细砂及粘土改良施工方法效益

一、前言
我国*条高速铁路秦沈客运专线东段（凌海---沈阳）A13~A22标取土土源J大多数为粉粘土和细砂，由于这种粉粘土粘粒较少，细砂又粒径单一、颗粒均匀、J配不良，因而填筑时均达不到《秦沈客运专线铁路路基施工技术细则》中对细粒土（粉粘土）和粗粒土（细砂）的填筑技术指标检测要求，此问题引起了铁道部工管中心，秦沈工程指挥部和铁三院的高度重视，决定由铁一局和铁三院共同成立“秦沈东段填料试验组”会同现场监理对该类粉粘土和细砂进行了长达4个月的室内和现场的模拟填筑试验，经过铁道部有关专家对试验结果多次召开专题会议，认真分析和论证，**后确定该类粉粘土掺中粗砂进行改良（路基本体掺20%，基床底层掺25%）细砂掺圆砾进行改良（50%：50%），并在东段付诸实施，解决了秦沈线东部填料填筑的一大难题，得到了铁道部工程管理中心，秦沈总指的高度评价。该成果被中铁一局集团公司评为2001年度科技进步一等奖。并被铁道部写入“秦沈线施工技术总结”和京沪线路基施工有关规则。

二、工法特点
1.比远运山皮石进行碾压，J配易控制，且易碾压成型，进度快。
2.比其它类化学改良（掺粉煤灰、白灰、水泥、固化剂等）工艺简单，造价低，无污染。
3.改良细砂基本不需晾晒，小雨天仍可施工；粉粘土掺中粗砂改良后水分易挥发，雨后稍加晾晒即可施工。
4.改良后的粉粘土及细砂施工质量好，不但可满足路基本体，尚可满足基床底层的填筑技术指标要求。

三、适用范围
该工法适用于那种由于颗粒粒径均匀单一，J配不良的细砂或粘性颗粒（<0.005mm）过少，J配单一的粉粘土，二者经物理改良（掺加粗砂或圆砾）后的填筑施工。改良后的粉粘土和细砂可用于铁路路基本体和基床底层的填筑。

四、工艺原理
1.孔隙率较大的细砂，均匀地掺入圆砾后，在外力（击实力或碾压力）的作用下，圆砾颗粒间的势能不断减小，颗粒不断靠近，直至孔隙**小，而在此过程中，细砂也在力的作用下，同时不断填充圆砾颗粒间的不断减小的空间，因而整体孔隙率大大减小。由比原细砂颗粒大得多的圆砾颗粒形成骨架网络，原来松散的细砂被不断填充和“分割”在圆砾颗粒间的孔隙内，因而增大了摩阻，也增加了稳定。
⒉填料中的细粒土（粉粘土等）的力学性质主要与粘性颗粒（<0.005mm）的粘结，大小颗粒的嵌锁及颗粒间的摩擦力有关，加入中粗砂后虽没有增加粘性颗粒，但改善了颗粒J配，比粉粘土颗粒大的多的中粗砂颗粒同时形成骨架，因而改善了该类粉粘土的力学性质。

五、机具设备
该粉粘土掺中粗砂水分挥发，细砂掺圆砾渗水快，因而强调各工序紧密衔接和快速施工，应以大功率，重型机械为主。
按每天完成一个施工段落（一般为400m左右）所需的施工机械为：
表2   一个施工段落用主要机械设备

六、劳动组织
表3  每班施工劳动组织

七、质量标准及控制
见表4、表5。
表4   质量控制项目，频率及质量标准

表5  填筑路堤质量及检测要求

八、安全措施
1.所有机械司机和参与施工人员均须进行施工工艺的培训，合格后方才允许上岗。
2.按工艺规定的区段进行施工，划分各类机械作业区段和机械、汽车行驶路线，设立明确警示牌，防止相互干扰及发生事故。
3.施工便道应保持畅通，经常洒水，防止粉尘污染环境。
九、效益分析
1.附近均无合格土源，而山皮石需从80km之外远运，且量少，不能满足需要，山皮石难以控制，运来后碾压困难，较难达到秦沈线对粗粒土孔隙率要求。而改良粉粘土和细砂可就近取材，易碾压成形，施工进度快，质量好，能保证工期、质量和路基填筑所需方量要求。
2.单纯从单价分析，改良粉粘土比运山皮石每方可节约造价至少26元，改良细砂每方可节约造价至少21元，不包括其它标段，J中铁一局范围改良粉粘土286.7万m3，改良细砂179.7万m3，共节约造价26元×286.7万+21元×179.7万=11227.9万元，效益十分可观。
3.充分利用当地荒岗、砂丘、河滩取土，将这些改造成不少平展的农田、鱼塘，推动了当地经济发展，加强了路地关系，这间接的经济效益和社会效益也是巨大的。
4.铁道部各J*多次到中铁一局指导，都对改良方案和路基质量给予了高度评价，他们讲“中铁一局就东部填料问题连续进行了上百次试验，积累了丰富的技术参数，**后选定了合理的改良方案，为秦沈线建设解决了一大技术难题，也为确保工期赢得了时间”这种社会效益也是巨大的。
十、工程实例
1999年6月中铁一局即开始承建秦沈客运专线A19、A20标段施工(DK340+000~DK385+000)全长45km，沿线为辽宁省主要粮食产地，90%为农田，沟渠密集，表水发育，取土十分困难，A19标全部取土场为力学性质不良的粉粘土，A20标部分为该类粉粘土，其余均为颗粒均匀、J配不良的细砂，经多方寻找，附近均无再合适的土源，只有远运山皮石，量小且价格昂贵，经过反复试验，经铁道部*及专家多次研究确认后，我们采用本工法对粉粘土进行掺中粗砂（路基本体掺20%，基床底层掺25%）细砂掺圆砾进行改良（50%：50%），进行路基填筑，改良后的粉粘土及细砂力学性质大大改善，不但可以进行路基本体，而且都可以进行基床底层填筑，从2000年3月正式开始填筑到2001年6月即全部填筑完毕，J中铁一局改良粉粘土填筑数量为286.7万m3,改良细砂土填筑数量179.7万m3,填筑速度快质量优良，保证了工期，降低了造价，经铁道部多次组织检查以及铁科院等单位检验，路基质量全线全优，得到了铁道部高度赞扬，创造了巨大的经济效益和社会效益。