浅谈对风积沙路基填料的改良研究

２０１０年第１期　西安铁路职业技术学院学报　Ｎｏ．１．２０１０　（总第４ｌ期）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ　ｈｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎ０．４１　浅谈对风积沙路基填料的改良研究　史艺红　王贵民　（１．西安铁路职业技术学院陕西西安７１００１４；　２．包西铁路工程指挥部陕西西安７１００５４）　摘要：本文结合国家重点投资项目一包西铁路通道（陕西段）工程实际，根据沙漠地区铁路路基工程设计规范要　求、铁路路基施工验收标准并结合经济效益及周边实际填料，对全线不良地质路段提出较为合理的改良试验。　通过施工现场的试验得知：采用１：１．５砂土参配方案，虚铺厚度３５ｅｍ，压实后３０ｃｍ，最终可松性系数１．１５，静　压７遍后可达到设计及验标要求，从而分析选取合理的比例及碾压次数满足铁路路基承载力的要求及验标。　关键词：风积沙；路基；改良；压实试验　中图分类号：Ｕ２１３．１　文献标识码：Ａ　文章编号：９４３７一（２０１０）Ｏ１—０００１一Ｏ３　Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｗｏｒｋ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｒｏａｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｄｒｉｆｔ—ｓａｎｄ　Ａｒｅａｓ　Ｓｈｉ　Ｙｉｈｏｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｇｕｉｍｉｎ　（Ｘｉｈｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）（Ｘｉ’ａｎ—Ｂａｏｔｏｕ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｐｒ￣ｅｃｔ　Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｋｅｙ　ｓｔａｔｅ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｊｅｅｔｓ—Ｗｅｓｔ　Ｒａｉｌ　Ｃｏｒｒｉｄｏｒ　Ｐａｃｋａｇｅ（Ｓｈａａｎｘｉ　Ｓｅｃｔｉｏｎ）ｅｎｇｉｎｅｅｒ—　ｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｄｅｓｅｒｔｓ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｅ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｓｔ—ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｐａｃｋｉｎｇ，ｒｉｇｈｔ　ａｃｒｏｓｓ　ｔｈｅ　ｂｏａｒｄ　ｂａｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａ　ｍｏｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｓｉｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｉ—　ａｌｓ　ｔｈａｔ：Ｔｈｅ　ａｒｇｕｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｓａｎｄ　１：１．５　ｐｒｏｇｒａｍｓ，ｖｉｒｔｕａｌ　ｈｅｉｇｈｔ　３５ｃｍ，ｃｏｍｐａｃｔｅｄ　３０ｃｍ，ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ　ｌｏｏｓｅ　ｃｏｅｆｆｉ—　ｃｉｅｎｔ　１．１　５，ｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｖｅｎ　ｔｉｍｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　Ｓｅｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｒｏｌｌｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｅｏｌｉａｎ　ｓａｎｄ；ｒｏａｄｂｅｄ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　１　工程概况　渭南、西安四市，线路全长６２４．５８９正线公里，为国　家Ｉ级双线自动闭塞电气化铁路，线路速度目标值　包西铁路（陕西段）自北向南纵贯榆林、延安、　线下预留２００ｋｍ／ｈ条件，工程总投资１６７．３亿。铁　收稿日期：２００９—１０—１６　作者简介：史艺红（１９６０～），女，河南灵宝人，院督导室主任，副教授　２　西安铁路职业技术学院学报　路穿过榆林市神木县，该地区处在毛乌素沙漠边缘　的剥蚀丘陵区，丘坡与谷地相间，地形相对平缓，具　厚度及控制桩的标高（松铺系数初步定为Ｉ．１６）。　③取土前要根据用量对取土场做好规划，用挖掘　有荒漠气候特征，冬季寒冷，夏季炎热，温差大，气　候变化剧烈，多风沙，蒸发强烈。在神木县境内路　基工程的填方量大，线路附近填料主要为均匀、级　机从预定开挖深度往上装土，进出取土场的便道要及　时洒水。运输以８～１５Ｔ自卸车为主，自卸车在用湿　压法碾压密实的中间层上行驶，一般情况下不会陷　配不良风积沙。符合要求的填料距线路较远，单独　使用不经济。为满足施工需要，必须进行现场试　车，但该土层失水或车辆调头则行走非常困难。　④平整摊铺填料时采用推土机粗平，刮平机进　验，对风积沙路基填料进行物理和化学改良。　２填料改良试验目的　①确定改良后碾压时的最佳含水量；　②确定适宜的松铺厚度；　③确定合适的碾压遍数和碾压速度；　④标高、边坡、横坡的测量控制方法；　⑤确定技术可行，最经济的改良方案；　３物理改良施工工艺　３．１传统施工工艺　①填方路堤及挖方路堑的施工风积沙路基填　方路堤及挖方路堑的施工工艺及方法同一般土方　路基施工方法大致相同，不同的是风积沙路基的虚　铺厚度控制在小于等于４０　ｃｍ为宜。　②风积沙路基的压实采用水车运水或打井布　管道的方法进行洒水后进行碾压。分稳压、振压、　终压３个阶段进行。　３．２改良施工工艺　填筑前地表清理—基底压实—放样挂线—摊铺一　拌合　推土机粗平　平地机精平＿＋静压、振压＿＋检测　压实系数和地基系数—重复至破坏起层松散　物理改良共分为四区域进行试验，每区域均为　长５０ｍ，宽１５ｍ，分三层进行。物理改良的土层用最　大干密度和最佳含水量加以控制　①路基试验段开工前，先对该段线路进行精测　复核，设立控制桩点，绘制线路纵横断面图，地形变　化点加测断面，并报监理工程师审核。同时，放出　边桩，确定原地面清表范围。　②使用推土机将地表植物根系清除，采用装载　机装土，自卸汽车运到弃土场。将表面整平，洒水　碾压，进行地基承载力检测。现场检查压实系数均　大于０．８９，地基承载力均大于０．８ＭＰａ／ｃｍ，实测结　果满足设计及验标要求。用全站仪准确测设路基　每１０ｍ的中桩、边桩位置，用水准仪测出该层填铺　行精平，并工人配合修补，保证摊铺面在纵向和横　向平顺、厚度一致。根据松铺厚的标记的中桩、边　桩高度，重新对填料顶标高进行复核。施工中注意　各道工序要紧凑，尽量避免风积沙路基水分下渗和　蒸发而用洒水车大量补水的情况发生。　⑤拌合前检测填料的含水量，沙与土比例为１：　２的含水量为１４．８％；沙与土比例为１：１．５的含水　量为１３．４％；沙与土比例为１：１的含水量为　１４．２％；沙与土比例为１：０．５的含水量为１４．１％。　拌合时璇耕机应先将拌合深度调整好，由两侧向中　间拌合，每次拌合应重叠ｌＯ—２０ｃｍ，拌合遍数根据　现场实际情况确定。　⑥拌合均匀后，用压路机静压一遍，平地机进　行整形，对局部低洼处，人工用新拌的混合料找补　平整。　⑦物理改良试验表明：砂土比例１：Ｉ．５的填料　碾压到第六遍时，压实度、Ｋ３０都可以达到２００ＫＭ／　ｈ路基本体填筑要求。砂土比例为１：２改变碾压方　式在第五遍、第六遍达到２００ＫＭ／ｈ路基基床底层填　筑要求。　⑧风积沙碾压时应遵循以下原则：碾压前，用　洒水车补洒水，控制沙层含水量比最佳含水量大　２—３％，以补偿施工中水分的下渗和蒸发。　对于湿法施工路段，摊铺厚度每层控制在３Ｏ一　３５ｅｍ之间，填料表面打方格洒水，要求洒水应洒透。　⑨压实合格后重新对填料顶的标高和平整度　进行检测，计算横坡度。根据填筑前后高程差，计　算压实厚度，推算松铺系数。根据现场实测数据得　出松铺系数为１．１５。　含水量控制：含水量应控制在１１．５％左右，即　不大于最佳含水量２％时开始碾压效果最佳。　试验检测完成后，各项检测项目的检测结果满　足《铁路路基工程施工质量验收标准》要求。　４化学改良研究过程　化学改良共分为四区域进行试验，每区域均为宽　史艺红王贵民：浅谈对风积沙路基填料的改良研究　３　１５米，长６ｏ米，虚铺厚度２５ｅｍ。ＤＫ１８７＋５１０～　ＤＫ１８７＋５７０右侧，水泥掺量为３％，最大干密度１．８０　ｅｍ　／ｇ，最佳含水量１０．３％：ＤＫ１８７＋５１０～ＤＫ１８７＋　５７０左侧，水泥掺量为４％，最大干密度１．８２ｃｍ　／ｇ，最　佳含水量９．９％；ＤＫ１８７＋４５０～ＤＫ１８７＋５１０左侧，水　泥掺量为５％，最大干密度１．８４ｅｍ　／ｇ，最佳含水量　１０．１％；ＤＫ１８７＋４５０～ＤＫ１８７＋５１０右侧，水泥掺量为　６％，最大干密度１．８６ｃｍ　／ｇ，最佳含水量１０．Ｏ％，先　做水泥掺量为３％的，然后以次分区域进行流水作业　（其余施工工艺相同）。　４．１摊铺平整　摊铺填料时采用推土机粗平，刮平机进行精　平，并工人配合修补保证摊铺面在纵向和横向平　顺、厚度一致。　根据松铺厚度标记的中桩、边桩高度，重新对　填料顶标高进行复核。　洒布水泥前，检测填料的含水量，水泥掺量３％　的为１４．８％、水泥掺量４％的为１４．７％、水泥掺量　５％的为１４．６％、水泥掺量６％的为１４．４％，含水量　较合适，可进行水泥洒布作业。　４．２洒布水泥　按质量比计算水泥用量，每区域填层填风积砂　１５　６０：Ｉ：０．２５＝２２５ｍ。．　水泥掺量３％的共计水泥用量为１１．５４吨，每　方砂掺水泥５１．３ｋｇ，每平用水泥１２．８ｋｇ，每袋水泥　布２　１．９５　ｍ　；水泥掺量４％的共计水泥用量为　１５．３９吨，每方砂掺水泥６８．４ｋｇ，每平用水泥　１７．１ｋｇ，每袋水泥布２％１．４６ｍ　；水泥掺量５％的共　计水泥用量为１９．２４吨，每方砂掺水泥８５．５ｋｇ，每　平用水泥２１．４ｋｇ，每袋水泥布１．５％１．５６ｍ。；水泥掺　量６％的共计水泥用量为２３．Ｏ９吨，每方砂掺水泥　１０２．６ｋｇ，每平用水泥２５．７ｋｇ，每袋水泥布１．５￥　１．３ｍ　；按每袋水泥洒布面积布方格线，并在每个方　格内摆放一袋水泥，将水泥均匀摊铺在被改良填料　表面上。　４．３拌合　拌合时，拌合机应先将拌合深度调整好，由两　侧向中间拌合，每次拌合应重叠ｌ０～２０　ｅｍ，防止漏　拌。拌合时有专人随时检查拌合深度，拌合深度应　深人下承层的表面１ｃｍ左右，严禁在拌和层底部留　有夹层，拌合完成的混合料应色泽均匀，无灰条、灰　团。拌合遍数根据现场实际情况确定，为了保证混　合料拌合均匀，采用旋耕机拌合３次，能满足要求。　４．４整型　拌合均匀后，先用平地机初平和整形，再用压　路机快速碾压１～２遍。对局部低洼处，人工用新　拌的混合料找补平整，整型应按规定的坡度和路拱　进行。　４．５碾压及压实度控制　碾压前检测含水量，水泥掺量３％的为１　１．３％、　水泥掺量４％的为１１．５％、水泥掺量５％的为　１１．６％、水泥掺量６％的为１１．６％，混合料含水量接　近最佳含水量，用重型压路机进行碾压，碾压采用　静压，一般６～８遍。碾压时先慢后快、先轻后重、　由两侧至中间、轮迹重叠１／３、头两遍采用１档（１．５　—１．７ｋｒｎ／ｈ）为宜，以后用２档（２．０—２．５ｋｍ／ｈ），最　大速度不超过４ｋｍ／ｈ，静压一来回为一遍。碾压时　应确保均匀，无漏压、无死角、无明显轮迹。地　碾压开始后，试验工程师在碾压一遍后，每碾　压一遍检测一次压实系数和地基系数，用环刀法检　测压实度、Ｋ３０平板荷载仪检测地基系数，并将检测　结果做好记录，具体数据如下表：　碾压合格后，立即用塑料布覆盖养生，养生期　不少于７天。养生期间不允许任何车辆通行。　通过试验结果的分析，水泥掺量３％的填料，压　实度可以达到设计要求，Ｋ３０不能达到设计要求；水　泥掺量４％、５％、６％的填料，压实度及地基系数均　可达到设计要求。　４．６标高、横坡检测　压实合格后重新对填料顶的标高和平整度进　行检测，计算横坡度。　根据填筑前后高程差计算压实厚度，推算松铺　系数。　５方案经济比较　掺水泥按不同配比每方费用　掺量项目　单位　３％　４％　５％　６％　备注　水泥　兀　——　２５．１４　３３．５２　４１．９０　５Ｏ．２７　塑料薄膜　兀　——　Ｏ．Ｏ７　Ｏ．０７　Ｏ．０７　Ｏ．０７　刮平　兀　—　１２．１２　ｌ２．１２　１２．１２　１２．１２　借土填方　ｙ１——５　ｌ３．６Ｏ　ｌ３．６Ｏ　１３．６ｏ　１３．６ｏ　搅拌　兀　——　６．５０　６．５Ｏ　６．５０　６．５Ｏ　人工　兀　——　１．３１　１．３１　１．３１　１．３１　合计　兀　５８．７４　６７．１——　２　７５．５Ｏ　８３．８８　（下转第１２页）　ｌ２　西安铁路职业技术学院学报　（上接第３页）　掺土每方费用（土运距为１０ｋｉｎ）　依据。　采用１：２砂土掺配方案，虚铺厚度３５ｃｍ，压实　后３０ｃｍ，松铺系数为１．１５，静压２遍后弱振２遍再　静压２遍Ｋ３０和压实度均可以达到设计要求。因　Ｉ　ｅＰ（；ｈ－）　ｆ元ｆ　８．１６　ｉ　６．８　ｆ　５．４４　ｆ　４．０８　ｆ　Ｉ　Ｉ借土填方ｆ元ｆ　１０．２　ｆ　１２．８　ｆ　１５．３６　ｌ　１７．９２　ｆ　ｆ　此可作为指导风积沙路基土方基床底层填筑施工依　据。　该改良方案有效地解决了风积沙路基填筑压实　通过本试验段的总结和经济比较，认为采用　１：１．５砂土掺配方案虚铺厚度３５ｃｍ，压实后３０ｃｍ，　压实系数为１．１５，最佳含水量１０．８％；静压７遍后　Ｋ３０和压实度均可以达到１６０ｋｍ／ｈ、２００ｋｍ／ｈ路基　本体设计技术标准。因此可作为指导全标段路基土　指标问题，同时缓解了在风积沙地区因土源缺乏而　增加建设费用的问题。通过一年多的施工实践证　明，该改良方案，具有很强的可操作性和经济实用　性，值得在同类地区借鉴推广。　参考文献　方本体填筑施工依据；采用１：２砂土掺配方案虚铺　厚度３５ｃｍ，压实后３０ｃｍ，压实系数为１．１５，最佳含　水量１１．９％；静压２遍后弱振２遍再静压２遍Ｋ３０　［１］　中国石油天然气总公司塔里木石油勘探开发指挥部．　塔里木沙漠石油公路［Ｍ］．北京：石油工业出版社，　１９９６．　和压实度均可以达到１６０ｋｍ／ｈ、２００ｋｍ／ｈ基床底层　设计技术标准，因此可作为指导全标段路基土方基　［２］邓永新，樊自立，关有志等．沙漠环境对沙漠够公路工　程的影响［Ｊ］．中国沙漠，１９９６，１６（３）．　［３］姚正义，陈广庭，韩致文等．塔克拉玛干沙漠腹地风沙　土力学性质［Ｊ］．中国沙漠，２００１，２１（１）．　床底层填筑施工依据。　６　结论　通过现场多次试验总结，采用１：１．５砂土掺配　方案，虚铺厚度３５ｃｍ，压实后３０ｃｍ，松铺系数为　１．１５，静压７遍后Ｋ３０和压实度均可以达到设计及　［４］李万鹏．风积沙的压实特性及应用研究［Ｄ］．西安：长　安大学，２００４．　（责任编辑：滕勇）　验标要求，因此可作为指导路基本体土方填筑施工