毛烏素地區(qū)風(fēng)積粉細(xì)砂填料的改良應(yīng)用

沈 磊 崇六喜 丁國璽

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

新恩陶鐵路正線全長174.941 km，線路由東向西始于毛烏素沙漠邊緣，逐步進(jìn)入其腹地，通過沙丘、沙地地段較多，其中DK86+300.00～DK88+800.00段為沙丘地貌，地形起伏較大，流動(dòng)沙丘在該段線路兩側(cè)顯著分布，植被覆蓋率約10%。線路就近填料多為粉砂，缺乏A、B組土填料，為本線路具代表性風(fēng)積砂填料改良試驗(yàn)段。

新恩陶鐵路線路等級(jí)為Ⅱ級(jí)，正線數(shù)目為單線。線路在該試驗(yàn)段主要以填方路基形式通過，最大填方高度為7.0 m，試驗(yàn)段路堤、路塹路基面寬均為7.8 m，不考慮沉降加寬。路肩寬度:路堤0.8 m，路塹0.6 m，如圖1所示。

圖1 路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位:m)

根據(jù)現(xiàn)場11組取樣顆粒分析試驗(yàn)，該試驗(yàn)段路基填料所采用風(fēng)積砂為均勻、級(jí)配不良粉細(xì)砂，少量為中砂，不均勻系數(shù)Cu=1.6～3.5，曲率系數(shù)Cc=0.82～0.85，顆粒級(jí)配不良，天然密度ρ0為1.724 g/m3，最大干密度1.77 g/m3，天然含水率4.3%，最佳含水量W1pt為9.8%。按照鐵路路基填料分類應(yīng)屬于C組填料。

天然風(fēng)積粉細(xì)砂級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2 天然風(fēng)積粉細(xì)砂級(jí)配曲線

2 路基本體填筑試驗(yàn)

于DK86+300.00～DK87+000.00試驗(yàn)段，采用干壓法分別松鋪30 cm和35 cm兩種厚度進(jìn)行路基本體填筑試驗(yàn)(如表1所示)。

采用干壓法進(jìn)行風(fēng)積砂填筑路基存在以下問題:(1)壓實(shí)系數(shù)K和地基系數(shù)K30均不能滿足規(guī)范要求，而且與規(guī)范中壓實(shí)系數(shù)K為0.90和地基系數(shù)K30為80的要求相差甚遠(yuǎn)。(2)采用震動(dòng)壓路機(jī)碾壓后強(qiáng)度下降。同時(shí)，重載自卸車存在陷車問題，不具備高強(qiáng)度機(jī)械作業(yè)的條件。

另選取DK87+500.00～DK88+800.00試驗(yàn)段落，打井蓄水布設(shè)給水管道(管路為 PVC給水管φ110，公稱壓力0.4 MPa)，每隔200 m預(yù)留三通接引管的方法進(jìn)行灑水，填料表面人工打方格，方格打成9～12 m2為宜。灑水必須灑透，即兩層填料中間不得留有夾層(如表2所示)。

表1 不同松鋪厚度采用干壓法填筑成果

表2 不同松鋪厚度采用濕壓法填筑成果

粉細(xì)砂填料松鋪25 cm厚度過薄，和松鋪30 cm的壓實(shí)遍數(shù)相同，而松鋪35 cm則碾壓遍數(shù)過多，所以松鋪30 cm為最經(jīng)濟(jì)方案。

3 基床底層填筑試驗(yàn)

在進(jìn)行路基基床底層填筑時(shí)，僅對(duì)粉細(xì)砂填料進(jìn)行碾壓不能達(dá)到規(guī)范壓實(shí)系數(shù)K為0.91和地基系數(shù)K30為90的要求，因此需要對(duì)其進(jìn)行改良。

3.1 改良方案

結(jié)合本線特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和施工工藝等方面進(jìn)行綜合研究，得出適宜在全線范圍推廣采用的改良方案，決定采取化學(xué)改良和物理改良相結(jié)合，分別使用水泥改良、生石灰改良和摻砂巖的措施進(jìn)行粉細(xì)砂的改良填筑試驗(yàn)。

3.2 水泥改良

試驗(yàn)段落選取DK86+300.00～DK86+500.00，在風(fēng)積沙填料中依據(jù)前期試驗(yàn)的最佳重量比5%拌和42.5普通硅酸鹽水泥;松鋪40 cm風(fēng)積沙，人工按5%重量比攤?cè)鏊?，路拌法施工，拌和三遍，推土機(jī)攤平，灑水，壓實(shí)(如表3所示)。

表3 粉細(xì)砂拌和水泥改良試驗(yàn)成果

3.3 石灰改良

試驗(yàn)段落選取DK86+500～DK86+700，松鋪40 cm風(fēng)積沙，人工按15%重量比攤?cè)霭谆?，路拌法施工拌和三遍，推土機(jī)攤平，灑水，壓實(shí)(如表4所示)。

表4 粉細(xì)砂拌和石灰改良試驗(yàn)成果

3.4 摻砂巖

試驗(yàn)段落選取DK87+400.00～DK88+800.00，根據(jù)試驗(yàn)的最佳體積比風(fēng)積沙∶砂巖=7∶3，風(fēng)積沙松鋪28 cm，砂巖松鋪12 cm，路拌法施工、攤平、灑水、壓實(shí)(如表5所示)。

表5 粉細(xì)砂摻拌砂巖改良試驗(yàn)成果

4 填筑試驗(yàn)成果分析

(1)路基本體填筑時(shí)，由于現(xiàn)場風(fēng)積砂天然含水率過低，采用干壓法無法壓實(shí)，不予采用;濕壓法從經(jīng)濟(jì)角度分析比較，一方面填料充足，線路兩側(cè)均可取土，一般不超過3 km，運(yùn)距較短，成本低;另一方面本地區(qū)有豐富的地下水資源，施工用水方便、不污染環(huán)境，為最佳施工方法。

(2)進(jìn)行路基本體填筑時(shí)，分層松鋪厚度選擇30 cm，壓實(shí)厚度達(dá)到25 cm，松鋪系數(shù)為1.2，裝載機(jī)滿鏟壓實(shí)3遍，推土機(jī)壓實(shí)3遍，地基系數(shù)K30(MPa/m)達(dá)到81～85，壓實(shí)系數(shù)K達(dá)到0.9～0.92，雙控指標(biāo)均能滿足基床以下路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)粉細(xì)砂以5%重量比拌和標(biāo)號(hào)42.5普通硅酸鹽水泥，松鋪40 cm，推土機(jī)結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)碾壓7遍，地基系數(shù)K30(MPa/m)達(dá)到92～95，壓實(shí)系數(shù)K達(dá)到0.96～0.98，雙控指標(biāo)均能滿足基床底層路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)粉細(xì)砂以15%重量比拌和石灰，松鋪40 cm，推土機(jī)結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)碾壓7遍，地基系數(shù)K30(MPa/m)達(dá)到91～94，壓實(shí)系數(shù)K達(dá)到0.92～0.95，雙控指標(biāo)均能滿足基床底層路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(5)粉細(xì)砂與砂巖以體積比7∶3摻拌，風(fēng)積沙松鋪28 cm，砂巖松鋪12 cm，推土機(jī)結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)碾壓7遍，地基系數(shù)K30(MPa/m)達(dá)到92～95，壓實(shí)系數(shù)K達(dá)到0.96～0.98，雙控指標(biāo)均能滿足基床底層路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(6)結(jié)合砂巖在本線分布特點(diǎn)，綜合運(yùn)距、單價(jià)、儲(chǔ)量等因素，在綜合運(yùn)距小于25 km時(shí)，路基基床底層采用粉細(xì)砂摻拌砂巖改良填料填筑，其經(jīng)濟(jì)效果更佳;由于摻拌石灰較普通水泥量大，因此其他地段采用普通水泥改良粉細(xì)砂填料更為經(jīng)濟(jì)合理。

5 結(jié)束語

(1)按照《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001—2005)，風(fēng)積粉細(xì)砂屬于C組填料，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)采用地基系數(shù)和壓實(shí)系數(shù)雙指標(biāo)控制。采用合理工藝即可滿足基床以下路基的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但基床底層填筑后雙控指標(biāo)難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行填料改良。

(2)毛烏素地區(qū)新建鐵路工程，根據(jù)粉細(xì)砂的成分可參考本線試驗(yàn)段成果進(jìn)行路基填料設(shè)計(jì)。

[1]TB10001—2005(J447—2005) 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S］

[2]TB10414—2003(J285—2004) 鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S］

[3]馬旭東.粉細(xì)砂填料的改良應(yīng)用[J］.甘肅科技縱橫，2010(2)