風積沙在鐵路基床以下路堤應用技術

陳浩宇，周曉朋，曹忠露

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

鐵路路基填料是指構成鐵路路基等土工建筑物的原材料，多年的工程實踐證明，填料質(zhì)量的好壞直接關系到鐵路路基承載力的高低及變形程度，已經(jīng)越來越被工程界所重視。

蒙華鐵路內(nèi)蒙段內(nèi)125 km處于嚴重風沙路基侵蝕環(huán)境，填料資源極其困乏，風積沙資源極其豐富，如果將風積沙變成填料，不僅能解決運輸問題，同時能節(jié)約大筆資金。因此，開展風積沙在路基底層的應用研究具有重要意義。

按照國內(nèi)規(guī)范[1-3]方法，通過篩分、相對密度、擊實等試驗確定標段內(nèi)風積沙物理性能[4-6]，確定風積沙所屬填料的種類[7]，分析各區(qū)間填料異同點，并根據(jù)測定的最大干密度、最小干密度和最優(yōu)含水率指導路基現(xiàn)場試驗及施工[8]。

1 試驗方法

1.1 篩分試驗

通過篩分試驗，將土顆粒按不同篩網(wǎng)進行分離，稱量各篩篩余質(zhì)量，進行顆粒級配分析，通過在半對數(shù)坐標系上繪制粒徑分布曲線，見圖1，計算不均勻系數(shù)Cu、曲率系數(shù)Cc，對土體進行粒組分級計算方法見式（1）～式（2）。

不均勻系數(shù)：

曲率系數(shù)：

式中：d10、d30、d60分別為顆粒級配曲線上10%、30%、60%含量的粒徑。

判定級配：級配良好Cu≥5，且Cc=1～3；否則為級配不良。

圖1 顆粒大小分布曲線圖Fig.1 Particle size distribution graph

1.2 灌沙試驗

用漏斗法或量筒法測定沙的最小干密度，振動錘擊法測定最大干密度。

1）最小干密度試驗：通過松散堆積方法將沙土緩慢置于量筒之中，稱量筒中沙質(zhì)量，計算密度值；

2）最大干密度試驗：分3層向試桶中注入風積沙，在額定的擊實速率下，將沙土壓實，直至體積不再變化，通過計量體積、質(zhì)量，計算密度值；

相應計算公式見式（3）。

最小、最大干密度：

式中：m為量筒、試桶中沙土質(zhì)量；V為量筒、試桶中沙土體積。

1.3 擊實試驗

測定填料最優(yōu)含水率采用多功能電動擊實儀。鐵路工程擊實試驗依據(jù)土體最大粒徑5 mm、20 mm、40 mm進行規(guī)格選型，見表1。

表1 擊實試驗標準技術參數(shù)Table 1 Standard technical parameters for compaction test

2 原材料試驗

根據(jù)全段風積沙的特點，取49個取土場的風積沙進行篩分試驗、顆粒密度試驗和擊實試驗，試驗結果見表2。

表2 蒙華風積沙物理性能試驗Table 2 Physical performance test of aeolian sand of Menghua Railway

3 結果與分析

3.1 風積沙級配特點分析

1）風積沙篩分結果如表2所示，在表中涉及的49個取土地點，編號為1～23中，DK15+400、DK17+050、DK18+360、DK18+800、DK19+200、DK22+900、DK24+568等7個取土點大于0.25 mm顆粒含量超過50%，可達到（中沙）B組填料的要求。

其他16個取土點風積沙大于0.25 mm顆粒含量最低值為30.3%，風積沙整體顆粒較粗，滿足基床以下路堤填料要求。

2）編號為24～49中，風積沙大于0.25 mm顆粒含量均未達到50%，且只有DK54+500、DK61+300、DK71+400、DK72+200、恩陶 DK151+687、恩陶DK167+131、恩陶DK172+300等7個取土點大于0.25 mm顆粒含量超過20%，最高值為32.5%，最低值僅為7.5%。風積沙整體顆粒較細，滿足基床以下路堤填料要求。

3.2 風積沙最大、最小干密度

由表2可知，風積沙最大干密度為1.71～1.92g/cm3，最小干密度為1.42～1.51 g/cm3之間；且在49個取土點中，有40個取土點最大干密度處于1.71～1.79 g/cm3之間，只有9個取土點最大干密度處于1.80～1.92 g/cm3之間。說明風積沙整體偏細。

風積沙最大干密度超過1.80 g/cm3的取土場集中在編號為1～23取土場中，均為0.25 mm篩余量較高的風積沙，即顆粒粒級越好，風積沙的最大干密度越高。

3.3 風積沙最優(yōu)含水率

由表2可以看出，風積沙填料分組劃分屬于中沙或細沙，因其沙性特質(zhì)，其擊實曲線呈波浪形，無單獨的峰值，見圖2。選擇DK74+448取土點風積沙擊實曲線作為典型代表。

圖2 DK74+448風積沙擊實曲線Fig.2 DK74+448 aeolian sand compaction curve

由圖2可知，風積沙擊實曲線存在多個峰值。為更好的了解風積沙擊實特性，指導工程施工，選取擊實干密度最大點含水率為最優(yōu)含水率。

4 結語

1）抽取的49個取土場的風積沙級配分組主要為中沙（B組填料）、細沙（C組填料）的范圍。取得的樣品中，中沙較少、細沙較多，整體顆粒較細，但能滿足基床以下路堤填料要求。

2）顆粒較粗風積沙主要集中于編號為1～23的取土場，0.25 mm篩上顆粒含量不低于30%；其余風積沙顆粒整體較細，只有DK54+500、恩陶DK151+687等7個取土點0.25 mm篩上顆粒含量超過20%。

3）風積沙顆粒最大、最小干密度分布較為集中；風積沙最大干密度與顆粒級配有較高的相關性，風積沙較粗時，干密度亦較大；

4）風積沙擊實曲線呈波浪形，存在多個峰值點，選取干密度最大點所對應含水率為最優(yōu)含水率，能夠有效指導現(xiàn)場施工。