于壯飛

(京沈鐵路客運(yùn)專線遼寧有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110006)

沈丹客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速250 km，采用CRTSⅢ型板無(wú)砟軌道型式，沿線屬于寒冷地區(qū)冬季長(zhǎng)而寒冷夏季短而溫暖，土壤最大凍結(jié)深度0.91～1.49 m。無(wú)砟軌道技術(shù)的采用對(duì)路基工后沉降提出了更加嚴(yán)格的要求。

對(duì)沈陽(yáng)至丹東鐵路客運(yùn)專線工程現(xiàn)場(chǎng)料源不滿足路基防凍脹措施要求的填料，通過(guò)一定工藝篩分及摻拌實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒含量控制和改善級(jí)配。通過(guò)滿足細(xì)顆粒含量要求的石屑調(diào)整級(jí)配碎石，經(jīng)過(guò)壓實(shí)和檢驗(yàn)?zāi)軌驖M足相關(guān)要求，為工程實(shí)施提供了依據(jù)。

1 填料細(xì)顆粒含量對(duì)凍脹的影響

影響路基凍脹因素主要有填料細(xì)顆粒含量、足夠的負(fù)溫總量、土的水源補(bǔ)給和施加的力，當(dāng)4個(gè)條件都具備時(shí)，路基就不可避免地發(fā)生凍脹，在路基設(shè)計(jì)中主要采用控制填料細(xì)顆粒含量和置防凍層、隔水層、防排水和防凍脹護(hù)道等處理措施防治路基凍脹。粒徑組成對(duì)土的凍脹性的影響主要決定于土顆粒與水相互作用的能力，當(dāng)土的粒徑由大變小時(shí)，其比表面積由小變大，顆粒與水的作用及土在凍結(jié)過(guò)程中水分遷移的能力也隨著加大，土的凍脹量增大。當(dāng)粗粒土中含有細(xì)顆粒時(shí)，增加了薄膜水的含量和連續(xù)性，粗粒土就會(huì)發(fā)生凍脹。

2 路基填料要求

2.1 基床表層級(jí)配碎石

基床表層填料應(yīng)由開山塊石、天然卵石或砂礫石經(jīng)破碎篩選而成，材料單軸飽和抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa，粒徑級(jí)配應(yīng)符合表1規(guī)定。粒徑大于1.7 mm顆粒的洛杉磯磨耗率不大于30%，硫酸鈉溶液浸泡損失率不大于6%;粒徑小于0.5 mm的細(xì)顆粒的液限不大于25%，塑性指數(shù)小于6。

表1 基床表層級(jí)配控制要求

2.2 基床填料選擇

基床底層填筑A、B組填料，厚2.3 m。其中最大凍深范圍內(nèi)填料細(xì)顆粒(顆粒粒徑≤0.075 mm)含量要求小于5%;壓實(shí)后小于7%(水洗法)，壓實(shí)后滲透系數(shù)不小于5×10-5m/s。基床以下路堤優(yōu)先選用A、B組填料。

3 試驗(yàn)填料級(jí)配選取

3.1 非凍脹A、B組填料篩分試驗(yàn)

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，非凍脹材料大規(guī)模過(guò)篩篩除0.5 mm以下粒徑無(wú)法實(shí)現(xiàn)，考慮到填料的級(jí)配以及實(shí)際操作，分別進(jìn)行了篩除4、5、6 mm以下粒徑的施工現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)和模擬生產(chǎn)試驗(yàn)。A、B組填料源為本溪新城站內(nèi)料場(chǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)定制一個(gè)6 mm孔的振動(dòng)篩，模擬正常生產(chǎn)時(shí)的篩分工藝，試驗(yàn)室進(jìn)行篩分5、4 mm以下粒徑模擬生產(chǎn)試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明三種試驗(yàn)篩分中小于0.075 mm的顆粒含量滿足路基防凍脹級(jí)配要求。現(xiàn)場(chǎng)過(guò)6 mm篩的2組試驗(yàn)Cu為3.4，Cc平均值為1.45，小于0.075 mm顆粒含量平均值為1.5%;室內(nèi)取現(xiàn)場(chǎng)料過(guò)5 mm篩試驗(yàn)結(jié)果表明 Cu為25，Cc平均值為2.55，小于0.075 mm顆粒含量平均值為2.85%;室內(nèi)取現(xiàn)場(chǎng)料過(guò)4 mm篩試驗(yàn)結(jié)果表明Cu為22.9，Cc平均值為1.95，小于0.075 mm顆粒含量平均值為2.70%。

3.2 級(jí)配碎石配制及篩分試驗(yàn)

級(jí)配碎石選取DK25+000料場(chǎng)內(nèi)地材市場(chǎng)比較常用單粒徑的碎石。共進(jìn)行了19組試驗(yàn)級(jí)配碎石配制及篩分試驗(yàn)，總體分為3種方案:0～5 mm石粉直接調(diào)配(5組)、將0～5 mm石粉篩除0.5 mm以下細(xì)顆粒(9組)、粗砂代替0～5 mm石粉(5組)，經(jīng)調(diào)配后試驗(yàn)結(jié)果如下:0～5 mm石粉直接調(diào)配以及用粗砂代替0～5 mm石粉配置的試驗(yàn)結(jié)果均不能滿足級(jí)配要求;篩除0.5 mm以下細(xì)顆粒經(jīng)過(guò)細(xì)調(diào)摻配比例后能調(diào)配出滿足要求的級(jí)配(表2)。

表2 石粉篩除0.5 mm以下細(xì)顆粒級(jí)配碎石篩分結(jié)果

4 壓實(shí)試驗(yàn)

4.1 A、B組填料壓實(shí)試驗(yàn)

2013年6月中交一公局在沈丹客運(yùn)專線某標(biāo)段本溪新城站W(wǎng)2線位進(jìn)行防凍脹填料控制試驗(yàn)，試驗(yàn)段路堤填高1.0 m，填筑A、B組填料和級(jí)配碎石。試驗(yàn)段長(zhǎng)180 m，共填筑4層，每60 m為一段，其中第一、二層選3種不同配比A、B組填料、第三、四層為調(diào)配好的3種不同級(jí)配的級(jí)配碎石填料。碾壓遍數(shù)為靜壓1遍+強(qiáng)震5遍+弱震1遍+靜壓1遍，檢測(cè)指標(biāo)為動(dòng)態(tài)彈性模量Evd(≥40 MPa)、地基承載力K30(≥150 MPa/m)、壓實(shí)度系數(shù)K(≥0.95)和小于0.075 mm細(xì)顆粒含量(壓實(shí)后小于7%)。

表3為過(guò)6 mm篩的A、B組填料非凍脹試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總，檢測(cè)結(jié)果顯示:(1)動(dòng)態(tài)彈性模量Evd檢測(cè)16點(diǎn)，合格13點(diǎn)，合格率81%;(2)地基承載力K30檢測(cè)16點(diǎn)，合格12點(diǎn)，合格率75%;(3)壓實(shí)度系數(shù)K檢測(cè)12點(diǎn)，合格12點(diǎn)，合格率100%;(4)小于0.075 mm細(xì)顆粒含量檢測(cè)12點(diǎn)，合格9點(diǎn)，合格率75%。根據(jù)以上結(jié)果分析，嚴(yán)格控制施工過(guò)程，A、B組填料過(guò)6 mm篩后基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)要求，可進(jìn)行路基填筑。

表3 過(guò)6 mm篩A、B組填料現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)(碾壓7遍)

4.2 表層級(jí)配碎石壓實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，填料分2種:分別為采用級(jí)配碎石摻過(guò)0.5 mm篩的石粉及級(jí)配碎石摻粗砂，每種填筑長(zhǎng)90 m，寬度為12 m，碾壓遍數(shù)為靜壓1遍+強(qiáng)震5遍+弱震1遍+靜壓1遍，檢測(cè)指標(biāo)為動(dòng)態(tài)彈性模量Evd(≥55 MPa)、地基承載力K30(≥190 MPa/m)、壓實(shí)度系數(shù)K(≥0.97)。表4為0～5 mm石粉過(guò)0.5 mm篩第6遍碾壓后試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表4 0～5 mm石粉過(guò)0.5 mm篩第6遍碾壓后試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

檢測(cè)結(jié)果顯示級(jí)配碎石摻過(guò)0.5 mm篩的石粉碾壓六遍后，8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)彈性模量Evd及檢測(cè)地基承載力K30合格率均為100%，12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度系數(shù)K合格率也為100%。而級(jí)配碎石摻砂填料碾壓6遍后8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)彈性模量Evd及檢測(cè)地基承載力K30合格率均為0%，12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度系數(shù)K合格率為83.3%?？梢?，在級(jí)配碎石中摻砂是無(wú)法滿足壓實(shí)要求，而在級(jí)配碎石摻過(guò)0.5 mm篩的石粉填料滿足現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)要求，可進(jìn)行表層級(jí)配碎石施工。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)A、B組填料進(jìn)行了過(guò)6、5、4 mm的室內(nèi)篩分試驗(yàn)，以及級(jí)配碎石的篩分及配制，得到滿足路基防凍脹填料級(jí)配，然后進(jìn)行了A、B組填料及級(jí)配碎石的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)及室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)。得出以下結(jié)論。

(1)現(xiàn)場(chǎng)選取的A、B組填料試驗(yàn)過(guò)6 mm篩分后，篩分結(jié)果中小于0.075 mm的顆粒含量滿足路基防凍脹級(jí)配要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的壓實(shí)試驗(yàn)表明，A、B組填料6 mm篩后基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)要求，嚴(yán)格控制施工過(guò)程，可進(jìn)行路基填筑。

(2)現(xiàn)場(chǎng)選取的級(jí)配碎石通過(guò)在級(jí)配碎石中摻過(guò)0.5 mm篩的石粉填料，滿足路基填料防凍脹級(jí)配要求，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)也完全達(dá)到壓實(shí)檢測(cè)指標(biāo)。而以砂替代0～5 mm石粉摻入級(jí)配碎石無(wú)法滿足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)A、B組填料試驗(yàn)過(guò)6 mm篩分以及級(jí)配碎石中摻過(guò)0.5 mm篩的石粉填料，施工填料要求提高，造成施工工藝變更，增加了施工成本。在滿足路基填料防凍脹級(jí)配要求前提下合理控制施工成本是實(shí)際操作中的重點(diǎn)。

［1］ 許健，牛富俊，牛永紅，劉華.換填法抑制季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基凍脹效果分析［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2011(5):1-7.

［2］ 石剛強(qiáng)，王珣.哈大鐵路客運(yùn)專線路基填料凍脹性試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑，2011(10):61-63.

［3］ 劉華，牛富俊，牛永紅，林戰(zhàn)舉，魯嘉濠.季節(jié)性凍土區(qū)高速鐵路路基填料及防凍層設(shè)置研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011(12):2549-2557.

［4］ 王書娟，陳志國(guó)，秦衛(wèi)軍，于麗梅.季節(jié)性冰凍地區(qū)路基凍脹機(jī)理分析［J］.公路交通科技，2012(7):20-24，44.

［5］ 陳宏.嚴(yán)寒地區(qū)季節(jié)性凍土路基施工若干關(guān)鍵問(wèn)題［C］∥中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)鐵道工程學(xué)會(huì)工程地質(zhì)與路基專業(yè)委員會(huì)第二十三屆年會(huì)論文集［C］.2012:4.

［6］ 張鵬，肖緒文.哈大客運(yùn)專線路基填料改良試驗(yàn)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(6):6-8.

［7］ 劉煥強(qiáng)，張敏，馮瑞玲.客運(yùn)專線鐵路路基A、B組填料凍脹性淺析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(11):23-26，42.

［8］ 路明.季節(jié)性冰凍地區(qū)路基聚冰防治措施淺析［J］.林業(yè)科技情報(bào)，2012(4):86-87.

［9］ 張冬青.季節(jié)性冰凍路基病害及防治措施研究［D］.吉林:吉林大學(xué)，2008.

［10］程愛君.鐵路路基填料的凍脹性分類研究［D］.北京:鐵道部科學(xué)研究院，2006.

［11］葉陽(yáng)升，王仲錦，程愛君，羅梅云.路基的填料凍脹分類及防凍層設(shè)置［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2007(1):1-7.

［12］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建沈陽(yáng)至丹東鐵路客運(yùn)專線-路基設(shè)計(jì)原則［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.