铁路路基填料质量对压实质量的影响分析

摘 要 高速铁路路基填料质量对路基压实质量起着重要作用，根据我国高速铁路路基压实标准要求和铁路行业填料分类现状，分析了高速铁路路基填料的颗粒粒径、颗粒粒径级配、填料强度及填料性质对压实质量的影响；提出了高速铁路路基填筑前，应对填料的粒径级配及强度指标提出要求，或完善路基填料分类标准的建议。

关键词 高速铁路路基填料压实质量粒径级配

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

为了保证铁路路基有较好的力学性能和长期稳定性，近十多年来，特别是新世纪之初秦沈客运专线铁路建设开始，我国已把铁路路基当做土工结构物工程对待，在压实标准、填料质量及检测方法等方面，都取得了新突破和提高。就路基填料而言，原客运专线铁路路基相关标准规定基床底层填料粒径不应大于100mm，基床以下路堤填料粒径不得大于150mm；《高速铁路设计规范（试行）》（TB 10621-2009）规定，路基填料最大粒径在基床底层应小于60mm,在基床以下路堤内应小于75mm。填料最大粒径的限制对于保证路基工程质量起着重要作用。填料颗粒粒径超标，不易碾压和压实不均匀，易导致路基出现不均匀沉降、水囊和不稳定的滑动面等病害；颗粒粒径过小（如细粒土、粉质土）对路基的水稳定性较差，遇水后就容易产生病害。路基填筑的理想填料是水稳性和级配良好的粗粒土或渗水土。根据线路等级和路基填筑的部位，国内外对路基填料的选用都要有具体要求。

2 铁路行业填料分类现状

普通填料按颗粒粒径分巨粒土、粗粒土和细粒土。根据颗粒组成、颗粒形状、细颗粒含量、颗粒级配、抗风化能力等，巨粒土、粗粒土填料可分A、B、C、D组。《铁路工程岩土分类标准》（TB10077-2001）对于填料的粒径级配的划分，是根据填料的粒径级配曲线，确定不均匀系数Cu（Cu=d60/d10）和曲率系数

Cc（Cc=d230/d10 ·d60）进行划分的。当Cu不小于5 ，Cc等于1～3时，属于级配良好；当Cu小于5，Cc不在1～3之间时，填料的粒径级配范围窄或级配曲线不连续，属于级配不良。不同国家、不同行业对于填料的粒径级配划分的标准有所不同。

铁路对路基填料的材质、粒径级配及水稳定性有较高的要求。根据了解和总结大准、点南、巴准等多条铁路路基施工经验，我国铁路对填料的划分块状、粗粒径级，细粒径级，尤其是粗颗粒填料，在实际施工填筑中存在填料组别合格，但由于级配不良，直接碾压不能达到所规定的压实控制标准等问题。在勘察设计阶段，往往对于填料材质较为重视，而对于填料的粒径级配则重视不够，因此应结合料场具体情况进行可压实性能分析及试验，提出具体填料制备工艺。

（图为填料细粒径级现场情况）

3 填料质量对压实质量的影响

3．1 填料粒径

填料粒径对路基压实质量的影响主要体现在以下方面：（1）填料粒径太大，若大颗粒石料的抗压强度较低，则在荷载作用下易破碎、可塑性较大，直接影响路基填筑质量。（2）填料粒径过大，易造成颗粒间有空洞、局部压实不足、压实面不平整等问题，使路基出现不均匀沉降、水囊和不稳定的滑动面等病害；所以大颗粒石料周围是压实质量的薄弱区域。（3）对于大颗粒填料，受压实机械自重和激振力的影响，不易对填料碾压密实；填料密实程度不足，其力学性能指标也不能满足规范要求，在长期动荷载作用下，路基易产生下沉和翻浆冒泥等病害，影响路基的稳定性和耐久性。（4）对于大粒径填料，由于受试验设备的适用尺寸限制，常规的检测方法、试验设备和控制标准不适用或不能直接适用于大粒径填料的压实质量检测。如地基系数K30 试验要求填料的最大粒径宜不大于荷载板直径的1/4，即75mm。所以，高速铁路设计规范规定的路基填料最大粒径在基床底层内应小于60mm，在基床以下路堤内应小于75mm，有其合理性。

3.2填料粒径级配

TB 10621-2009 规定，基床底层应采用A、B组填料或改良土，A、B组料粒径级配应符合压实性能要求；基床以下路堤宜选用A、B组填料和C组碎石、砾石类填料时，应根据填料性质进行改良。填料级配良好时，碾压后小颗粒嵌入大颗粒间的孔隙，土体容易压实，其物理力学指标能满足压实标准要求。现场试验表明，不是所有符合Cu 不小于5、Cc等于1～3的填料，压实后都能满足压实标准要求。基床表层级配碎石及过滤段级配碎石的不均匀系数Cu ，一般不低于20；粗粒土中的砾石类土和砂类土，不均匀系数Cu大于12时基本可以满足基床以下路堤的压实标准要求，不均匀系数 Cu大于20时基本可以满足基床底层的压实标准要求。对于填料级配的连续性，一般采用曲率系数Cc来判断，与不均匀系数 Cu指标相对应的曲率系数Cc应在0.5～4为宜，即当曲率系数Cc在0.5～4时可认为该填料的粒径级配连续。

TB 10621-2009 规定，对于采用普通填料填筑的路基，物理指标采用压实系数K，力学指标有砟轨道路基采用地基系数K30和动态变形模量Evd；无砟轨道路基采用K30 或Ev2 （含Ev2 /Ev1）均可，及动态变形模量Evd指标。与以往的路基压实标准相比，高速铁路设计规范提出了较为优化和清晰的路基压实标准。应该注意的是，压实系数K是土的干密度与最大干密度之比，其值为相对指标，不能反映填料粒径级配良好与否。地基系数K30 是反映路基荷载强度与变形关系的指标，一般情况下，级配良好的填料，经充分压实后，其地基系数K30 值较高；级配不佳的填料，经充分压实后，其K30 值难以满足压实标准要求。但如果级配不佳的填料，经充分压实后，能形成土骨架，其K30 值也较高；而该状态下的颗粒间存在较大的空隙，即土颗粒有移动或重新排列的空间，在静、动荷载的长期作用下，路基易产生不均匀沉降。实践证明，填料的粒径级配对碾压后所能达到的密实程度有明显影响；单一尺寸的砂、砾石和碎石或粒径级配不连续的填料，都难以碾压密实。所以，高速铁路路基填筑前，应对路基填料的粒径级配提出要求，或完善路基填料分类标准。

3.3 填料强度

高速铁路路基填料应具有必要的强度。对于填料的强度，一般采用加州承载比试验（CBR试验）测定填料在一定条件下的CBR值来评定。CBR值是指采用标准尺寸的贯入杆贯入试件中2.5mm或5.0mm时，所需要的荷载强度与标准碎石相同贯入量时标准荷载强度的比值。CBR试验所反映的强度实质上是土体的局部抗剪强度，当剪切力超过内聚力和摩擦力之和时，土体发生破坏。在外荷载和自重作用下，路基土体产生剪应力和相应变形，当作用在路基上的荷载超过其抗剪强度时，就会产生剪切破坏。因此，对土样进行CBR试验测定CBR值，可以评价路基土体的抗剪强度，间接得到路基土的局部抗剪强度。影响填料CBR值的主要因素有填料材质、压实系数及浸水时间。为预估填料在现场可能出现的最不利情况，做承载比试验时，应模拟土料在使用过程处于最不利状态，贯入试验前，一般将试样浸水方法和浸水时间，使承载比试验更符合实际情况。路基填料在相同的试验条件下（压实系数及浸水时间相同），填料的材质愈好，其CBR值愈高，土体在受到列车荷载作用产生的不均匀沉降愈小。所以，对路基填料进行CBR试验，测定其CBR值，可判定路基填筑的适用性，为路基工程的选料及施工填筑提供方便可行的评判依据。我国公路行业对路基填料强度指标（CBR）有明确要求，国外也普遍采用CBR试验确定路基填料的适用性。德国RIL836规范要求，填料的适用性必须予以验证；对铁路路基填料的适用性验证评估须考虑足够的抗剪强度和刚度、足够的硬度、持久的体积稳定性、易于压实、对外界影响不敏感及对周围环境影响不大。目前。我国铁路行业对于路基填料强度指标（CBR值）还没有明确规定。为保证路基填筑质量，建议对高速铁路路基填料的CBR值提出要求。