干旱地區(qū)鐵路粗粒土路基壓實(shí)含水率分析

杜文忠

(中鐵三局 第三工程有限公司，太原 030100)

對于鐵路填筑路堤而言，強(qiáng)度高、穩(wěn)定、密實(shí)、低滲透性、低脹縮性和低濕陷性就是所希望的工程特性。眾所周知［1-3］，在同一壓實(shí)功作用下，由于土體狀態(tài)的不同，所得到的壓實(shí)效果存在很大的差異。影響土的壓實(shí)效果的因素眾多，其中填料含水率是重要的因素。我國西北地區(qū)干旱缺水，合理控制填料的含水率對于路基填筑具有重要的意義。

某新建鐵路工程，線路境內(nèi)為戈壁荒漠地區(qū)，屬干旱大陸性氣候，降雨較少，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，晝夜溫差大，多風(fēng)沙。線路境內(nèi)主要為粗顆粒填料。本文通過現(xiàn)場的碾圧試驗(yàn)，探討路基填筑施工中合理控制含水率的問題，為荒漠地區(qū)修建鐵路提供一定的理論依據(jù)。

1 工程概況

線路全線總體地勢上南高北低，一般海拔在1 750～1 340 m之間。所經(jīng)地貌大致可分為低中山丘陵區(qū)和沖洪積平原區(qū)兩個(gè)大的地貌單元。沿線境內(nèi)分布的特殊巖土主要有黃土、鹽漬土，局部地區(qū)地基為軟弱地基。沿線通過地段分布的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有落石、風(fēng)沙等。

路基所用填料的基本物理力學(xué)特性見表1。由表1可見，線路境內(nèi)填料主要為粗粒土中的細(xì)圓礫土，填料主要為B組填料，完全符合路基本體對路基填料的要求。

表1 試驗(yàn)段填料基本物理特性

2 碾圧試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 填料含水率控制分析

一般來說，路基施工時(shí)在填料的最優(yōu)含水率處壓實(shí)是最好的，不僅需要的壓實(shí)功最小，而且得到的壓實(shí)度是最高的。但是線路處于戈壁荒漠區(qū)，施工用水運(yùn)距一般在50 km，大量的用水在施工現(xiàn)場既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。對于粗粒土中的礫類土，影響其含水率的重要因素是粗粒土中的細(xì)粒含量(粒徑d≤0.075 mm顆粒含量)的多少，如果細(xì)粒超過10%，含水率控制便有重要的意義，壓實(shí)時(shí)就應(yīng)選擇在最佳或接近最佳含水量處［4-6］。試驗(yàn)段路基選擇了不同細(xì)粒含量的路基填料進(jìn)行填筑試驗(yàn)，分析含水率對壓實(shí)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，在填料最優(yōu)含水率附近壓實(shí)，壓實(shí)效果最好。當(dāng)填料中細(xì)粒含量小于10%時(shí)，在低于最優(yōu)含水率3%～5%時(shí)，也得到了較好的壓實(shí)度。當(dāng)填料中細(xì)粒含量大于10%時(shí)，含水率控制范圍對壓實(shí)影響較大，在低于最優(yōu)含水率3% ～5%時(shí)，壓實(shí)質(zhì)量差。對于粗粒土填料的組成，特別是填料中的細(xì)粒含量對現(xiàn)場壓實(shí)含水率影響很大。西部干旱地區(qū)缺水，將填料含水率控制在最優(yōu)含水率附近是不現(xiàn)實(shí)的，會(huì)極大增大施工成本。當(dāng)填料中細(xì)粒含量控制在10%以下時(shí)，施工中含水率控制在低于最優(yōu)含水率3% ～5%是最佳的施工方案。

表2 不同細(xì)粒含量下壓實(shí)度

2.2 施工含水率上限分析

施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)粗粒土填料當(dāng)含水率過大時(shí)，容易出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，使現(xiàn)場填土的密實(shí)度和強(qiáng)度都很低。從長遠(yuǎn)來看，填筑含水率過大也容易引起路堤的差異沉降，從而增加邊坡失穩(wěn)的概率［7］。

美國依阿華州交通管理局［8］提出，對于無黏性的粗粒土，為防止其過濕致使壓實(shí)度、強(qiáng)度降低，還必須規(guī)定填料的施工含水率w上限［9-10］。

式中，ρdmax為填土最大干密度(kg/m3)。

將表1中填料的最大干密度 ρdmax值代入式(1)得到了填料含水率的上限w上限，將其與填料最優(yōu)含水率比較見表3。

由表3可知，由式(1)確定的填料施工含水率上限w上限與填料的最優(yōu)含水率相差不多，總體趨勢是小于最優(yōu)含水率。為防止施工中出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，應(yīng)嚴(yán)格控制含水率，嚴(yán)禁填料含水率大于施工含水率上限w上限。當(dāng)施工中出現(xiàn)“彈簧土”時(shí)，應(yīng)采取將“彈簧土”挖出運(yùn)走，換填含水率合適的填料。

表3 含水率上限與最優(yōu)含水率比較

3 結(jié)論

1)對于粗粒土，填料含水率的控制完全取決于填料中細(xì)顆粒含量的多少，當(dāng)填料中細(xì)粒含量低于10%時(shí)，填料含水率對壓實(shí)效果影響一般。

2)西部干旱地區(qū)施工時(shí)，建議將填料含水率控制在低于最優(yōu)含水率3%～5%時(shí)壓實(shí)。

3)嚴(yán)禁填料的含水率大于填料的施工含水率上限，對于施工中出現(xiàn)的“彈簧土”，應(yīng)采取將“彈簧土”挖出運(yùn)走，換填含水率合適的填料。

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