陳浩宇，陳軍，周曉朋，曹忠露

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

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的程度，已經(jīng)越來(lái)越被工程界所重視。

填料根據(jù)巖土工程性質(zhì)及其條件劃分類別[1]，國(guó)內(nèi)外關(guān)于土的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，有的根據(jù)土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造分類，有的依據(jù)土的工程性質(zhì)分類，有的考慮了土的級(jí)配和可塑性，不同國(guó)家根據(jù)各自的地域特點(diǎn)和需要，制定了相應(yīng)的分類系統(tǒng)和分類方法[2-3]。如日本鐵路主要根據(jù)地基系數(shù)K30及路基下沉程度進(jìn)行A、B、C組料劃分；德國(guó)鐵路系統(tǒng)根據(jù)土體的顆粒組成，進(jìn)行粗粒土、混合型土壤、細(xì)粒土、有機(jī)土進(jìn)行分類；我國(guó)針對(duì)天然結(jié)構(gòu)已被破壞的擾動(dòng)土，將其按粒徑組成、細(xì)粒含量和級(jí)配情況等劃分成組類，用以估算填料壓實(shí)后的強(qiáng)度和可壓實(shí)性[4-5]。

基床底層填料即B組料來(lái)源有兩種方法[6]，第一種是直接選擇符合要求的天然填料，第二種是將天然材料經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)改良，即場(chǎng)拌取得填筑材料。對(duì)于改良土，其主要研究?jī)?nèi)容是拌合用料的摻混比例、拌合設(shè)備、拌合技術(shù)研究及工效，最終目的是取得符合設(shè)計(jì)要求的、混合均勻且滿足施工進(jìn)度需要的拌合料[7-8]。另外，對(duì)于混合均勻、符合設(shè)計(jì)要求的拌合料在填筑現(xiàn)場(chǎng)如何做到填筑均勻也是重要的研究?jī)?nèi)容。

張?jiān)聘鵞9]對(duì)粗顆粒土的試驗(yàn)土樣進(jìn)行了篩分和相對(duì)密度試驗(yàn)，分別從級(jí)配情況及是否滿足基床填料的要求兩方面進(jìn)行了分析。分析結(jié)果認(rèn)為，A、B組填料和級(jí)配碎石兩種粗顆粒土均級(jí)配優(yōu)良，但用于路基基床的填料，其部分細(xì)顆粒含量偏少；通過(guò)相對(duì)密度試驗(yàn)得知兩種填料的相對(duì)密度可以達(dá)到規(guī)范要求，且兩種填料的干密度和孔隙比分別呈線性的相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)TB 10414—2003《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》及設(shè)計(jì)文件要求，基床底層采用A、B組料。由于施工現(xiàn)場(chǎng)處在毛烏素沙漠腹地，附近沒(méi)有天然的B組料，運(yùn)距在200～300 km不等，總需求量1 000多萬(wàn)m3，如果完全采用天然B料不僅要花費(fèi)巨額資金，同時(shí)運(yùn)力上也很難滿足要求。因此，采用風(fēng)積沙和天然A組料或B組料進(jìn)行摻配，不僅能節(jié)省大量資金，也能解決運(yùn)輸能力問(wèn)題。

1 填料分類與優(yōu)選

1.1 填料分類

標(biāo)段內(nèi)風(fēng)積沙粒徑＞0.25 mm顆粒含量在7.5%～74.7%之間，且全部為小于2 mm顆粒，因此針對(duì)基床底層填料摻入料優(yōu)選方案主要為挑選0.25 mm顆粒較高的風(fēng)積沙。從標(biāo)段內(nèi)挑選滿足A、B、C、D級(jí)別的風(fēng)積沙[10]，進(jìn)行基床底層填料摻配試驗(yàn)。

1.2 填料優(yōu)選

根據(jù)周邊填料資源實(shí)際情況，選擇了馮記溝等9個(gè)料場(chǎng)。所選取各料場(chǎng)基床填料大于0.25 mm、2 mm含量如表1所示。其中，大于0.25 mm顆粒含量處于78.1%～88.3%之間，整體較為接近；大于2 mm以上顆粒含量處于45.9%～76.9%之間，各填料間差異較大。A組填料中，兩粒級(jí)下顆粒含量相似，通過(guò)比對(duì)，選取百順A料作為摻入料；B組料中，通過(guò)對(duì)大于2 mm顆粒含量粒徑比對(duì)，選取寧東-3號(hào)磅過(guò)粗篩（73.9%）、寧東-萬(wàn)成（65.5%）、勝利鄉(xiāng)（52.6%）、納蘭西里（45.9%）。

表1 基床填料0.25 mm、2 mm篩余量Table1 Screening residues of 0.25 mm and 2 mm base bed packing

2 風(fēng)積沙、各料場(chǎng)填料摻配試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)段內(nèi)的風(fēng)積沙特性和各地填料的顆粒情況，采用0.25 mm或者2.0 mm顆粒含量進(jìn)行摻配。

2.1 摻配礫砂填料試驗(yàn)

風(fēng)積沙A、B組料摻配基床底層礫砂填料試驗(yàn)，以2 mm以上顆粒占比確定。因風(fēng)積沙缺少2 mm以上顆粒，摻配礫砂試驗(yàn)主要為風(fēng)積沙和“A、B組料”試驗(yàn)（即：標(biāo)段內(nèi)各取土點(diǎn)風(fēng)積沙作為摻入料，不會(huì)改變實(shí)際摻配結(jié)果）。不同摻配比例通過(guò)率及顆粒占比試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

5組“A、B組料”摻風(fēng)積沙制備基床底層“礫砂”試驗(yàn)中，組合中大于2 mm顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量均超過(guò)25%，滿足規(guī)范要求。各料的風(fēng)積沙最大摻配比例如表2所示，3號(hào)磅過(guò)粗篩的填料摻量最大為65%，納蘭西里的填料摻量最小為43%。

表2 摻配基床底層礫砂試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test resultsof gravel sand mixed with base bed

2.2 摻配“中砂”填料試驗(yàn)

風(fēng)積沙摻A、B組料摻配基床底層中砂填料試驗(yàn)，以0.25 mm以上顆粒占比確定（所謂“中砂”摻配，為以0.25 mm粒徑作為摻配控制粒徑）。因不同取土點(diǎn)風(fēng)積沙0.25 mm以上顆粒含量差異較大，對(duì)不同0.25 mm以上顆粒含量風(fēng)積沙進(jìn)行摻配“中砂”試驗(yàn)。

1）D級(jí)風(fēng)積沙摻“A、B組料”

D級(jí)風(fēng)積沙摻配基床底層中砂試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 D級(jí)風(fēng)積沙摻配基床底層中砂試驗(yàn)結(jié)果Table3 Test resultsof grade D aeolian sand mixed with medium sand in base bed

D級(jí)風(fēng)積沙、“A、B組料”摻配基床底層“中砂”試驗(yàn)中，大于0.25 mm顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量均超過(guò)50%，滿足規(guī)范要求。各料的風(fēng)積沙最大摻配比例如表3所示，3號(hào)磅過(guò)粗篩填料的摻量最大為47%，勝利鄉(xiāng)填料的摻量最小為40%。

依據(jù)D級(jí)風(fēng)積沙摻配“中砂”試驗(yàn)結(jié)果，得到的級(jí)配曲線中大于2 mm顆粒占比亦超過(guò)了25%，滿足“礫砂”填料要求。

2）C級(jí)風(fēng)積沙摻“A、B組料”

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 C級(jí)風(fēng)積沙摻配基床表層中砂試驗(yàn)結(jié)果Table4 Test resultsof grade C aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

C級(jí)風(fēng)積沙、“A、B組料”摻配基床表層“中砂”試驗(yàn)中，組合下顆粒大于0.25 mm顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量均超過(guò)50%，滿足規(guī)范要求。各料的風(fēng)積沙最大摻配比例如表4所示，3號(hào)磅過(guò)粗篩填料的摻量最大為55%，勝利鄉(xiāng)填料的摻量最小為48%。

依據(jù)C級(jí)風(fēng)積沙摻配“中砂”試驗(yàn)結(jié)果中，除納蘭西里外，其他各組合得到的級(jí)配曲線中大于2 mm顆粒占比亦超過(guò)了25%，亦滿足“礫砂”填料要求。

3）B級(jí)風(fēng)積沙摻“A、B組料”

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 B級(jí)風(fēng)積沙摻配基床表層中砂試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of grade B aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

B級(jí)風(fēng)積沙、“A、B組料”摻配基床表層中砂試驗(yàn)中，組合下顆粒大于0.25 mm顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量均超過(guò)50%，滿足規(guī)范要求。各料的風(fēng)積沙最大摻配比例如表5所示，3號(hào)磅過(guò)粗篩填料的摻量最大為63%，勝利鄉(xiāng)填料的摻量最小為57%。

依據(jù)B級(jí)風(fēng)積沙摻配“中砂”試驗(yàn)結(jié)果，摻3號(hào)磅過(guò)粗篩、百順、萬(wàn)成料場(chǎng)，得到的級(jí)配曲線中大于2 mm顆粒占比亦超過(guò)了25%，滿足礫砂填料要求。

4）A級(jí)風(fēng)積沙摻“A、B組料”

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 A級(jí)風(fēng)積沙摻配基床表層中砂試驗(yàn)結(jié)果Table6 Test results of grade A aeolian sand mixed with medium sand in surface bed

A級(jí)風(fēng)積沙、“A、B組料”摻配基床表層中砂試驗(yàn)中，組合下顆粒大于0.25 mm顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量均超過(guò)50%，滿足規(guī)范要求。各料的風(fēng)積沙最大摻配比例如表6所示，3號(hào)磅過(guò)粗篩填料的摻量最大為77%，勝利鄉(xiāng)填料的摻量最小為72%。

依據(jù)A級(jí)風(fēng)積沙摻配“中砂”試驗(yàn)結(jié)果，各料源填料摻配得到的級(jí)配曲線中大于2 mm顆粒占比未超過(guò)了25%，不滿足礫砂填料要求。

2.3 填料摻配制備方法分析

由表2～表6可以看出，風(fēng)積沙與A、B組填料按2 mm、0.25 mm控制粒徑分別進(jìn)行礫砂、中砂摻配試驗(yàn)，摻配結(jié)果隨風(fēng)積沙級(jí)配的變化存在較大的差異，相應(yīng)摻配結(jié)果如表7所示。

表7 填料改良摻配方法和結(jié)果Table7 Modified mixing method and resultsof fillers

C級(jí)、D級(jí)風(fēng)積沙，在2 mm控制粒徑摻配下的風(fēng)積沙摻量大于以0.25 mm控制粒徑下的風(fēng)積沙摻量，針對(duì)此分級(jí)下的風(fēng)積沙以2 mm控制粒徑進(jìn)行摻配試驗(yàn)更能有效的提高風(fēng)積沙摻量，提高工程原料的經(jīng)濟(jì)性；相反，A級(jí)風(fēng)積沙則以0.25 mm控制粒徑進(jìn)行摻配試驗(yàn)更能有效的提高風(fēng)積沙摻量。

2.4 摻配后原材料性能

對(duì)改良后的填料進(jìn)行密度和擊實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果如表8所示。經(jīng)過(guò)摻配后的基床填料最大干密度在1.90～1.99 g/cm3之間，最小干密度在1.43～1.60 g/cm3之間，最優(yōu)含水率在6.5%～8.2%之間，為后續(xù)施工提供參考。

表8 基床底層填料的物理性能Table8 Physical properties of substrate packing

3 結(jié)語(yǔ)

1）風(fēng)積沙中大于0.25 mm顆粒含量按≥40%、≥30%、≥20%、≥10%進(jìn)行A、B、C、D級(jí)分類。

2）A、B、C、D級(jí)風(fēng)積沙摻入料在控制粒徑（0.25 mm、2 mm）下，3號(hào)磅過(guò)粗篩、百順、萬(wàn)成、納蘭西里、勝利鄉(xiāng)作為摻配料，各組合下風(fēng)積沙摻入量增長(zhǎng)趨勢(shì)相同，均按以下趨勢(shì)逐漸增加：3號(hào)磅過(guò)粗篩＞百順＞萬(wàn)成＞納蘭西里＞勝利鄉(xiāng)。

3）以A、B組料的界限來(lái)劃分摻入料的可摻配性存在一定不合理性，不均勻系數(shù)的高低與基床底層填料摻配的經(jīng)濟(jì)性（風(fēng)積沙摻量高低）相關(guān)性較低，而曲率系數(shù)能很好地描述摻配的好壞與A、B組填料的優(yōu)劣；限制粒徑d60、有效粒徑d10的高低與基床底層填料摻配的經(jīng)濟(jì)性（風(fēng)積沙摻量高低）相關(guān)性較低，而d30能很好地描述作為摻配用A、B組填料的優(yōu)劣。

4）C級(jí)、D級(jí)風(fēng)積沙，在2 mm控制粒徑摻配下的風(fēng)積沙摻量大于以0.25 mm控制粒徑下的風(fēng)積沙摻量；A級(jí)風(fēng)積沙以0.25 mm控制粒級(jí)進(jìn)行摻配試驗(yàn)更能有效的提高風(fēng)積沙摻量。