細砂及粘土改良施工方法效益

一、前言
我國*條高速鐵路秦沈客運專線東段（凌海---沈陽）A13~A22標取土土源J大多數為粉粘土和細砂，由于這種粉粘土粘粒較少，細砂又粒徑單一、顆粒均勻、J配不良，因而填筑時均達不到《秦沈客運專線鐵路路基施工技術細則》中對細粒土（粉粘土）和粗粒土（細砂）的填筑技術指標檢測要求，此問題引起了鐵道部工管中心，秦沈工程指揮部和鐵三院的高度重視，決定由鐵一局和鐵三院共同成立“秦沈東段填料試驗組”會同現場監理對該類粉粘土和細砂進行了長達4個月的室內和現場的模擬填筑試驗，經過鐵道部有關專家對試驗結果多次召開專題會議，認真分析和論證，**后確定該類粉粘土摻中粗砂進行改良（路基本體摻20%，基床底層摻25%）細砂摻圓礫進行改良（50%：50%），并在東段付諸實施，解決了秦沈線東部填料填筑的一大難題，得到了鐵道部工程管理中心，秦沈總指的高度評價。該成果被中鐵一局集團公司評為2001年度科技進步一等獎。并被鐵道部寫入“秦沈線施工技術總結”和京滬線路基施工有關規則。

二、工法特點
1.比遠運山皮石進行碾壓，J配易控制，且易碾壓成型，進度快。
2.比其它類化學改良（摻粉煤灰、白灰、水泥、固化劑等）工藝簡單，造價低，無污染。
3.改良細砂基本不需晾曬，小雨天仍可施工；粉粘土摻中粗砂改良后水分易揮發，雨后稍加晾曬即可施工。
4.改良后的粉粘土及細砂施工質量好，不但可滿足路基本體，尚可滿足基床底層的填筑技術指標要求。

三、適用范圍
該工法適用于那種由于顆粒粒徑均勻單一，J配不良的細砂或粘性顆粒（<0.005mm）過少，J配單一的粉粘土，二者經物理改良（摻加粗砂或圓礫）后的填筑施工。改良后的粉粘土和細砂可用于鐵路路基本體和基床底層的填筑。

四、工藝原理
1.孔隙率較大的細砂，均勻地摻入圓礫后，在外力（擊實力或碾壓力）的作用下，圓礫顆粒間的勢能不斷減小，顆粒不斷靠近，直至孔隙**小，而在此過程中，細砂也在力的作用下，同時不斷填充圓礫顆粒間的不斷減小的空間，因而整體孔隙率大大減小。由比原細砂顆粒大得多的圓礫顆粒形成骨架網絡，原來松散的細砂被不斷填充和“分割”在圓礫顆粒間的孔隙內，因而增大了摩阻，也增加了穩定。
⒉填料中的細粒土（粉粘土等）的力學性質主要與粘性顆粒（<0.005mm）的粘結，大小顆粒的嵌鎖及顆粒間的摩擦力有關，加入中粗砂后雖沒有增加粘性顆粒，但改善了顆粒J配，比粉粘土顆粒大的多的中粗砂顆粒同時形成骨架，因而改善了該類粉粘土的力學性質。

五、機具設備
該粉粘土摻中粗砂水分揮發，細砂摻圓礫滲水快，因而強調各工序緊密銜接和快速施工，應以大功率，重型機械為主。
按每天完成一個施工段落（一般為400m左右）所需的施工機械為：
表2   一個施工段落用主要機械設備

六、勞動組織
表3  每班施工勞動組織

七、質量標準及控制
見表4、表5。
表4   質量控制項目，頻率及質量標準

表5  填筑路堤質量及檢測要求

八、安全措施
1.所有機械司機和參與施工人員均須進行施工工藝的培訓，合格后方才允許上崗。
2.按工藝規定的區段進行施工，劃分各類機械作業區段和機械、汽車行駛路線，設立明確警示牌，防止相互干擾及發生事故。
3.施工便道應保持暢通，經常灑水，防止粉塵污染環境。
九、效益分析
1.附近均無合格土源，而山皮石需從80km之外遠運，且量少，不能滿足需要，山皮石難以控制，運來后碾壓困難，較難達到秦沈線對粗粒土孔隙率要求。而改良粉粘土和細砂可就近取材，易碾壓成形，施工進度快，質量好，能保證工期、質量和路基填筑所需方量要求。
2.單純從單價分析，改良粉粘土比運山皮石每方可節約造價至少26元，改良細砂每方可節約造價至少21元，不包括其它標段，J中鐵一局范圍改良粉粘土286.7萬m3，改良細砂179.7萬m3，共節約造價26元×286.7萬+21元×179.7萬=11227.9萬元，效益十分可觀。
3.充分利用當地荒崗、砂丘、河灘取土，將這些改造成不少平展的農田、魚塘，推動了當地經濟發展，加強了路地關系，這間接的經濟效益和社會效益也是巨大的。
4.鐵道部各J*多次到中鐵一局指導，都對改良方案和路基質量給予了高度評價，他們講“中鐵一局就東部填料問題連續進行了上百次試驗，積累了豐富的技術參數，**后選定了合理的改良方案，為秦沈線建設解決了一大技術難題，也為確保工期贏得了時間”這種社會效益也是巨大的。
十、工程實例
1999年6月中鐵一局即開始承建秦沈客運專線A19、A20標段施工(DK340+000~DK385+000)全長45km，沿線為遼寧省主要糧食產地，90%為農田，溝渠密集，表水發育，取土十分困難，A19標全部取土場為力學性質不良的粉粘土，A20標部分為該類粉粘土，其余均為顆粒均勻、J配不良的細砂，經多方尋找，附近均無再合適的土源，只有遠運山皮石，量小且價格昂貴，經過反復試驗，經鐵道部*及專家多次研究確認后，我們采用本工法對粉粘土進行摻中粗砂（路基本體摻20%，基床底層摻25%）細砂摻圓礫進行改良（50%：50%），進行路基填筑，改良后的粉粘土及細砂力學性質大大改善，不但可以進行路基本體，而且都可以進行基床底層填筑，從2000年3月正式開始填筑到2001年6月即全部填筑完畢，J中鐵一局改良粉粘土填筑數量為286.7萬m3,改良細砂土填筑數量179.7萬m3,填筑速度快質量優良，保證了工期，降低了造價，經鐵道部多次組織檢查以及鐵科院等單位檢驗，路基質量全線全優，得到了鐵道部高度贊揚，創造了巨大的經濟效益和社會效益。