居治安，王　婧（.中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江　524005；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東廣州　50230；3.中交交通基礎(chǔ)工程環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州　50230）

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細(xì)角礫土用于高速鐵路路基填料的適用性研究

居治安1，王婧2，3
（1.中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江524005；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東廣州510230；3.中交交通基礎(chǔ)工程環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510230）

摘要鐵路建設(shè)工程的快速發(fā)展帶來路基填料資源匱乏的難題。本文以滇南地區(qū)的高速鐵路項(xiàng)目為依托，對(duì)細(xì)角礫土開展工程特性研究，設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)區(qū)，通過現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)試驗(yàn)，確定攤鋪系數(shù)、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實(shí)的速度和遍數(shù)等工藝參數(shù)。同時(shí)，對(duì)其壓實(shí)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，與粗粒含量較高的A，B組填料路基壓實(shí)效果進(jìn)行比較分析，評(píng)估滇南地區(qū)高速鐵路路基填料的適用性，提出細(xì)角礫土填筑路基的改良措施。

關(guān)鍵詞細(xì)角礫；高速鐵路；路基填料；適用性；施工工藝

填料最大粒徑對(duì)于保證路基工程質(zhì)量起著重要作用。填料顆粒粒徑太大，不易碾壓均勻，易導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降、水囊和不穩(wěn)定的滑動(dòng)面等病害；顆粒粒徑過小，路基的水穩(wěn)性差，遇水易產(chǎn)生病害。因此，路基填筑的理想填料是水穩(wěn)性好和級(jí)配良好的粗粒土。這樣既可減少工后沉降，又有較高的安全儲(chǔ)備以保證路基的穩(wěn)定，并可避免產(chǎn)生病害［1-2］。在《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 1001—2005）中，對(duì)基床填料做了詳細(xì)的規(guī)定，所謂的A，B組填料涵蓋的范圍較廣，從巨粒土到粗粒土，滿足其細(xì)粒含量和顆粒級(jí)配的土多達(dá)幾十種，但對(duì)各類型的A，B組填料能否滿足高速鐵路路基填料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度、水穩(wěn)定性以及滲透性等要求，卻未作統(tǒng)一說明［3-4］。顯然，巨粒土與粗粒土中的A，B組填料工程特性存在區(qū)別，以致填筑工藝技術(shù)、壓實(shí)效果及長期穩(wěn)定性方面也有所不同［5-6］。

新建云桂高速鐵路云南段3標(biāo)段地處滇南文山自治州廣南縣，屬山地高原的丘陵地區(qū)，細(xì)角礫土資源頗為豐富。本文以滇南地區(qū)的高速鐵路項(xiàng)目為依托，對(duì)細(xì)角礫土開展工程特性研究，設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)區(qū)，通過現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)試驗(yàn)，開發(fā)并形成細(xì)角礫土填筑路基的改良工藝技術(shù)，并確定其工藝參數(shù)如攤鋪系數(shù)、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實(shí)的速度和遍數(shù)等，對(duì)其壓實(shí)指標(biāo)（如地基系數(shù)、動(dòng)態(tài)變形模量等）進(jìn)行檢測(cè)，與粗粒含量較高的A，B組填料路基壓實(shí)效果進(jìn)行比較分析，從而評(píng)估滇南地區(qū)高速鐵路路基填料的適用性。

1　細(xì)角礫土級(jí)配分析

根據(jù)我國鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的填料分類標(biāo)準(zhǔn)，以及填料顆粒級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)填料進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，從而確定填料中的各粒徑級(jí)別顆粒的含量，為填料的分類、命名及分組提供依據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范確定填料在鐵路路基中的適用情況。因此本研究先對(duì)角礫土填料進(jìn)行篩析法顆粒分析，分析結(jié)果見圖1。

圖1　填料顆粒粒徑級(jí)配曲線

級(jí)配曲線表明：d60= 5. 2 mm，d30= 0. 56 mm，d10= 0. 26 mm（d60，d30，d10分別為級(jí)配曲線上相應(yīng)于60％，30％，10％含量的粒徑），不均勻系數(shù)Cu= d60/d20= 20. 0＞5，曲率系數(shù)Cc= d230/（d10×d60）= 0. 2≠1～3。加之該土粒徑＞2 mm顆粒的質(zhì)量超過總質(zhì)量的50％，且填料顆粒以尖棱狀為主，細(xì)粒含量（d≤0. 075）為0. 5％＜5％。依據(jù)填料級(jí)配判定標(biāo)準(zhǔn)，該填料級(jí)配不良，屬于B組填料。

《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》（TB 10020—2009）規(guī)定：高速鐵路路基基床底層采用A，B組填料或改良土填筑。本填料屬B組碎石類細(xì)角礫土填料，按規(guī)范要求需要符合壓實(shí)性能要求，才可用于高速鐵路基床底層和基床以下路堤的填筑。

2　路基試驗(yàn)段施工工藝

基床以下路堤，填筑按“三階段、四區(qū)段、八流程”的工藝組織施工，如圖2所示。

圖2　基床以下路堤填料施工工藝

路基填筑前，采用靜力觸探儀對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)核（應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求）。試驗(yàn)段路基采用水平分層法填筑，即按照橫斷面全寬分成水平層次向上填筑。每填一層，經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)標(biāo)要求之后再填上層。

路基填筑時(shí)采用在兩端立桿引樁的保護(hù)措施，隨時(shí)控制并恢復(fù)試驗(yàn)段中線，確保中線準(zhǔn)確，邊線比設(shè)計(jì)線寬出50 cm。為確定最佳的松鋪厚度，采用網(wǎng)格布料法控制填料的松鋪厚度，本路基試驗(yàn)段以30，35，40，45 cm 4種松鋪厚度進(jìn)行攤鋪，用載料20 m3的自卸車裝運(yùn)，每個(gè)網(wǎng)格均勻攤鋪一車。與不同松鋪厚度相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格尺寸見表1。

表1　不同松鋪厚度所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格尺寸

上料結(jié)束后，用推土機(jī)及平地機(jī)攤鋪，人工配合找平，測(cè)量各網(wǎng)格交叉點(diǎn)的高程，記為本層的平均松鋪高程。松鋪厚度采用掛線施工，填料時(shí)用竹簽做標(biāo)記并拉線，用插入法和邊樁輔助進(jìn)行控制。采用26 t重型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，對(duì)于沉降觀測(cè)樁周圍壓實(shí)層分2次夯擊壓實(shí)，每層松鋪約20 cm，夯實(shí)6遍，對(duì)局部“集料窩”人工配合補(bǔ)充料源夯實(shí)。

3壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)頻率

3. 1壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

路基填筑的壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2　路基填筑壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（A，B組填料）

3. 2檢測(cè)頻率

基床以下路堤沿線路縱向連續(xù)長度每100 m檢測(cè)壓實(shí)層壓實(shí)系數(shù)，每壓實(shí)層檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)6點(diǎn)，其中路基左、右距邊線1 m處各2點(diǎn)，路基中部2點(diǎn)；每填高約90 cm（3層）檢測(cè)地基系數(shù)4點(diǎn)，其中距路基邊線2 m處左、右各1點(diǎn)，路基中部2點(diǎn)。

基床底層沿線路縱向連續(xù)長度每100 m每填高約90 cm（3層）抽樣檢測(cè)動(dòng)態(tài)變形模量Evd各4點(diǎn)，其中距路基邊線2 m處左、右各1點(diǎn)，路基中部2點(diǎn)；基床底層壓實(shí)系數(shù)K和地基系數(shù)K30的檢測(cè)頻率同基床以下路堤。

4試驗(yàn)及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

在DK461 + 330—DK461 + 485段，進(jìn)行路基基床底層填筑工藝性試驗(yàn)。通過現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)試驗(yàn)，形成細(xì)角礫土填筑路基的工藝技術(shù)，并確定其工藝參數(shù)如攤鋪系數(shù)、松鋪厚度、施工最佳含水率、壓實(shí)的速度和遍數(shù)等。

4. 1碾壓工藝試驗(yàn)

本路基填筑所使用的填料為麻栗樹華銀山石場(chǎng)生產(chǎn)的細(xì)角礫土，通過表面振動(dòng)壓實(shí)法測(cè)定其最大干密度，并通過現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定最佳含水率。在DK461 +330—DK461 + 485區(qū)段基床底層進(jìn)行碾壓工藝試驗(yàn)時(shí)，松鋪厚度按40 cm控制。

4. 1. 1碾壓組合方式

按先兩側(cè)后中間，先靜壓后弱振再強(qiáng)振后靜壓的方式碾壓。確保縱向和橫向排水坡面的平整，使平整度嚴(yán)格控制在驗(yàn)標(biāo)允許范圍內(nèi)。在通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整的含水率范圍內(nèi)及相同的松鋪厚度下，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)K、地基系數(shù)K30和動(dòng)態(tài)變形模量Evd，確定最佳的碾壓工藝參數(shù)。本試驗(yàn)段路基壓實(shí)采用26 t振動(dòng)壓路機(jī)，強(qiáng)振的振動(dòng)頻率為27 Hz，激振力為405 kN；弱振的振動(dòng)頻率為32 Hz，激振力為290 kN，壓路機(jī)的速度控制在3～4 km/h。本次的碾壓組合方式如下述。

碾壓組合方式a：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振1遍+靜壓1遍，共5遍；

碾壓組合方式b：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振2 遍+靜壓1遍，共6遍；

碾壓組合方式c：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振3遍+靜壓1遍，共7遍；

碾壓組合方式d：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振4 遍+靜壓1遍，共8遍。

4. 1. 2檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

選取DK461 + 330—DK461 + 485基床底層第3層進(jìn)行碾壓工藝試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見表3、表4、表5。

表3　碾壓方式對(duì)壓實(shí)系數(shù)K的影響

表4　碾壓方式對(duì)地基系數(shù)K30的影響　MPa/m

表5　碾壓方式對(duì)動(dòng)態(tài)變形模量Evd的影響　MPa

由表3～表5可知，當(dāng)采用碾壓方式a時(shí)（碾壓5遍），檢測(cè)數(shù)據(jù)大部分不合格，只有個(gè)別能達(dá)到要求；采用碾壓方式b時(shí)（碾壓6遍），檢測(cè)數(shù)據(jù)均能達(dá)到驗(yàn)標(biāo)要求，相比碾壓5遍，各項(xiàng)指標(biāo)呈明顯增長趨勢(shì)；當(dāng)采用碾壓方式c（碾壓7遍）和碾壓方式d（碾壓8遍）時(shí)，壓實(shí)系數(shù)K、地基系數(shù)K30及動(dòng)態(tài)變形模量Evd均完全滿足驗(yàn)標(biāo)要求，但這3項(xiàng)指標(biāo)均呈微弱增長趨勢(shì)。在確保填筑質(zhì)量的前提下，綜合經(jīng)濟(jì)方面的考慮，確定碾壓方式b為基床以下路堤進(jìn)行施工的最佳組合，即：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍。通過現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，當(dāng)細(xì)粒含量較高的A組份細(xì)角礫土，其含水率控制在4. 3％～5. 0％的范圍時(shí)，路基壓實(shí)質(zhì)量能滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

4. 2攤鋪厚度工藝試驗(yàn)

在基床底層第2層、第4層、第5層、第6層分別采取不同的攤鋪厚度進(jìn)行碾壓，每層的松鋪厚度見表6。

攤鋪試驗(yàn)按碾壓組合方式b（靜壓1遍+弱振2 遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍）進(jìn)行碾壓，填料含水率控制在4. 3％～5. 0％的范圍內(nèi)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表6～表8。

表6　松鋪厚度對(duì)壓實(shí)系數(shù)K的影響

表7　松鋪厚度對(duì)地基系數(shù)K30的影響　MPa/m

由表6～表8的數(shù)據(jù)可知，隨著填料松鋪厚度的增加，壓實(shí)系數(shù)K、地基系數(shù)K30和動(dòng)態(tài)變形模量Evd均呈減小趨勢(shì)，但松鋪厚度超過40 cm后這3項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果明顯減小。松鋪厚度為30，35，40 cm（松鋪系數(shù)分別為1. 50，1. 52，1. 38）時(shí)，基床底層路基K，K30和Evd均能達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；松鋪厚度為45 cm（松鋪系數(shù)為1. 36）時(shí)，3項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果均不合格。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，基床底層填料的松鋪厚度選用40 cm，壓實(shí)層厚度為29 cm，松鋪系數(shù)為1. 38。

表8　松鋪厚度對(duì)動(dòng)態(tài)變形模量Evd的影響　MPa

5　結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)采用滇南細(xì)角礫土進(jìn)行基床底層施工較為適宜，施工應(yīng)采取以下措施達(dá)到最佳效果。

1）基床底層最佳的碾壓組合方式為：靜壓1遍+弱振2遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍。

2）松鋪厚度直接影響路基填筑的壓實(shí)質(zhì)量。若松鋪厚度過大，壓實(shí)質(zhì)量不易達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；松鋪厚度過小，不僅增加工程成本，而且在攤鋪及碾壓的過程中容易造成填料離析，出現(xiàn)大量的集料窩，額外增加施工難度。對(duì)細(xì)角礫土路基填料，采用松鋪厚度為40 cm進(jìn)行填筑。

3）填料施工含水率控制范圍在4. 3％～5. 0％時(shí)，壓實(shí)質(zhì)量能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此類填料細(xì)粒含量較多，雖容易碾壓密實(shí)，但其滲水性比較差。當(dāng)降雨較多時(shí)，其含水率快速增加，要經(jīng)過長時(shí)間的晾曬，填料含水率降到合格范圍后方能填筑，勢(shì)必影響路基填筑進(jìn)度。

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（責(zé)任審編孟慶伶）

Suitability Study of Fine Breccia Soil Used as Filling Material for High Speed Railway Subgrade

JU Zhian1，WANG Jing2，3
（1. The Third Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.，Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524005，China；2. CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510230，China；3. CCCC Key Laboratory of Environmental Protection & Safety in Foundation Engineering of Transportation，Guangzhou Guangdong 510230，China）

AbstractT he rapid development of railway construction project brings such difficult problems as resource lack of subgrade filling material. Based on high speed railway project in southern Yunnan，the engineering properties of fine breccia soil were studied. T hrough setting a contrast field test area and field subgrade compaction experiments，the technological parameters such as spreading coefficient，loose paving thickness，optimum water content，compaction speed and times were determined. T he compaction indexes were detected，and the subgrade compaction effects were analyzed compared to A and B group with material of high coarse grain content. T he suitability of high speed railway subgrade filling material in southern Yunnan was evaluated and the improved construction technology measures of fine breccia soil used as subgrade filling material were put forward.

Key wordsFine breccias；High speed railway；Subgrade filling material；Suitability；Construction technology

中圖分類號(hào)U214. 1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 25

文章編號(hào)：1003-1995（2016）06-0092-04

收稿日期：2015-12-04；修回日期：2016-02-25

基金項(xiàng)目：中交第四航務(wù)工程局有限公司基礎(chǔ)科技研發(fā)項(xiàng)目（Y2014B25）

作者簡(jiǎn)介：居治安（1970—），男，高級(jí)工程師，碩士。