寒區客運專線鐵路路基防凍脹填料壓實試驗研究

于壯飛

(京沈鐵路客運專線遼寧有限責任公司，沈陽 110006)

沈丹客運專線設計時速250 km，采用CRTSⅢ型板無砟軌道型式，沿線屬于寒冷地區冬季長而寒冷夏季短而溫暖，土壤最大凍結深度0.91～1.49 m。無砟軌道技術的采用對路基工后沉降提出了更加嚴格的要求。

對沈陽至丹東鐵路客運專線工程現場料源不滿足路基防凍脹措施要求的填料，通過一定工藝篩分及摻拌實現細顆粒含量控制和改善級配。通過滿足細顆粒含量要求的石屑調整級配碎石，經過壓實和檢驗能夠滿足相關要求，為工程實施提供了依據。

1 填料細顆粒含量對凍脹的影響

影響路基凍脹因素主要有填料細顆粒含量、足夠的負溫總量、土的水源補給和施加的力，當4個條件都具備時，路基就不可避免地發生凍脹，在路基設計中主要采用控制填料細顆粒含量和置防凍層、隔水層、防排水和防凍脹護道等處理措施防治路基凍脹。粒徑組成對土的凍脹性的影響主要決定于土顆粒與水相互作用的能力，當土的粒徑由大變小時，其比表面積由小變大，顆粒與水的作用及土在凍結過程中水分遷移的能力也隨著加大，土的凍脹量增大。當粗粒土中含有細顆粒時，增加了薄膜水的含量和連續性，粗粒土就會發生凍脹。

2 路基填料要求

2.1 基床表層級配碎石

基床表層填料應由開山塊石、天然卵石或砂礫石經破碎篩選而成，材料單軸飽和抗壓強度不小于30 MPa，粒徑級配應符合表1規定。粒徑大于1.7 mm顆粒的洛杉磯磨耗率不大于30%，硫酸鈉溶液浸泡損失率不大于6%;粒徑小于0.5 mm的細顆粒的液限不大于25%，塑性指數小于6。

表1 基床表層級配控制要求

2.2 基床填料選擇

基床底層填筑A、B組填料，厚2.3 m。其中最大凍深范圍內填料細顆粒(顆粒粒徑≤0.075 mm)含量要求小于5%;壓實后小于7%(水洗法)，壓實后滲透系數不小于5×10-5m/s。基床以下路堤優先選用A、B組填料。

3 試驗填料級配選取

3.1 非凍脹A、B組填料篩分試驗

根據以往的施工經驗和現場實際，非凍脹材料大規模過篩篩除0.5 mm以下粒徑無法實現，考慮到填料的級配以及實際操作，分別進行了篩除4、5、6 mm以下粒徑的施工現場篩分試驗和模擬生產試驗。A、B組填料源為本溪新城站內料場，施工現場篩分試驗定制一個6 mm孔的振動篩，模擬正常生產時的篩分工藝，試驗室進行篩分5、4 mm以下粒徑模擬生產試驗。

試驗結果表明三種試驗篩分中小于0.075 mm的顆粒含量滿足路基防凍脹級配要求。現場過6 mm篩的2組試驗Cu為3.4，Cc平均值為1.45，小于0.075 mm顆粒含量平均值為1.5%;室內取現場料過5 mm篩試驗結果表明 Cu為25，Cc平均值為2.55，小于0.075 mm顆粒含量平均值為2.85%;室內取現場料過4 mm篩試驗結果表明Cu為22.9，Cc平均值為1.95，小于0.075 mm顆粒含量平均值為2.70%。

3.2 級配碎石配制及篩分試驗

級配碎石選取DK25+000料場內地材市場比較常用單粒徑的碎石。共進行了19組試驗級配碎石配制及篩分試驗，總體分為3種方案:0～5 mm石粉直接調配(5組)、將0～5 mm石粉篩除0.5 mm以下細顆粒(9組)、粗砂代替0～5 mm石粉(5組)，經調配后試驗結果如下:0～5 mm石粉直接調配以及用粗砂代替0～5 mm石粉配置的試驗結果均不能滿足級配要求;篩除0.5 mm以下細顆粒經過細調摻配比例后能調配出滿足要求的級配(表2)。

表2 石粉篩除0.5 mm以下細顆粒級配碎石篩分結果

4 壓實試驗

4.1 A、B組填料壓實試驗

2013年6月中交一公局在沈丹客運專線某標段本溪新城站W2線位進行防凍脹填料控制試驗，試驗段路堤填高1.0 m，填筑A、B組填料和級配碎石。試驗段長180 m，共填筑4層，每60 m為一段，其中第一、二層選3種不同配比A、B組填料、第三、四層為調配好的3種不同級配的級配碎石填料。碾壓遍數為靜壓1遍+強震5遍+弱震1遍+靜壓1遍，檢測指標為動態彈性模量Evd(≥40 MPa)、地基承載力K30(≥150 MPa/m)、壓實度系數K(≥0.95)和小于0.075 mm細顆粒含量(壓實后小于7%)。

表3為過6 mm篩的A、B組填料非凍脹試驗段現場檢測數據匯總，檢測結果顯示:(1)動態彈性模量Evd檢測16點，合格13點，合格率81%;(2)地基承載力K30檢測16點，合格12點，合格率75%;(3)壓實度系數K檢測12點，合格12點，合格率100%;(4)小于0.075 mm細顆粒含量檢測12點，合格9點，合格率75%。根據以上結果分析，嚴格控制施工過程，A、B組填料過6 mm篩后基本能滿足現場壓實要求，可進行路基填筑。

表3 過6 mm篩A、B組填料現場檢測數據(碾壓7遍)

4.2 表層級配碎石壓實試驗

根據室內試驗結果，填料分2種:分別為采用級配碎石摻過0.5 mm篩的石粉及級配碎石摻粗砂，每種填筑長90 m，寬度為12 m，碾壓遍數為靜壓1遍+強震5遍+弱震1遍+靜壓1遍，檢測指標為動態彈性模量Evd(≥55 MPa)、地基承載力K30(≥190 MPa/m)、壓實度系數K(≥0.97)。表4為0～5 mm石粉過0.5 mm篩第6遍碾壓后試驗段現場檢測數據。

表4 0～5 mm石粉過0.5 mm篩第6遍碾壓后試驗段現場檢測數據

檢測結果顯示級配碎石摻過0.5 mm篩的石粉碾壓六遍后，8個檢測點的動態彈性模量Evd及檢測地基承載力K30合格率均為100%，12個檢測點壓實度系數K合格率也為100%。而級配碎石摻砂填料碾壓6遍后8個檢測點的動態彈性模量Evd及檢測地基承載力K30合格率均為0%，12個檢測點壓實度系數K合格率為83.3%。可見，在級配碎石中摻砂是無法滿足壓實要求，而在級配碎石摻過0.5 mm篩的石粉填料滿足現場壓實試驗要求，可進行表層級配碎石施工。

5 結論

通過對A、B組填料進行了過6、5、4 mm的室內篩分試驗，以及級配碎石的篩分及配制，得到滿足路基防凍脹填料級配，然后進行了A、B組填料及級配碎石的現場壓實及室內擊實試驗。得出以下結論。

(1)現場選取的A、B組填料試驗過6 mm篩分后，篩分結果中小于0.075 mm的顆粒含量滿足路基防凍脹級配要求，在施工現場進行的壓實試驗表明，A、B組填料6 mm篩后基本能滿足現場壓實要求，嚴格控制施工過程，可進行路基填筑。

(2)現場選取的級配碎石通過在級配碎石中摻過0.5 mm篩的石粉填料，滿足路基填料防凍脹級配要求，同時現場壓實試驗也完全達到壓實檢測指標。而以砂替代0～5 mm石粉摻入級配碎石無法滿足壓實標準。

(3)A、B組填料試驗過6 mm篩分以及級配碎石中摻過0.5 mm篩的石粉填料，施工填料要求提高，造成施工工藝變更，增加了施工成本。在滿足路基填料防凍脹級配要求前提下合理控制施工成本是實際操作中的重點。

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