高速铁路路基填料振动压实机理研究

高速铁路路基填料振动压实机理研究

摘要：路基填料的压实是直接关系到铁路路基工程好坏的关键因素之一，本文

以郑阜铁路河南段ZFZQ-3标段为工程依托，通过对工程中所需要用到的A组和C 组水泥改良土填料进行振动压实试验，分析这两种填料的压实特性，得到了一些

有用的结论。

关键词：路基工程，填料，电镜试验，振动压实，压实特性

0.引言

路基的压实质量直接关系到高速铁路的运行安全，对后续降低维护和运营成

本起到至关重要的作用。充分认识填料的压实机理对保证路基压实质量具有重要

的意义。目前，国内外的专家学者在路基填料的压实机理方面开展了大量的研究

工作，取得了一定的研究成果[1-5]，如闫从军[[]]等通过选择压实设备来提高填石

路基施工质量，探讨了施工过程中压实机具、铺层厚度、碾压遍数及沉降量等因

素的相互关系以及影响填石路基施工质量的主要因素；李志勇[[]]对风积沙的压实机理进行研究，提出了砂粒的三种接触模型，得出颗粒级配是影响填料压实度的

重要因素；纪林章[[]]分析了路基填料的冲击振动压实机理，认为降低土的抗剪强度和增加振动压路机的剪应力是填料被压实的机理。尽管目前关于路基压实质量

理论研究已经取得了一定的研究成果，但是，总体来讲，还是滞后于实际工程的

发展和需求。

基于此，本文以郑阜铁路河南段ZFZQ-3标段为工程依托，利用振动压实仪进行室内试验来研究施工现场所用的A组填料和C组改良土填料的振动压实机理。

在研究中，由含水率、颗粒级配以及振动的三个参数对振动压实后填料干密度的

影响来反映这两种填料的振动压实机理。

1.工程概况

郑阜铁路ZFZQ-3标段三分部位于河南省周口市境内，周口东站起止里程为

DK138+589.89至DK141+086.73，正线路长度2.497km；ZDK00+400至

ZDK1+557.98段维修工区长度1.158km；总长3.655km。红线征地501亩，涵洞4座，框构桥5座，旅客地道1座。本文研究的A组和C组改良土填料就是来自于

周口东站站场路基施工的两种填料。

2.试验内容和目的

采用控制变量法，通过振动台试验分别研究两种填料含水率、颗粒级配、振

动时间、振动频率以及振动幅值对填料压实特性的影响。研究的目的在于深入了

解填料压实过程中所呈现出来的结构及状态变化规律，以期能够通过室内试验深

入了解填料压实机理从而能对现场施工有所帮助，主要试验设备见图1-图2。

图7 A组填料试验结果图8 B组填料试验结果

对于A组填料，振动频率小于35Hz时，填料的干密度随振动频率的增加而迅速增大，

当振动频率达到35Hz时，干密度值达到最大，以后又随振动频率的增大而略微变小。对于C 组改良料，在30Hz时候达到最大，之后减少，最后略有增加，可能与颗粒级配有关。因此，对于该路段A组填料的最佳振动频率为35Hz，C组填料为30-35Hz。

4.结论

通过振动压实试验后，经过分析整理，得到了关于A组填料和C组水泥改良土填料的一

些压实特性，分别如下：

（1）、随着颗粒组成的变化，试验得到的干密度从2.21变化到2.34，呈现出较大的浮动变化，说明颗粒组成是影响干密度和压实特性的主要因素。

（2）、对于A组填料，由于其具有一定的细粒含量，级配较好，细颗粒较快的填充在粗颗粒的空隙之间，进而振动初期，干密度逐渐增大，在随着振动的持续，振动力不足以破坏填料已经达成的平衡，所以颗粒之间稳定，干密度则不发生变化。对于级配较差的C组改良填料来讲，则是会出现减小的问题。因此，A组填料的最佳振动时间为6min，C组则是

8min。

（3）、对于A组填料，振动频率小于35Hz时，填料的干密度随振动频率的增加而迅速增大，当振动频率达到35Hz时，干密度值达到最大，以后又随振动频率的增大而略微变小。对于C组改良料，在30Hz时候达到最大，之后减少，最后略有增加，可能与颗粒级配有关。因此，对于该路段A组填料的最佳振动频率为35Hz，C组填料为30-35Hz。

5.基金支持

[1] 高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金，高速铁路智能化路基压实技术研究，2016YJ005；

[2] 中国铁路总公司科研计划，路基智能压实控制技术深化研究，2016G006-C；

6.参考文献

[1] 闫丛军. 杨士敏. 填石路基振动压实试验[J]. 筑路机械与施工机械化, 2003, 20(5):8-9.

[2] 李志勇. 风积砂的压实机理及路用承载力研究[D]. 重庆交通学院, 2003.[3] 纪林章. 风积沙压实机理研究[D]. 长安大学, 2007.

[4] Yang Changwei, Su Tianbao, Zhang Jianjing, Du Lin. New Developments in Geotechnical Earthquake Engineering[J], Advances in Materials Science and Engineering, 2014, Article ID902690, pp:1-7.

[5] Yang Changwei, Sun Hailing, Zhang Jianjing, Zhu Chuan bin, Yan Liping. Dynamic Responses of Bridge-approach embankment transition section of high-speed Railway [J], Journal OF Central South University OF Technology, 2013, (20): 2830-2839.