刘大玲
黄大铁路有限责任公司 山东东营 257000
摘要：自从世界铁路运行以来，其安全性如何，始终是世人关注的焦点。要使火车平稳、安全的在铁路上运行，那么铁路必须稳定、平顺。路基作为铁道建筑主体构筑物的路基结构，为了能保证其经受火车长期的反复作用而不被破坏、长期处于稳定状态，路基不仅应该具有强大的抗变形能力和承载能力，同时还应该具有较好的抗渗透性和水稳定性。由于铁路路基的整体工程受路基填料的影响非常大，因此，世界各国都十分重视对铁路路基填料分类的研究，并制定了相应的设计规范。然而由于各个地区的土性不同，铁路路基的种类也多种多样，分类标准也不尽相同。因此，我们一定要根据我国的实际，对铁路路基填料的分类进行一定的调整，以保证分类工作有助于铁路建设的顺利开展。
关键词：铁路路基；填料分类；深化；
随着我国现代化建设的不断加快，铁路建设事业正在蓬勃发展。高标准、高等级铁路的不断修建，预示着铁路建设向着更高的方向不断发展，新技术、新材料的不断应用也提高了铁路建设的科技含量。铁路路基是承担列车荷载的最重要的结构之一，路基填料的优劣直接影响到整个路基的填筑质量，填料的选择是填料设计首要任务。随着认识的不断深入和对路基填料要求的不断提高，各拟建、在建铁路、既有线的加固都涉及到填料的物理、化学改良问题。近年来我们对铁路路基填料的适用性标准、填料的选择、填料的物理、化学改良及改良土的设计、施工、检测等方面都进行了较为深入、系统地研究，取得了一些成果。
一、铁路路基与路基填料
铁路路基作为支承轨道和传递列车荷载的建筑物，是在给定填料、经压实作用而形成的一种三维带状结构物，是道路和铁道的基础设施，具有非常重要的作用。其基本功能是为上部的轨道结构提供足够的支撑力，抵抗过量的变形和破坏。所以，路基结构的性能及其优劣是在填筑的全过程（成型过程）中形成的，取决于
路基的结构形式、填料和压实质量。在重复的列车荷载作用下，路基要产生不可恢复的累计下沉，最终影响轨道结构的平顺性，所以承载特性和变形问题便成为高速铁路路基设计与施工的控制因素，对路基填料以及压实质量也有了更高的标准。《铁路路基设计规范》中规定：“路基应按土工结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设施等必须具有足够的强度，稳定性和耐久性，使之能抵抗各种自然因素作用的影响”。而路基填料一般情况就地取土填筑路堤，但有些土石不能用作填料，否则将引起路堤坍滑和变形。特别是路基顶部（包括路基面）直接受到列车动荷载作用的部分，其填料必需严格控制，以免产生翻浆冒泥等路基病害。中国铁路部门将填料按其适用性分为A、B、C、D 四级。A 级为优质填料，如粗粒无粘性土；B级为良好填料，如细粒含量小于30％的混合土和砂粘土等；C 级为限制使用的填料，如细粒含量超过30％的混合土和粉砂等；D 级一般为禁止使用的填料，如粘粉土、粘土和有机土等。基床表层应选用A 级和B 级的填料，若不得不用C 级填料时，填料的液限应不大于32，塑性指数不大于12。
二、现行填料分存在的问题
1. 填料分类依据简单，混淆岩石类和土类的土性区别。路基填料包括块石类和土类。块石类包括块石、漂石、卵石、碎石，土类包括砾、砂和细粒土。由于它们的土性相差较大，国际上已将土的工程分类视为对砾、砂和细粒的分类，而现行 填料分类和岩土分类均将块石与砾、砂混为一体，只考虑由大至小粒组累积重量到总重的50%（或自定某一重量）时的粒组值，就以该粒组定名，而不考虑其它影响土性的重要指标，如大于（或小于）该粒组的粒径情况、粒径级配情况和细粒含量。如某组土砾重为49%，而砂重为2%，此时定名为砂，显然，这种定名是不合理的。
2. 局部粒组划分界限不当。现行铁路填料分类和岩土分类 中，将粒组200 mm~ 20 mm 的土定为卵石（或碎石）范围过大。目前国内外均已统一将粒径60 mm 的土归属于石类，同时将粒径< 60 mm 的土归为土类。另外填料分类中，将细砂、粉砂和粘砂分开，也不合适，应将它们均归属细砂类，并利用细粒含量将它们区分开来。国内外相关填料规范对细粒含量界限已基本统一为5%和15%，而现行规范填料分组中的细粒含量以15% 和30% 为界，从对土性的影响来看这一界限过大。另外，填料分组 中细粒含量划分显得杂乱没有规律，如砾砂中细粒含量为30%~ 50%的土以及粗砂、中砂中细粒含量为15% ~50%的土属于那一组的填料没有提及。
3. 填料分组只考虑土的可压实性，忽略土的变形特性。现行 填料分组 是在填料分类的基础上划分的，因此填料分组也具有填料分类以上同样的问题。除此之外，填料分组应反映压实土的抗剪强度、可压实性、压缩性、和抗冻性等综合性能，而现行的填料分组只考虑土的可压实性而未考虑土的压缩变形，因此将压缩变形相差较大的土归为一组，如块石类的漂石土、碎石土和细粒土中的砂粘土均为B 组填料。当它们受到相同外力时，由于其变形模量的不同而造成路基的不均匀沉降。上述情况表明，现行规范中填料分类和填料分组都必须进行修改，修改的最好途径是采用统一分类体系，向国内外工程分类总趋势靠拢，以便与世界交流。
三、铁路路基填料分类深化
1. 铁路系统两种分类标准统一的探讨。现行填料分类 和岩土分类两种标准的分类体系相同，都是采用粒径累积法。铁道部发布的铁路工程岩土分类标准将以前分类标准作了修改，粗粒土部分的定名中除岩土分类 比填料分类 多一项粘砂外，其它已基本取得一致，而细粒土的定名仍相差较大，其中，岩土分类用的是塑性指数，而填料分类用的是塑性图，使用极不方便，为此，本文从两种分类标准的特点、相互关系等问题着手，对这两种分类标准能否统一和如何统一进行分析。一是两种分类标准的特点。由于填料分类是针对扰动后的混合土，粒径大小和含量没有规律，分类主要是提供土的压实特性和强度，而岩土分类是针对未经扰动的天然土，受自然成因的影响，粒径的分布和形成有一定的规律，分类主要是为建筑提供天然地基的承载力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，这两种分类标准的自然粒组特征和分类目的是不相同的。有人认为，这两种分类原本是独立的分类标准，分类方法应该有所差别，如公路系统、水利系统等填料分类和岩土分类两种标准和定名仍在独立使用，没有强求统一。二是两种标准取得统一的途径。两种分类标准虽然服务对象不同，各有其特殊要求，但又存有共性。岩土分类应该是土分类的基本分类，填料分类可在此基础上按自己的特殊要求进行细分，这样，两种分类标准就可在 基本分类 基础上得到统一。应该明确的是，现行岩土分类的分类体系还不够完善，如将其作为基本分类也需要进行修改，将修改后的?岩土分类作为填料分类的基本分类（也可称一级分类）才是合理的，在此基础上再进行填料分类 的二级或三级分类。但修改后有的土名没有对应的承载力表，实施有一定的困难。三是两种分类标准关系的处理方法。鉴于上述情况，本文提出填料分类 近期和远期的两种修改方案，即方案A 和方案B，方案A基本以现行的 岩土分类 为准，在不增加试验和分析工作量的情况下，对原粒组划分和细粒含量界限作局部调整，逐步向统一分类体系靠拢； 方案B 则在方案A 的基础上，采用统一分类体系框架，同时结合既有分类习惯进行细分，方案B中的基本分类将作为 岩土分类 的修改方案，建议两种方案对照使用，以便积累承载力资料，期望能在不长的时间内，在铁路系统内全面推行统一的修改方案B。
2.路基填料的冻胀性分类方案。路基填料冻胀性分类包括填料的冻胀敏感性分类和填料的冻胀等级划分。一是分类方案。本分类方案从土性、含水量和冻胀量3 个方面对填料冻胀性进行分类，不考虑地下水位的影响。（1）土性。本分类涉及的填料包括允许使用的A 组、B 组和C 组填料，不包括D 组填料。（2）含水量。土的含水量由施工过程中引入的水量和使用期内大气降雨降雪量决定。当粗粒土中细粒含量≤30 %时，冻胀界限含水量基本与地基土的冻胀分类标准中的冻胀界限含水量相同；细粒含量>30 %的粗粒土和细粒土的冻胀界限含水量与地基土规范细粒土的冻胀界限含水量相同。（3）冻胀量。本分类中采用冻胀高度作为冻胀量指标。根据我国路基冻害分布广、严重地段相对集中的特点，按“铁路线路维修规则” 中的习惯，按冻胀高度的不同将填料分为不冻胀填料、弱冻胀填料、中等冻胀填料和强冻胀填料，并将冻胀量以“级” 定名。二是“填料冻胀分类” 方案的说明。（1）方案中对填料的冻胀性进行二级分类：一级分类是根据土质特征中的关键指标，即土的粒径组成、细粒含量、塑性指数和液限进行土的冻胀敏感性分类，评价该土在一定的外界条件下能否引起冻胀以及其对建筑物的危害程度（这一过程是十分必要的）；二级分类是将冻胀敏感性按土的含水量和冻胀高度进行细分。对于铁路部门来说，用冻胀高度划分冻胀等级能直观的评价线路质量和病害等级。（2）本“路基填料冻胀分类” 方案将细粒含量>30 %的块石类土、碎石类土、砾石类土专门划分出来，并按细粒土方法进行分类。其原因是当该类土中的细粒含量超过30 %时，对冻胀起作用的主要是细粒土。细粒土的冻胀分类按“铁路路基设计规范” 中的塑性图，将土分为低液限土和高液限土，高液限土为D 类填料，不在本文讨论范围之内。（3）从多年冻土地区的路基病害调查可知，
当路基冻结过程中无地下水补给时，路基基床面由于积水而形成冻胀病害的最大冻胀高度很少超过50 mm，多在25 mm 以下，故本方案中对冻胀量超过50 mm 的填料不再进行冻胀等级细分。（4）鉴于地基土和路基填料的冻胀环境相似，本填料冻胀性分类的冻前含水量与冻胀量的对应关系，除部分试验外，大多采用季节性冻土冻胀分类资料。将全国平均临界冻胀深度时的冻胀率折算成冻胀高度，与本方案中所提的冻胀高度相比，基本接近，故认为方案中所用的含水量是可行的，但还需进一步的资料积累。
四、注意问题
路基填料一般可以分为巨粒土、粗粒土和细粒土三大类。对巨粒土和粗粒土工程性能造成影响的，其主要因素包括：巨粒、粗粒和细粒的含量、级配、颗粒形状、母岩成分、细粒成分等；影响细粒土工程性能的主要因素有液限、塑限和粗粒含量等。铁路路基填料冻胀分类方案对土的冻胀敏感性进行了分类，明确了冻胀敏感性的概念，有助于选择和评估路基特定填料的冻胀特性。对土的冻胀敏感性按含水量进行细分，即对路基填料进行冻胀性等级划分，鉴于土的冻胀性影响因素相当复杂，现有资料复盖面不足，各种分类研究成果具有局限性，填料冻胀性分类方案还需进一步修正和补充。由于施工水平的限制，路基修建中存在着填料来源不均、铺设厚度不同、压实密度不同等问题，路基会发生冻胀病害。用场拌细粒含量<5 %的砂类，细粒含量<15 %的砾类和碎石类土填筑路基，形成路基防冻层，可消除路基冻害，因此建议我国冻土区的路基结构表层添加填料防冻层。由于我国冻土区分布广泛，气候和地质条件复杂，建议在全国划分区域，在较小的范围内收集有关土质、冻深和冻胀资料，分区确定填料的冻胀性分类和防冻层厚度，从而使填料的冻胀分类和路基防冻层的结构设计更加合理。路基防冻层的填料在不低于非冻土区相应的路基基床表层、基床底层和本体对填料要求的标准基础上，以砂的细粒含量<5 %或砾的细粒含量<15 %为原则定义不冻胀土。从我国现行不同运营速度条件下路基设计规范可知，我国的压实标准不低于德国、法国和日本。路基土冻胀试验表明其能满足不冻胀要求，因此本方案防冻层的压实标准同一般路基的设计标准。在细粒土的划分中，充分照顾到粗粒含量的因素，在粗粒含量大于或等于30%的条件下，将砾含量大于或等于25%的细粒土定义为含砾液限土，否则定义为含砂液限土。
路基填料分组主要是为了满足铁路路基的安全性、平顺性、稳定性和耐久性，因此在进行填料分组时需要考虑填料的工程性能。同时还要结合我国的实际情况，充分考虑到我国铁路在使用的过程中，铁路路基基床表层的填料承受着列车动荷载、雨水冲刷和气候变化的直接作用等问题。因此，用于我国铁路路基基床表层的填料应该具有强度高、防冲蚀、防渗反滤、抗冻等良好的工程性能，以保证铁路的长期正常、稳定的运行。
参考文献：
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[3]吴敬民，汪双杰，章金钊. 多年冻土地区公路工程[M] . 北京：人民交通出版社，2017.
论文作者:刘大玲
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/29
标签：填料论文; 路基论文; 细粒论文; 铁路论文; 含量论文; 方案论文; 标准论文; 《防护工程》2018年第11期论文;