高速铁路路基填料质量对压实质量的影响分析

高速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，以及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、填料物理性能对压实质量的影响；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，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
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，特别是从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，都有不少突破和提高。

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。

路基填筑的理想填料是水稳性和级配良好的粗粒土。

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。

高速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。

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。

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表现在以下方面：（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；（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；（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。

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。

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。

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。

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。

3.4 填料性质
高速铁路对于路基填料性质要求比普通铁路要高，TB 10621-2009 规定，基床以下路堤宜选用A、B组填料和C组碎石、砾石类填料，其粒径级配应符合压实性能要求，当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良；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。

当细粒含量大于15%时，大部分粗颗粒不再起骨架作用，填料的性质变成由充填物细颗粒控制。

我国铁路行业规定细颗粒含量5%、15%、30%作为填料分类界限。

不同国家对于填料分类界限的细颗粒含量的规定有所不同。

为保证高速铁路路基的稳定与平顺，高速铁路设计规范对于路基填料性质的要求有其合理性。

4 结束语
高速铁路设计规范对于路基压实质量提出了较为优化和清晰的压实标准，对于路基填料的最大颗粒粒径及填料性质做了较为合理的规定。

另外，高速铁路路基填料应具有必要的强度，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。