全風(fēng)化千枚巖鐵路路基填料適用性試驗(yàn)研究★

李 傳 寶

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

蒙西至華中地區(qū)鐵路(以下簡稱蒙華鐵路)是全球一次性建設(shè)規(guī)模最大的重載鐵路運(yùn)煤專線，北起內(nèi)蒙古浩勒報(bào)吉，南至江西吉安，線路全長1 814.5 km，其中岳陽至吉安段線位長433.4 km，沿線千枚巖地層分布段落近1/5，路塹挖方中全風(fēng)化千枚巖體量巨大。千枚巖遇水易軟化，工程性質(zhì)差，變形量大，鐵路路基填筑時(shí)一般不直接采用。

相關(guān)人員開展了大量改良土的試驗(yàn)研究，全風(fēng)化層摻入水泥、生石灰等改良后可滿足鐵路填料的設(shè)計(jì)要求[1，2]，但改良成本高，且改良土對環(huán)境水存在一定污染。若全風(fēng)化千枚巖填料能直接用于基床以下路堤填筑，可節(jié)省大量工程投資，減少棄方，保護(hù)環(huán)境。通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取全風(fēng)化千枚巖的物理化學(xué)和水理性質(zhì)，研究其路基填料適用性意義重大。

1 全風(fēng)化千枚巖物理化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究

試驗(yàn)用土取自DK1806+729.06～DK1807+963.900段路塹表層千枚巖全風(fēng)化層。

1.1 礦物成分分析

礦物成分分析采用X射線衍射分析方法，其是一種以X射線射入不同礦物晶格時(shí)產(chǎn)生的不同衍射圖譜為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，鑒別土中礦物成分的方法。

X射線衍射分析，得出試樣各礦物成分含量如表1所示。

表1 試樣礦物成分及含量

由表1可知，試樣最主要的礦物為石英和富鐵白云母，其質(zhì)量百分比分別為69.5%和17.3%；所含黏土礦物為高嶺石和綠泥石，含量分別為2.1%和1.1%，未檢測出蒙脫石含量。

石英為一種穩(wěn)定的礦物成分，其含量越高，土顆粒越堅(jiān)硬、狀態(tài)越穩(wěn)定。冰長石與石英類似，具有十分穩(wěn)定的性質(zhì)。白云母是分布廣泛的造巖礦物之一，在三大巖類中均有產(chǎn)出，其具有穩(wěn)定的片狀結(jié)構(gòu)，吸附性小，浸水后處于游離態(tài)，易于分離，降低土體強(qiáng)度。高嶺石和綠泥石等黏土礦物，具有可塑性、黏結(jié)性、膨脹性，對土性質(zhì)的影響較大。

1.2 化學(xué)成分分析

化學(xué)成分分析采用X射線熒光光譜分析方法，其是根據(jù)樣品對X射線的吸收隨化學(xué)成分和含量的多少而變化，從而達(dá)到定性或定量測定樣品中化學(xué)成分的一種方法。

X射線熒光光譜分析，得出試樣各化學(xué)成分及含量如表2所示。

表2 試樣化學(xué)成分及含量

由表2可知，試樣由24種化學(xué)成分組成，SiO2含量最多，Al2O3，K2O和Fe次之，與其主要礦物為石英，富鐵白云母的情況一致。而后是Fe2O3，MgO，K2O，Na2O和FeO，而Cr和MgO的出現(xiàn)與全風(fēng)化層中含有一定綠泥石有關(guān)。

1.3 顆粒分析試驗(yàn)

采用篩分法和密度計(jì)法進(jìn)行試樣顆粒分析實(shí)驗(yàn)，顆粒分布曲線如圖1所示。

從圖1可知，試樣0.075 mm以下粒徑含量為84.8%，其中0.075 mm～0.005 mm粒徑(粉粒)約占81.9%，0.005 mm以下粒徑(黏粒)占2.9%，0.002 mm以下粒徑(膠粒)幾乎沒有；5 mm～0.075 mm粒徑(粗粒)約占14.3%，5 mm以上粒徑含量不足1%。試樣顆粒組成以粉粒為主，屬于細(xì)粒土填料[3]。

2 全風(fēng)化千枚巖水理性質(zhì)試驗(yàn)研究

2.1 界限含水率試驗(yàn)

本次界限含水率試驗(yàn)采用圓錐儀液、塑限聯(lián)合測定法。鐵路填料分類采用10 mm液限[3]，試樣液、塑限試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

表3 試樣界限含水率

從表3可得，試樣10 mm液限為38.4%，塑性指數(shù)Ip=38.4-26.2=12.2，定名為低液限粉質(zhì)黏土。

2.2 自由膨脹率試驗(yàn)

試驗(yàn)用于測定土的自由膨脹特性，試驗(yàn)裝置如圖2所示。

采用平行試驗(yàn)法進(jìn)行測定，量土杯中放置量筒，為便于計(jì)算經(jīng)調(diào)試量筒中試樣體積為10 mL。試驗(yàn)裝樣和測試過程如圖3所示。

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 自由膨脹率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表4可知，試樣的自由膨脹率為10%；同時(shí)，礦物成分分析結(jié)果表明，試樣無蒙脫石含量，無膨脹性[4]。綜合判定試樣屬于C3組填料[3,5]。

3 全風(fēng)化千枚巖鐵路路基填料適用性研究

鐵路路堤由基床和基床以下路堤兩部分組成，基床部分填料選擇標(biāo)準(zhǔn)較高，必須為C2組及以上級別填料或化學(xué)改良土[3]。試樣為C3組填料，其不滿足基床部分填料要求。

鐵路規(guī)范中對于基床以下路堤對于C3組填料的技術(shù)要求如表5所示。

表5 基床以下路堤填料選擇標(biāo)準(zhǔn)

綜上可知，該全風(fēng)化千枚巖試樣鐵路路基填料適用性如下：

1)基床填料：不滿足基床部分填料要求。

2)基床以下路堤填料：不滿足無砟軌道和設(shè)計(jì)速度200 km/h以上的有砟軌道鐵路；滿足重載鐵路、設(shè)計(jì)速度200 km/h及以下的有砟軌道鐵路和Ⅲ，Ⅳ級鐵路。

蒙華鐵路為重載鐵路，該全風(fēng)化千枚巖滿足基床以下路堤填料要求。

4 結(jié)語

蒙華鐵路岳陽至吉安段線位沿線千枚巖分布段落近1/5，全風(fēng)化路塹棄方量大。選取DK1806+729.06～DK1807+963.900段路塹全風(fēng)化千枚巖，通過礦物成分分析、化學(xué)成分分析、顆粒分析、界限含水率、自由膨脹率等試驗(yàn)對其物理化學(xué)和水理性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究了其用于鐵路路基填料的適用性，得出結(jié)論如下：

1)全風(fēng)化千枚巖最主要的礦物為石英和富鐵白云母；化學(xué)成分中，SiO2含量最多，Al2O3,K2O和Fe次之；未檢測出蒙脫石含量；以穩(wěn)定性好的礦物和化學(xué)成分為主。

2)全風(fēng)化千枚巖顆粒組成以粉粒為主，液限為38.4%，塑性指數(shù)為12.2，定名為低液限粉質(zhì)黏土；顆粒組成以粉粒為主，為細(xì)粒土；無膨脹性；屬于C3組填料。

3)蒙華鐵路為重載鐵路，該全風(fēng)化千枚巖滿足基床以下路堤填料要求。

另外需要注意的是，不同段落千枚巖成分差異較大，其全風(fēng)化層能否滿足填料要求，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。