中铁十七局集团第一工程有限公司 太原 030032
摘要：本文选取郑阜铁路河南段中铁十九局ZFZQ-3标段DK118+817.27- DK 18+909.715段路基填筑时采用的A组填料、C组改良料作为研究对象，开展扫密度试验、颗粒试验及描电镜试验，得出以下结论用于指导工程实践，如下：A组填料的不均匀系数 =40，曲率系数 =1.6；C组填料不均匀系数 =40.5，曲率系数 =0.27。A组填料的级配良好，而C组改良填料曲率系数过小，仍属于级配不良。在压实过程中，填料的固结现象逐渐明显，尽管存在孔隙，但相比于天然状态，孔隙度大大减小，并且几乎看不见散状的小颗粒，颗粒都是以成片或成块的形式存在，土体微粒之间间隙微小，且微粒骨架的接触面积较大，骨架有挤压变形的情况，间隙之间有更小的微粒填充。
关键词：高速铁路；路基；压实机理；微观
引言
预计在“十三五”规划期间，我国高铁预警历程将会达到3万公里，随着我国高速铁路运营历程的逐渐增加，运营维护问题将会日趋突出[1-3]。路基是支撑整个铁路线的根本，然而近些年高铁路基病害正在逐渐出现，日趋加重，已经成为高速铁路轨下系统病害的顽疾，容易使线路的技术状态发生急剧变化，严重影响线路质量，使线路维修工作量增加、线路上部建筑材料使用寿命缩短，造成劳动力和材料的极大浪费，影响列车的安全运营。出现上述现象的主要原因包括两大部分，一部分是高铁路基在施工过程中压实质量没能够严格按照要求进行施工，另一方面是目前我国的路基压实检测设备属于事后检测技术，没能够实时动态的进行检测和监测，另外岩土体具有非均匀性、随机性等特点[4-6]，综合以上因素造成了目前我国高速铁路路基压实很难高质量完成。
国内外的学者和专家针对上述问题开展了大量的科研工作[7-10]，提出了连续压实技术、智能压实技术等，研发了相关的软硬家设备。但是，高铁路基压实的本质是土颗粒之间相互错动，重新排列组合，进而降低空隙，实现压实的目的，从微观角度研究路基压实过程中的土颗粒之间的变化是一种直接的手段和方法，目前采用此手段的研究甚少，不足以服务工程实际的开展。为此，本文借助郑万高铁周口段的路基压实工作，开展电镜试验，从微观角度研究不同路基填料的压实特性。
1. 工作原理[11-12]
扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。本次实验采用的是Quanta FEG扫描电子显微镜，此电镜可以对各种标本进行放大成像，可实现 100000倍以上的高分辨率数字成像，具有由计算机控制的高精度五轴级，它可以对样品提供精确的计算机控制操作，对极其不规则的样品也可进行精确的定位。从结构上来看，它主要由七大系统组成，即电子光学系统、探测、信号处理、显示系统、图像记录系统、样品室、真空系统、冷却循环水系统、电源供给系统。
图1 电镜试验示意图
2. 工程简介
郑万高速铁路（郑州-万州）是郑渝高铁（郑州-重庆）的重要组成部分，同时也是联系中原地区和西南地区的主要高速客运通道，兼顾沿线城际及旅游客流运输，全线建筑长度818公里，设计行车速度为350公里/时。课题组选取郑阜铁路河南段中铁十九局ZFZQ-3标段DK118+817.27- DK 18+909.715段路基填筑时采用的A组填料、C组改良料作为研究对象，开展扫密度试验、颗粒试验及描电镜试验，先期对填料的物理力学特性进行了研究和分析，具体结果见图2-图3。
图2 密度试验
图3 颗粒试验
综合分析图2-图3可知，A组填料的不均匀系数 =40，曲率系数 =1.6；C组填料不均匀系数 =40.5，曲率系数 =0.27。A组填料的级配良好，而C组改良填料曲率系数过小，仍属于级配不良。
3. 压实过程的微观再现
本次电镜扫描试验的样品共有两个，是A组填料天然状态下样品和致密状态下样品。天然状态下的样品压实度在60%左右，致密状态下的样品压实度在96%左右，在同一种放大倍数下观察同一种填料在不同压实度下的微观孔隙结构，以此来分析不同压实度下土体微观孔隙结构的变化。
3.1 天然状态下A组填料的框架分布
天然状态下的A组填料的孔隙结构非常明显，颗粒呈现散粒状，只有很少量的固结块体，土体压实度较低，有很大的压缩空间，土体微粒之间存在较大间隙，并且微粒骨架的接触面面积很少，间隙之间没有或少许填充微粒，具体结果见图4。
（c）1600x电镜扫描图 （d）3000x电镜扫描图
图4 A组填料天然状态下在不同放大倍数下的电镜扫描图
3.3 压实状态下A组填料的框架分布
致密状态下，A组填料的固结现象就非常明显了，虽然也有孔隙，但相比于天然状态，孔隙度大大减小，并且几乎看不见散状的小颗粒，颗粒都是以成片或成块的形式存在，土体微粒之间间隙特别小，并且微粒骨架的接触面积较大，骨架有挤压变形的情况，间隙之间有更小的微粒填充，见图5。
（c）400x电镜扫描图 （d）1600x电镜扫描图
图5 A组填料天然状态下在不同放大倍数下的电镜扫描图
4. 结论
本文选取郑阜铁路河南段中铁十九局ZFZQ-3标段DK118+817.27- DK 18+909.715段路基填筑时采用的A组填料、C组改良料作为研究对象，开展扫密度试验、颗粒试验及描电镜试验，得出以下结论用于指导工程实践，如下：
（1）A组填料的不均匀系数 =40，曲率系数 =1.6；C组填料不均匀系数 =40.5，曲率系数 =0.27。A组填料的级配良好，而C组改良填料曲率系数过小，仍属于级配不良。
（2）通过开展扫描电镜试验，再现了路基压实过程中土颗粒之间的相互错动过程。在此过程中，填料的固结现象逐渐明显，尽管存在孔隙，但相比于天然状态，孔隙度大大减小，并且几乎看不见散状的小颗粒，颗粒都是以成片或成块的形式存在，土体微粒之间间隙微小，且微粒骨架的接触面积较大，骨架有挤压变形的情况，间隙之间有更小的微粒填充。
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论文作者:李彬
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：填料论文; 压实论文; 路基论文; 微粒论文; 系数论文; 曲率论文; 孔隙论文; 《防护工程》2017年第16期论文;