黄土地区城际铁路路基质量控制技术及工程应用

全世界的黄土分布总面积大约有 1 300万 km2。我国黄土分布西起甘肃祁连山脉东端 ,东至山西、河南、河北交接处的太行山脉 ,南抵陕西秦岭 ,北到长城 ,包括山西、陕西、宁夏、甘肃、青海五个省区的 220多个县市。黄土是指在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土 ,其物理性质表现为疏松、多孔隙 ,垂直节理发育 ,极易渗水 ,且有许多可溶性物质 ,很容易被流水侵蚀形成沟谷 ,也易造成沉陷和崩塌。《铁路路基设计规范》( TB 10001—2016)将黄土定义为 C组或 D组细粒土填料 ,属不良路基填料 ,而填料工程性质的好坏直接关系到城际铁路路基工程质量 ,黄土地区城际铁路路基质量控制显得尤为重要 ,直接影响列车的安全、平稳、高速运行。精准掌握黄土填料包括水泥改良黄土工程性质是路基质量控制的理论基础。填料工程性质除了受填料组成、压实系数等内因及水分、温度、荷载等外因影响之外 ,还与试件制备方法有着密切关系。制备试件能否代表路基实际性能至关重要 ,采用合理试验方法研究填料组成、结构对其性能的影响 ,才可能精准掌握填料工程性质及影响因素 ,优化填料与施工工艺,并对路基质量进行有效控制。国内外相关资料及工程实践表明 ,黄土地区城际铁路路基质量控制关键技术涉及以下五方面 :①合理试验方法是精准掌握路基填料工程性质的前提 ,也是现场施工质量控制依据。《铁路工程土工试验规程》( TB 10102—2010)规定采用击实试验方法确定干密度和含水率以控制现场压实 ,采用击实法或静压法制备试件进行填料工程性质测试以优化设计。重型击实试验方法建立于 20世纪 80年代后期 ,与当时压实设备相适应 ,但已落后于目前生产实际 (单钢轮振动压路机普遍在 20 t以上 ),确定干密度明显偏低 ,无法有效控制路基施工质量 ;静压法成型试件与现场振动压实的实际情况相差较大 ,其试件性能测试准确度不足 70%,试验结果无法有效预测路基填料力学性能。因此,开发与现场实际碾压工况相吻合的室内干密度确定方法和试件制备方法 ,是城际铁路路基质量控制关键技术之一。 ②合理选择室内力学指标是填料优选和设计的前提 ,也是现场质量控制依据。在勘察设计阶段 ,除化学改良土之外,《城际铁路设计规范》 ( TB 10623—2014)和《铁路路基设计规范》( TB 10001—2016)仅采用组别、粒径、级配等物理指标对路基填料予以选择 ,而没有相应的力学控制指标 ;路基施工阶段 ,采用压实标准(压实系数K、地基系数 K30 )控制路基质量。在工程实践中 ,通常会发现有些填料组别和压实系数虽满足规范要求 ,但地基系数 K30难以达到规定的标准。因此 ,合理选择能反映路基现场性质的室内力学指标 ,是城际铁路路基质量控制关键技术之一 ,不仅可以优选填料 ,还可以预测压实后地基系数 K30能否满足规定技术要求。 ③化学改良土 7d无侧限抗压强度设计标准不适用于水泥改良黄土。《城际铁路设计规范》( TB 10623—2014)和《铁路路基设计规范》( TB 10001—2016)规定的化学改良土 7d无侧限抗压强度设计标准是针对粉黏土或黏土提出的 ,此类填料自身强度低 ,即使在充分压实后强度也无法满足规定的压实标准 , 7%水泥改良后 7d无侧限抗压强度小于 600 kPa。而压实黄土具有较高力学强度 ,但由于担心渗水后黄土路基可能会出现沉陷 ,故采用水泥予以改良。因此 ,基床底层及以下路堤采用的水泥改良黄土应更多考虑水的影响和水入渗规律。 ④级配碎石无室内力学控制指标 ,无法优选原材料并优化级配组成设计 ,而且基床表层用和过渡段用级配碎石技术体系不统一 ,表现在粒径、筛孔尺寸、级配等方面各不相同 ,这给试验检测、施工备料以及质量控制带来极大不便。 ⑤现场快速检测是路基质量提升和保障重要手段。路基压实受含水率影响显著,尤其高温季节 ,若不能及时碾压 ,路基中水分挥发后难以压实。实时、快速地检测并评估路基压实质量 ,是保障路基质量的重要措施。而 K30检测需大吨位加载装置 ,检测周期长、过程较为复杂 ,不利于现场快速检测。
   针对上述工程问题 ,笔者查阅了大量国内外有关资料 ,研发了力学性能测试准确度达 90%以上铁路路基填料振动压实试验方法 ,提出一整套基于振动压实试验方法的城际铁路路基填料设计与施工技术 ,并在陕西西韩城际铁路控制性工程中成功推广应用 ,效果良好。本书详细阐述了铁路路基填料振动压实试验方法 ( VVTM)、城际铁路路基 VVTM黄土工程特性及路基质量控制技术、城际铁路 VVTM水泥改良黄土强度与劣化特性及路基质量控制技术、西韩城际铁路水泥改良黄土路基沉降观测与评估、城际铁路 VVTM级配碎石质量控制技术等 ,力求为广大同行呈献一本全面、系统介绍黄土地区城际铁路路基质量控制技术的著作,以期为我国铁路事业可持续发展尽一点微薄之力。
  本书是科研合作单位及科研参与者共同努力取得的成果结晶。本书编写过程中得到了陕西西法 (北线 )城际铁路有限公司沙红卫、王鹏、岳伟民以及陕西西韩城际铁路有限公司李宗华、张照龙、刘义立、王亚军的大力支持 ,得到了长安大学硕士研究生谷国庆、张弛、张政、王翰越、王瑞祥等在研究过程中的帮助。
限于作者水平 ,书中不当之处在所难免 ,敬请同行专家不吝赐教 ,不胜感激。
作    者 2022年 2月

      本书以作者近年来的科研成果为基础，详细地阐述了黄土地区城际铁路路基质量控制技术及工程应用。内容包括：铁路路基填料振动压实试验方法（VVTM）、城际铁路路基VVTM黄土工程特性及路基质量控制技术、城际铁路VVTM水泥改良黄土强度与劣化特性及路基质量控制技术、西韩城际铁路水泥改良黄土路基沉降观测与评估、城际铁路VVTM级配碎石质量控制技术等。 本书内容丰富新颖，系统全面，理论联系实际，可操作性强，可供铁路路基科研、设计及工程施工人员和相关专业师生参考使用。

     蒋应军，长安大学教授，博士生导师，2007年入选教育bu新世纪优秀人才。主持完成省部级科研项目近30项，获省部级科技进步一等奖3项、二等奖10项、三等奖9项，制定团体标准2部、地方标准9部，取得国家专利70余项（发明专利30余项）和软件著作权2项，发表论文180余篇（高被引论文2篇、热点论文1篇、SCI收录近40篇），出版专著《垂直振动法水泥稳定碎石设计与施工技术》、《抗裂耐久半刚性基层沥青路面关键技术及工程示范》等4部。,等

      本书以作者近年来的科研成果为基础，详细地阐述了黄土地区城际铁路路基质量控制技术及工程应用。内容包括：铁路路基填料振动压实试验方法（VVTM）、城际铁路路基VVTM黄土工程特性及路基质量控制技术、城际铁路VVTM水泥改良黄土强度与劣化特性及路基质量控制技术、西韩城际铁路水泥改良黄土路基沉降观测与评估、城际铁路VVTM级配碎石质量控制技术等。 本书内容丰富新颖，系统全面，理论联系实际，可操作性强，可供铁路路基科研、设计及工程施工人员和相关专业师生参考使用。

     蒋应军，长安大学教授，博士生导师，2007年入选教育bu新世纪优秀人才。主持完成省部级科研项目近30项，获省部级科技进步一等奖3项、二等奖10项、三等奖9项，制定团体标准2部、地方标准9部，取得国家专利70余项（发明专利30余项）和软件著作权2项，发表论文180余篇（高被引论文2篇、热点论文1篇、SCI收录近40篇），出版专著《垂直振动法水泥稳定碎石设计与施工技术》、《抗裂耐久半刚性基层沥青路面关键技术及工程示范》等4部。,等