筑路基施工的機械選擇、填筑、檢測方法等進行了介紹，得出用振動光面壓路機，重視填料質(zhì)量，嚴(yán)格操作規(guī)范，用粉細(xì)砂填筑路基是可行的結(jié)論[4]。

錫(錫林浩特)烏(烏蘭浩特)線、大(大虎山)鄭(鄭家屯)線、巴(巴彥烏拉)新(新立屯)線、甘(甘旗卡)庫(庫倫旗)線等穿過大片荒漠地區(qū)，土質(zhì)主要為風(fēng)積和沉積的粉細(xì)砂，A、B組填料基本沒有，而路基設(shè)計規(guī)范將粉細(xì)砂作為C組填料，但是沒有給出粉細(xì)砂填筑的施工質(zhì)量控制指標(biāo)體系[5]，使得設(shè)計和施工人員在設(shè)計和施工過程中，沒有依據(jù)遵循。

2 粉細(xì)砂物理力學(xué)性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)

線路沿線為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層(Q4eol)粉砂和細(xì)砂。粉砂為褐黃色至淺黃色，松散～中密，稍濕～飽和，主要礦物成分為長石和石英;細(xì)砂為淺黃色～黃褐色，松散～中密，稍濕～潮濕，主要礦物成分為長石和石英。

根據(jù)試驗結(jié)果分析，粉細(xì)砂顆粒均勻且細(xì)(見表1)，極為松散，干燥時的承載力極低，保水性較差，滲水率極高，失水松散，易產(chǎn)生干翻漿、干陷現(xiàn)象。其天然重度為16.0～18.5 kN/m3。

表1 甘庫線粉細(xì)砂篩分試驗成果 %

2.2 工程力學(xué)特性

粉細(xì)砂由于顆粒細(xì)且均勻遇水后體現(xiàn)一定的粘性，但是失水很快松散，天然休止角很小，呈現(xiàn)出無黏性特性，根據(jù)室內(nèi)直接剪切試驗成果分析，其c值在0～5 kPa，φ 值在 25°～28°之間，且壓縮性較差。

3 粉細(xì)砂填筑路基結(jié)構(gòu)形式探討

3.1 固土網(wǎng)墊法

固土網(wǎng)墊法為坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊撒草籽的防護方法，該方法的技術(shù)要點:①路堤由坡腳至路肩全坡面斜鋪固土網(wǎng)墊并撒草籽，固土網(wǎng)墊用竹釘固定，梅花形布置，間距1 m。②坡面撒草籽，每平方米撒0.015 kg草籽。③護肩用M7.5水泥砂漿砌片石砌筑。④固土網(wǎng)墊頂部壓入護肩不得小于0.3 m，坡腳應(yīng)埋入地面以下0.3 m。施工要求:①鋪設(shè)固土網(wǎng)墊前應(yīng)修整邊坡，使坡面平整，以使網(wǎng)墊與邊坡緊貼。②鋪網(wǎng)前，坡面先灑水至邊坡0.3 m深度內(nèi)濕潤為止，以利草籽生長成活。③網(wǎng)墊應(yīng)與坡面緊貼，不得出現(xiàn)空隙，對不緊貼之處加釘竹釘。④鋪網(wǎng)后，在網(wǎng)墊上均勻撒土，厚度至網(wǎng)包深度之半(約1 cm)，然后撒草籽。⑤為使草籽均勻撒在網(wǎng)墊上，將草籽與土按1∶10重量混合好后，用人工撒播，應(yīng)注意保證每平方米草籽不少于15 g。⑥每副網(wǎng)墊鋪設(shè)時，搭接長不小于2 cm，并注意搭接處上層網(wǎng)墊密貼下層網(wǎng)墊，不留間隙。坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊示意見圖1。

圖1 坡面鋪設(shè)固土網(wǎng)墊示意

3.2 加筋包填法

加筋包填法即沿著路基高度方向分層平鋪土工格柵，同時用碎石土或者黏性土包裹的填筑方法。其施工技術(shù)要求:

1)將地表整平碾壓至規(guī)定要求，然后分層填筑路堤，地面橫坡陡于1∶5地段挖臺階，底寬應(yīng)不小于2.0 m。

2)路堤邊坡坡度:路堤高為0～6 m時，邊坡為1∶1.75;路堤高為8 m以下時，邊坡為1∶2。

3)路堤邊坡自地表起每填筑高0.6 m，于路堤邊坡水平寬3.0 m范圍內(nèi)鋪設(shè)TGSG30-30土工格柵一層，直至基床底層底部。

4)鋪設(shè)土工格柵時，先將碾壓密實的填土層整平，搭接長度0.3 m，格柵鋪設(shè)應(yīng)平整、密貼，然后在其上填土。

5)為防止骨架護坡施工挖槽露出格柵，骨架護坡地段格柵外端距邊坡應(yīng)保持1.0 m的距離。

6)平鋪土工格柵后，嚴(yán)禁汽車直接行駛在土工格柵上，并要避免過量拉伸。

7)土工格柵盡量避免長時間露天存放或暴露施工過久。

土工格柵應(yīng)進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，滿足設(shè)計要求的各項性能指標(biāo)。保管、施工應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)的設(shè)計圖及施工規(guī)范和《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(TB10118—2006)有關(guān)規(guī)定進行。

3.3 夾層填筑法[1]

該方法工藝為填筑基底面驗收合格→松鋪一層厚40 cm的粉細(xì)砂→整平、穩(wěn)壓→再松鋪一層厚20 cm的外借A、B組料→整平、碾壓→檢測與驗收。該方法施工要點:①控制填料的含水量，一般在最佳含水量附近。②粉細(xì)砂層經(jīng)T-140履帶式推土機(自重16～18 t)以2.5 km/h的速度進行穩(wěn)壓2遍即可。穩(wěn)壓時履帶輪重復(fù)1/2，直線段由兩邊向中間進行，彎道處由內(nèi)側(cè)向外側(cè)進行，以利形成路拱。③第二層外借A、B組料，如果是A碎石類料或角礫土料，則必須由人工將粒徑>100 mm的大石塊清除;如果是B圓礫土料、砂黏土料，則因含水率較高需要先將料源攤鋪晾曬到含水率達(dá)8%左右方可，同時需注意邊坡排水問題，并由人工修整邊坡，使部分外借料將粉細(xì)砂層覆蓋，避免砂層的水分散失并增加其邊坡的穩(wěn)定性。④外借料采用逐步攤鋪法進行。⑤外借料層經(jīng)推土機、平地機整平后，采用YZ18A型自行式振動壓路機(自重18 t)以2.5 km/h的速度先進行弱振2遍，再強振2遍，最后再靜壓2遍，仍按輪跡重復(fù)1/3進行，碾壓方式同粉細(xì)砂層。

3.4 改性填筑法

該方法主要是通過改良填料的物理力學(xué)特性和工程特性的方法。目前主要有兩種途徑:一種是物理改良，即向粉細(xì)砂填料中摻 A、B組土，以改善填料的物理力學(xué)特性和工程特性;另一種是化學(xué)改良，即向粉細(xì)砂填料中摻水泥，以達(dá)到改良填料的工程特性目的。

4 結(jié)構(gòu)形式的技術(shù)經(jīng)濟比較

4.1 填筑方法優(yōu)缺點分析

固土網(wǎng)墊法對邊坡穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在邊坡防護系統(tǒng)能夠有效地防止荒漠地區(qū)風(fēng)蝕和雨水的沖刷作用，保證路基工程的耐久性，同時間接保證邊坡的穩(wěn)定性。施工較復(fù)雜，難以保證施工質(zhì)量。加筋包填法一方面通過碎石土(或黏土)包坡、護肩和護腳措施有效地防止荒漠地區(qū)風(fēng)蝕作用，同時注意到了荒漠地區(qū)降雨量不大，降雨對邊坡的沖刷作用是有限的;另一方面通過在邊坡上分層加筋，對邊坡起到一定的加固作用。其施工比固土網(wǎng)墊法方便。夾層填筑法與普通路基填筑方法差異不大，兩層存在不同的施工質(zhì)量控制參數(shù)，路基豎向呈現(xiàn)各向異性特征。改性填筑法是最可靠的填筑方法，但是，該法施工工藝復(fù)雜，難以保證拌合均勻，工程造價高。目前，該種方法沒有得到大面積推廣使用。

4.2 加筋包填法穩(wěn)定性分析

根據(jù)室內(nèi)直接剪切試驗成果，對目前用的較普遍的填筑結(jié)構(gòu)形式粉細(xì)砂加筋填筑法，進行了路堤的穩(wěn)定性分析。取黏聚力 c=5 kPa，內(nèi)摩擦角 φ=25°，路堤高度分別為 6、12、18 m，格柵寬度為 3、5、7 m，沿路堤高度每0.6 m厚度鋪設(shè)等情況，探討了有、無格柵情況下不同填筑高度以及格柵的不同寬度和間距對路基邊坡穩(wěn)定性的影響。格柵的抗拉強度為30 kN/m，受剪切時的摩爾庫倫強度參數(shù)為c=10 kPa，φ=40°。簡化bishop分析結(jié)果見圖2。

圖2 土工格柵對邊坡穩(wěn)定性影響

從上面分析的結(jié)果看出，在保證施工質(zhì)量前提下，粉細(xì)砂填筑路基高度應(yīng)<12 m。同時也可以看出，土工格柵對路基穩(wěn)定的貢獻(xiàn)與土工格柵鋪設(shè)的寬度密切相關(guān)，一般在坡高<6 m時，基本是穩(wěn)定的。土工格柵<3 m時，對邊坡穩(wěn)定性的直接貢獻(xiàn)有限，邊坡越高，土工格柵對邊坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)體現(xiàn)越明顯。

5 結(jié)語

我國西北和東北地區(qū)存在大面積的沙漠和荒漠地區(qū)，風(fēng)積砂地區(qū)工程建設(shè)項目還很多。從工程設(shè)計與施工經(jīng)驗出發(fā)，總結(jié)了粉細(xì)砂筑堤的試驗和實踐成果，并對粉細(xì)砂填筑鐵路路基的幾種結(jié)構(gòu)形式進行了歸納和總結(jié)。

[1] 田華.粉細(xì)砂路基物理改良試驗段施工總結(jié)［J］.市政·交通·水利工程設(shè)計，2008(4):56-57.

[2] 徐軍，周四.崔祥茂沙漠風(fēng)積細(xì)粒土路基填筑介紹［J］.西部探礦工程，2006(4):253-254.

[3] 喬純，關(guān)鍵.粉細(xì)砂筑堤工程技術(shù)研究［J］.水利科技與經(jīng)濟，2008(4):336-337.

[4] 裴生艷，李燕龍.粉細(xì)砂填筑路基施工［J］.鐵道工程學(xué)報，1999(4):124-126.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.