賈 燕

(中鐵一院集團蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅蘭州 730000)

1 概述

新建大何鐵路(大塔—何家塔鐵路)為鄂爾多斯地區(qū)“三橫四縱”鐵路網(wǎng)建設格局中的“三橫”之一。大何鐵路全長140 km，為國鐵Ⅰ級單線電氣化鐵路，填料標準要求較高，基床強度及工后沉降控制較嚴?！惰F路路基設計規(guī)范》［1］(TB 10001—2005)規(guī)定，Ⅰ級鐵路的路堤基床表層應選用A組填料(砂類土除外)，當缺乏A組填料時經(jīng)經(jīng)濟比選可采用級配碎石或級配砂礫石;路堤基床底層應選用A、B組填料，否則應采取土質改良或加固措施。

大何鐵路地處內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯高原和庫布其沙漠東部過渡地帶，自新包神鐵路大塔站引出后沿庫布其沙漠邊緣的低山丘陵區(qū)向北行進，地表多分布厚度不等的第四系全新統(tǒng)風積粉細砂。粉細砂由于其特殊的組成、結構和物理狀態(tài)，若直接將粉細砂作為路基填料，則路基整體穩(wěn)定性差，承載能力低，在一定條件下極易產(chǎn)生液化及出現(xiàn)水流沖蝕等病害，不符合路基基床填料的設計要求［2］。如果基床表層及底層完全依靠外運級配碎石或級配砂礫石等合格的填料，既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實。

為節(jié)省工程投資，大何鐵路決定就地取材，采用水泥改良粉細砂作為大何鐵路路基基床底層填料［3-4］。為了有效控制水泥改良粉細砂路基的工后沉降及其沉降變形速率，決定在正線上填筑路基試驗段，對其工后沉降及其沉降變形速率進行監(jiān)測，對水泥改良粉細砂路基的穩(wěn)定狀態(tài)進行評估，根據(jù)沉降發(fā)展的趨勢、速率及剩余沉降量等試驗結果來指導設計和施工。

2 試驗段測試斷面及測試原器件布設

大何鐵路水泥改良粉細砂路基試驗段起訖里程為DK25+550—DK25+850，全長300 m，線路以填方形式在沙漠中穿過，所在區(qū)域內粉細砂中除細粒含量＜5%且級配良好的粉細砂可作為B組填料外，其余均只能作為C組填料。試驗段路基基底采用重錘夯實進行處理，基床底層采用水泥摻量為5%的改良粉細砂填筑［5-7］，厚度1.9 m，基床底層以下采用現(xiàn)場粉細砂(屬于C組填料)直接進行填筑。大何鐵路水泥改良粉細砂路基試驗段共設置6個試驗斷面，分別為DK25+570，DK25+620，DK25+670，DK25+720，DK25+770，DK25+820。各試驗區(qū)段長40 m，區(qū)段內設置1個試驗斷面。區(qū)段之間設置有10 m的過渡段，如圖1所示。

試驗段路基面設計寬度為7.8 m，平均填方高度5.0 m，邊坡坡率為1∶2，6個試驗斷面中對地表水平位移、地層內水平位移、路基面沉降、地基不同深度沉降、全斷面沉降等路基變形進行了監(jiān)測［8］。各試驗的試驗斷面測試原器件布設方式如圖2所示，各試驗的試驗斷面測試原器件布設數(shù)量如表1所示。

圖1 大何鐵路水泥改良粉細砂試驗段路基縱向平面布置

圖2 DK25+720代表斷面測試原器件布設示意

表1 試驗斷面里程及元器件布設匯總

3 測試結果與分析

3.1 地基分層沉降變形

為分析由地基沉降引起的豎向應變在深度方向上的分布規(guī)律，采用沉降板、分層沉降管等元器件，在各試驗斷面的線路中心處、距離路肩0.5 m處、坡腳外1.0 m處的豎直面分別進行了沉降變形數(shù)據(jù)的采集。以DK25+570測試斷面為例，線路中心處的沉降變形量隨埋深的增加而遞減，且隨路基填筑完成時間而遞減，如圖3所示。即在路基面下0.5 m處的累計變形量為40～180 mm，而路基面下10.4 m處的累計變形量則為0.3～0.5 mm。

圖3 DK25+570試驗斷面路基線路中心處變形曲線

同時，DK25+570試驗斷面的路肩面下與坡腳面下的沉降變形規(guī)律同線路中心的沉降變形規(guī)律基本一致，但其累計變形量小于路基中心的累計變形量，即路肩面下0.5～10.6 m深度范圍內的最大累計變形量為7～70 mm(如圖4所示)，坡腳面下0.5～6.0 m深度范圍內的最大累計變形量為29～70 mm(如圖5所示)。

圖4 DK25+570試驗斷面路肩面下變形曲線

圖5 DK25+570試驗斷面坡腳面下變形曲線

試驗路基各試驗斷面的累計變形量如表2所示。

表2 試驗路基各試驗斷面累計變形量

從表2看出，在2011年11月8日至2013年3月20日的觀測期內，各試驗斷面路基中心表面的累計變形量最大，為150～191 mm，路肩表面的累計變形量次之，為50～110 mm，坡腳表面的累計變形量最小，為26～45 mm。且各路基表面的累計變形量與路基填高有較為密切的關系，除個別路段外，即總體而言路基填筑高度越大，表面的累計變形量越大，這與路基填筑荷載有關。但從總體上看，該試驗段內DK25+720斷面的路基填筑高度最大，為5.5 m，而路基中心表面的累計變形量僅為191 mm，也即工后變形量在不大于200 mm的可控范圍之內［1］，以5%水泥改良粉細砂作基床底層填料的路基整體是穩(wěn)定的，符合設計要求。

3.2 路基橫剖面沉降變形

為監(jiān)測和評估各試驗斷面的路基橫向沉降變形，采用剖面沉降管對各試驗斷面進行了橫剖面沉降變形觀測。DK25+570試驗斷面的路基橫剖面沉降變形曲線如圖6所示。

圖6 DK25+570試驗斷面路基橫剖面沉降變形曲線

從圖6可以看出，DK25+570試驗斷面路堤與地面交接處的橫向沉降變形曲線基本呈拋物線形分布，在路堤坡腳處的累計變形量較小，為10～30 mm，路堤中心位置處的累計變形量較大，為50～65 mm。各測試點的累計變形量2013年3月較2011年11月有所增大，路堤中心處的最大值相差為16.6 mm。

其它各試驗斷面 DK25+620，DK25+670，DK25+720，DK25+770，DK25+820路堤與地面交接處橫向沉降變形曲線與DK25+570試驗斷面相似，其中心最大變形量分別為 65.8，88.1，91.2，87.3，64.0 mm，2013年3月與2011年11月相比，6個試驗斷面的變形增加量為15.3～22.6 mm，如圖7所示。

圖7 各試驗路堤與地面交接處橫剖面最大沉降量及增量

3.3 試驗路基穩(wěn)定性分析

從圖3～圖6可以看出，路基中心表面(路基面下0.5 m)的累積變形量最大。由表2可以看出，試驗斷面 DK25+570，DK25+620，DK25+670，DK25+720，DK25+770，DK25+820中心表面工后最大累積沉降變形量分別為 180，170，150，191，190，160 m，均小于《鐵路路基設計規(guī)范》(TB 10001—2005)規(guī)定的累積變形量不應大于200 mm的要求［1］。

同時，從圖3還可以看出，試驗斷面DK25+570中心表面(路基面下0.5 m)2013年3月較2012年3月的最大累積變形量增量為20 mm，即最大沉降變形速率為20 mm/年。同理可知，DK25+620，DK25+670，DK25+720，DK25+770，DK25+820 等 5 個試驗斷面工后最大沉降變形速率分別為 32，17，23，27，19 mm/年，均小于《鐵路路基設計規(guī)范》(TB 10001—2005)規(guī)定的累積變形速率不應大于50 mm/年的要求［1］。

4 結語

1)新建大何鐵路沿線廣泛分布的粉細砂無法滿足Ⅰ級鐵路對路基基床填料的要求。因此，在DK25+550—DK25+850設立試驗段，以5%水泥摻量改良后的粉細砂做基床底層填料進行填筑試驗，并對其工后沉降及沉降變形速率進行監(jiān)測分析，有利于就地取材，同時為控制工后沉降提供理論依據(jù)。

2)以5%水泥摻量改良后的粉細砂作基床底層B組填料時，填筑高度為4.0～5.5 m的試驗路堤中心表面的工后累積沉降變形量為150～191 mm，其工后沉降變形速率介于17～32 mm/年，滿足《鐵路路基設計規(guī)范》(TB 10001—2005)規(guī)定的累積變形量不應大于200 mm、累積變形速率不應大于50 mm/年的具體要求。

3)以5%水泥摻量改良后的粉細砂作基床底層B組填料時，路堤整體是穩(wěn)定的，既滿足設計要求，又節(jié)約建設成本。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10001—2005 鐵路路基設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB 10035—2006 鐵路特殊路基設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］葉彩娟，辛文棟.水泥改良細砂填料工程性能試驗研究［J］.山西建筑，2008，34(10):166-167.

［4］雷杰，黃志軍.水泥改良粉細砂在干濕環(huán)境下力學性能試驗研究［J］.鐵道建筑，2012(11):84-87.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10102—2004 鐵路工程土工試驗規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［6］王素靈.水泥改良土路基填筑施工技術［J］.鐵道建筑，2008(3):56-58.

［7］趙光鵬，馬楠.水泥土性能及其影響因素的分析［J］.山西建筑，2008，34(13):98-101.

［8］周家，成方燾.粉細砂填筑路基結構形式探討［J］.鐵道建筑，2010(5):71-73.