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(gòu)成鐵路路基等土工建筑物的原材料，多年的工程實(shí)踐證明，填料質(zhì)量的好壞直接關(guān)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(yán)重風(fēng)沙路基侵蝕環(huán)境，填料資源極其困乏，風(fēng)積沙資源極其豐富，如果將風(fēng)積沙變成填料，不僅能解決運(yùn)輸問題，同時(shí)能節(jié)約大筆資金。因此，開展風(fēng)積沙在路基底層的應(yīng)用研究具有重要意義。

按照國(guó)內(nèi)規(guī)范[1-3]方法，通過篩分、相對(duì)密度、擊實(shí)等試驗(yàn)確定標(biāo)段內(nèi)風(fēng)積沙物理性能[4-6]，確定風(fēng)積沙所屬填料的種類[7]，分析各區(qū)間填料異同點(diǎn)，并根據(jù)測(cè)定的最大干密度、最小干密度和最優(yōu)含水率指導(dǎo)路基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及施工[8]。

1 試驗(yàn)方法

1.1 篩分試驗(yàn)

通過篩分試驗(yàn)，將土顆粒按不同篩網(wǎng)進(jìn)行分離，稱量各篩篩余質(zhì)量，進(jìn)行顆粒級(jí)配分析，通過在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上繪制粒徑分布曲線，見圖1，計(jì)算不均勻系數(shù)Cu、曲率系數(shù)Cc，對(duì)土體進(jìn)行粒組分級(jí)計(jì)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(jí)配曲線上10%、30%、60%含量的粒徑。

判定級(jí)配：級(jí)配良好Cu≥5，且Cc=1～3；否則為級(jí)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(yàn)

用漏斗法或量筒法測(cè)定沙的最小干密度，振動(dòng)錘擊法測(cè)定最大干密度。

1）最小干密度試驗(yàn)：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(jì)算密度值；

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

相應(yīng)計(jì)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(shí)試驗(yàn)

測(cè)定填料最優(yōu)含水率采用多功能電動(dòng)擊實(shí)儀。鐵路工程擊實(shí)試驗(yàn)依據(jù)土體最大粒徑5 mm、20 mm、40 mm進(jìn)行規(guī)格選型，見表1。

表1 擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)Table 1 Standard technical parameters for compaction test

2 原材料試驗(yàn)

根據(jù)全段風(fēng)積沙的特點(diǎn)，取49個(gè)取土場(chǎng)的風(fēng)積沙進(jìn)行篩分試驗(yàn)、顆粒密度試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

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

3 結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)積沙級(jí)配特點(diǎn)分析

1）風(fēng)積沙篩分結(jié)果如表2所示，在表中涉及的49個(gè)取土地點(diǎn)，編號(hào)為1～23中，DK15+400、DK17+050、DK18+360、DK18+800、DK19+200、DK22+900、DK24+568等7個(gè)取土點(diǎn)大于0.25 mm顆粒含量超過50%，可達(dá)到（中沙）B組填料的要求。

其他16個(gè)取土點(diǎn)風(fēng)積沙大于0.25 mm顆粒含量最低值為30.3%，風(fēng)積沙整體顆粒較粗，滿足基床以下路堤填料要求。

2）編號(hào)為24～49中，風(fēng)積沙大于0.25 mm顆粒含量均未達(dá)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(gè)取土點(diǎn)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(fēng)積沙整體顆粒較細(xì)，滿足基床以下路堤填料要求。

3.2 風(fēng)積沙最大、最小干密度

由表2可知，風(fēng)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(gè)取土點(diǎn)中，有40個(gè)取土點(diǎn)最大干密度處于1.71～1.79 g/cm3之間，只有9個(gè)取土點(diǎn)最大干密度處于1.80～1.92 g/cm3之間。說明風(fēng)積沙整體偏細(xì)。

風(fēng)積沙最大干密度超過1.80 g/cm3的取土場(chǎng)集中在編號(hào)為1～23取土場(chǎng)中，均為0.25 mm篩余量較高的風(fēng)積沙，即顆粒粒級(jí)越好，風(fēng)積沙的最大干密度越高。

3.3 風(fēng)積沙最優(yōu)含水率

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

圖2 DK74+448風(fēng)積沙擊實(shí)曲線Fig.2 DK74+448 aeolian sand compaction curve

由圖2可知，風(fēng)積沙擊實(shí)曲線存在多個(gè)峰值。為更好的了解風(fēng)積沙擊實(shí)特性，指導(dǎo)工程施工，選取擊實(shí)干密度最大點(diǎn)含水率為最優(yōu)含水率。

4 結(jié)語

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

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

3）風(fēng)積沙顆粒最大、最小干密度分布較為集中；風(fēng)積沙最大干密度與顆粒級(jí)配有較高的相關(guān)性，風(fēng)積沙較粗時(shí)，干密度亦較大；

4）風(fēng)積沙擊實(shí)曲線呈波浪形，存在多個(gè)峰值點(diǎn)，選取干密度最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)含水率為最優(yōu)含水率，能夠有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。