淺談改良膨脹土路基在鐵路試驗中的沉降問題

林滄

摘 要：某客貨共線鐵路線路時速為200km，該段鐵路試驗段大部分為膨脹土質(zhì)路基，因此需要予以改良，針對該種路基的改良，需要加大控制填筑質(zhì)量以及填筑工藝，這是鐵路工程建設(shè)能夠達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，也是工程能夠成功的核心。對該段路基的斷面進行改良后，對其沉降狀況進行觀測，通過對該種路基的沉降、本體壓密以及路橋過渡部位的壓密規(guī)律進行改良，將路基沉降量降至最低，以此滿足工程需要。

關(guān)鍵詞：膨脹土路基；改良；鐵路試驗

引言

膨脹土的主要組成為親水礦物，因此其較為容易產(chǎn)生變形，并且由于顆粒的分散度高，而造成估計惡性以及多裂隙性較強，隨著我國鐵路發(fā)展的深入，很多鐵路需要修建在膨脹土地區(qū)，所以，必須采取相應(yīng)的措施對該種地基進行改良。研究路基沉降變形可以從以下幾方面入手：首先是對基底沉降的研究，其次為路基壓密特性的研究，再者還需要研究路橋過渡部位的碎石嚴(yán)密性，最后則是看路基的沉降是否均勻。通過在路基的各個層級、過渡段底層以及設(shè)置沉降板或者在表面設(shè)置觀測樁對路基沉降狀態(tài)進行觀測，并計算對比理論值。以理論作為基礎(chǔ)將實際的觀測結(jié)果進行分析，將實際的觀測結(jié)果同理論分析結(jié)合起來，并對改良后的鐵路試驗段路基沉降規(guī)律進行研究，以此對工后沉降進行研究，用以對全線進行施工指導(dǎo)。

1 觀測

1.1 斷面設(shè)置

在兩千米的范圍中設(shè)置觀測斷面十個用以對鐵路試驗段路基沉降狀況進行觀測，該段填土高度大于3.78米小雨11.83米。

1.2 埋設(shè)設(shè)備

1.2.1 布置。將沉降板設(shè)置在每個斷面的中部和底部，并在鐵路試驗段路基頂面設(shè)好觀測沉降量用的觀測樁。

1.2.2 要求。若路基填土埋設(shè)沉降板需要超過標(biāo)高30cm，那么沉降板放出的位置需要使用全站儀，埋設(shè)點需要首先挖出35cm深的坑，在坑底需要鋪上墊層，一般墊層厚度為5cm，將墊層整正后放置好沉降板，并套上保護管，將坑回填。對該部位夯實后要求內(nèi)管和外管均應(yīng)當(dāng)同水平面垂直，不能出現(xiàn)歪斜的狀況，并且保證管間距離保持一致。并使用水準(zhǔn)儀將內(nèi)沉降管標(biāo)高予以測出，該讀數(shù)即沉降管初始的讀數(shù)。

1.3 沉降

該鐵路試驗段路基的沉降呈現(xiàn)出一種盆型特征，這種特征在橫斷面上的表現(xiàn)極為明顯，路基的中間產(chǎn)生的沉降量明顯會大于路肩以及坡腳的沉降量。將沉降進行階段性的總結(jié)可以分成三個階段：首先是施工過程中荷載的增加造成的沉降，其次為收斂期沉降最后這工后路基在使用過程中產(chǎn)生的沉降。雖然只有鋪軌后沉降量才能被檢測出來，但是仍舊能夠根據(jù)沉降曲線預(yù)測出工后的沉降狀況。

1.4 結(jié)構(gòu)壓縮變形以及沉降

該鐵路試驗段路基基本采用了改良土進行填筑，除了基床表層因結(jié)構(gòu)需要，有0.6m沒有采用改良土。從實際的沉降情況分析，路基由于結(jié)構(gòu)自身性能發(fā)生的壓縮變形可以忽略不計，形變量極小。大多數(shù)沉降都在增荷階段完成，并且收斂期發(fā)生的沉降量基本等于地基的收斂沉降量，所以結(jié)構(gòu)壓縮變形幾乎可以忽略，沉降主要是地基沉降。

1.5 工后沉降的預(yù)測

從結(jié)果上對沉降進行分析，通過改良土進行填筑的路基不會發(fā)生大程度的沉降，并且收斂期較短，因此工后沉降的預(yù)測不適合采用雙曲線擬合的方式進行預(yù)測。由于該鐵路試驗段工程在后續(xù)施工中路基已經(jīng)承受了施工活載，所以基本完成了收斂，因此工后沉降可以忽略。

2 過渡段碎石觀測

2.1 對斷面設(shè)置進行觀測

觀測斷面以及選擇的五處具有代表性的涵洞，設(shè)置10個斷面用以觀察。在該鐵路試驗段涵洞的兩側(cè)的過渡路基處分別設(shè)置觀測斷面，每個斷面沿著高度方向在中心線上設(shè)置沉降板，將沉降板設(shè)置在頂面以及隨時底面，并設(shè)置一個觀測樁于路基表面。沒完成一層路基施工便進行一次觀察。當(dāng)完成施工后，半個月進行一次觀測，并逐步的減少觀測頻率，知道沉降量穩(wěn)定下來。

2.2 沉降狀況以及結(jié)構(gòu)變形

過渡段的沉降主要發(fā)生在增荷過程以及收斂期，在增荷期發(fā)生沉降現(xiàn)象較為明顯，一般沉降量會大于1mm小雨9mm，對路基進行加荷的時間應(yīng)當(dāng)大于10天，小雨66天。此時地基會以0.06mm/d至0.25mm/d的速率進行沉降，過渡段發(fā)生沉降的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小雨路基斷面。其主要原因該部位的基底在增荷前便已經(jīng)予以處理了，實現(xiàn)對過渡段的地基在涵洞施工過程中的預(yù)壓，這時已經(jīng)完成了地基的沉降變形。該部位的瘦臉器沉降變形同路基斷面的沉降變形基本一致，沉降量最大可以達(dá)到4mm，平均沉降速度小于0.14mm/d。并且碎石路基不會產(chǎn)生明顯的壓密變形，但是路基面產(chǎn)生的沉降會超過10mm，不過隨著沉降的穩(wěn)定收斂，在工后路基發(fā)生沉降的可能性十分微小。

3 理論計算

3.1 勘察取樣

該段現(xiàn)場設(shè)置10個沉降觀測斷面，理論計算選擇了其中5個斷面。在選定的5個斷面處進行勘探、取樣化驗，以獲取地層的計算參數(shù)。選擇這5個斷面的主要原因是：①這幾個斷面路基填高從5.53～11.83m，填料產(chǎn)生的附加應(yīng)力情況能反映試驗段的現(xiàn)狀；②試驗段的地層穩(wěn)定，地面以下20m范圍內(nèi)均為alQ3 粘土，與全線80%范圍的地質(zhì)條件相似，具有代表性。

3.2 方法以及結(jié)果

將該段路基為改良膨脹土路基，除基床表層0.6 m級配碎石外，均采用改良土填筑。理論上來說路基結(jié)構(gòu)體的壓實系數(shù)都大于0.90，自身的壓縮沉降很小，基本可以忽略不計。從現(xiàn)場實測結(jié)果來看，填筑體中部及基床底層埋設(shè)的觀測樁沉降多產(chǎn)生于填筑過程土體增荷階段，主要由地基沉降引起。

4 實例分析

以某段鐵路線路為例，在該線路中設(shè)置改造試驗段300m，設(shè)計行車速度為200km/h，該段處于膨脹土地區(qū)。對該段路基進行改良，例如以石灰、水泥、二灰、粉煤灰以及無機改良材料作為攙劑，加強該段題錄路基物理力學(xué)指標(biāo)、脹縮性以及強度和水穩(wěn)性。

主要的實驗改良方案如下：在膨脹土中摻入質(zhì)量比為3%、5%的石灰；壓實系數(shù)分別為0.9、0.95；養(yǎng)護令其分別為7天、28天、60天和90天；分別對改良路基在飽和以及非飽和狀態(tài)下進行強度實驗。對用于實驗的土經(jīng)2mm篩過篩，素土拌和，保證最佳含水量+1.5%。改良土試件拌和，含水量最佳為+2%，根據(jù)實驗方案中世紀(jì)的攙灰率進行拌和，悶料24小時，制備試件并進行養(yǎng)護。通過實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改良后的膨脹土路基性能上有了很大的提高。這是由于石灰的摻入使得結(jié)構(gòu)單元發(fā)生了變化，且該種變化具有一定的規(guī)律性，細(xì)小的空隙增多使得結(jié)構(gòu)變得疏松。

5 結(jié)束語

首先，對該鐵路試驗段路基填筑以及改良中，需要以地基的基礎(chǔ)條件作為對碎石過渡段和膨脹土路基進行石灰改良的先決條件，并且針對路基結(jié)構(gòu)改良膨脹土和碎石自身所產(chǎn)生的壓密沉降能夠予以忽略。該段的路基沉降需要有一個逐漸穩(wěn)定的時間，通常在填筑完工后還需要一個月的時間，路基的沉降狀態(tài)才會逐步的穩(wěn)定下來，并且在該收斂期找那個沉降量一般在2cm以內(nèi)。并且該時間段中的沉降量較為均勻。通過將實際測量的結(jié)果同計算出的結(jié)果相互比較刻意發(fā)現(xiàn)，當(dāng)填筑完工后，沉降量的曲線逐步的趨向于水平，這就表明沉降量以及逐步的穩(wěn)定。鐵路路基的穩(wěn)定性直接影響到了鐵路線路工程建設(shè)的工程質(zhì)量，因此路基的建設(shè)是對人們生命財產(chǎn)安全的基礎(chǔ)保障。

參考文獻

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