全世界的黃土分布總面積大約有 1 300萬 km2。我國黃土分布西起甘肅祁連山脈東端 ,東至山西、河南、河北交接處的太行山脈 ,南抵陜西秦嶺 ,北到長城 ,包括山西、陜西、寧夏、甘肅、青海五個省區(qū)的 220多個縣市。黃土是指在干燥氣候條件下形成的多孔性具有柱狀節(jié)理的黃色粉性土 ,其物理性質(zhì)表現(xiàn)為疏松、多孔隙 ,垂直節(jié)理發(fā)育 ,極易滲水 ,且有許多可溶性物質(zhì) ,很容易被流水侵蝕形成溝谷 ,也易造成沉陷和崩塌�！惰F路路基設(shè)計規(guī)范》( TB 100012016)將黃土定義為 C組或 D組細粒土填料 ,屬不良路基填料 ,而填料工程性質(zhì)的好壞直接關(guān)系到城際鐵路路基工程質(zhì)量 ,黃土地區(qū)城際鐵路路基質(zhì)量控制顯得尤為重要 ,直接影響列車的安全、平穩(wěn)、高速運行。精準掌握黃土填料包括水泥改良黃土工程性質(zhì)是路基質(zhì)量控制的理論基礎(chǔ)。填料工程性質(zhì)除了受填料組成、壓實系數(shù)等內(nèi)因及水分、溫度、荷載等外因影響之外 ,還與試件制備方法有著密切關(guān)系。制備試件能否代表路基實際性能至關(guān)重要 ,采用合理試驗方法研究填料組成、結(jié)構(gòu)對其性能的影響 ,才可能精準掌握填料工程性質(zhì)及影響因素 ,優(yōu)化填料與施工工藝,并對路基質(zhì)量進行有效控制。國內(nèi)外相關(guān)資料及工程實踐表明 ,黃土地區(qū)城際鐵路路基質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)涉及以下五方面 :①合理試驗方法是精準掌握路基填料工程性質(zhì)的前提 ,也是現(xiàn)場施工質(zhì)量控制依據(jù)。《鐵路工程土工試驗規(guī)程》( TB 101022010)規(guī)定采用擊實試驗方法確定干密度和含水率以控制現(xiàn)場壓實 ,采用擊實法或靜壓法制備試件進行填料工程性質(zhì)測試以優(yōu)化設(shè)計。重型擊實試驗方法建立于 20世紀 80年代后期 ,與當時壓實設(shè)備相適應(yīng) ,但已落后于目前生產(chǎn)實際 (單鋼輪振動壓路機普遍在 20 t以上 ),確定干密度明顯偏低 ,無法有效控制路基施工質(zhì)量 ;靜壓法成型試件與現(xiàn)場振動壓實的實際情況相差較大 ,其試件性能測試準確度不足 70%,試驗結(jié)果無法有效預(yù)測路基填料力學(xué)性能。因此,開發(fā)與現(xiàn)場實際碾壓工況相吻合的室內(nèi)干密度確定方法和試件制備方法 ,是城際鐵路路基質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)之一。 ②合理選擇室內(nèi)力學(xué)指標是填料優(yōu)選和設(shè)計的前提 ,也是現(xiàn)場質(zhì)量控制依據(jù)。在勘察設(shè)計階段 ,除化學(xué)改良土之外,《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》 ( TB 106232014)和《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》( TB 100012016)僅采用組別、粒徑、級配等物理指標對路基填料予以選擇 ,而沒有相應(yīng)的力學(xué)控制指標 ;路基施工階段 ,采用壓實標準(壓實系數(shù)K、地基系數(shù) K30 )控制路基質(zhì)量。在工程實踐中 ,通常會發(fā)現(xiàn)有些填料組別和壓實系數(shù)雖滿足規(guī)范要求 ,但地基系數(shù) K30難以達到規(guī)定的標準。因此 ,合理選擇能反映路基現(xiàn)場性質(zhì)的室內(nèi)力學(xué)指標 ,是城際鐵路路基質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)之一 ,不僅可以優(yōu)選填料 ,還可以預(yù)測壓實后地基系數(shù) K30能否滿足規(guī)定技術(shù)要求。 ③化學(xué)改良土 7d無側(cè)限抗壓強度設(shè)計標準不適用于水泥改良黃土�！冻请H鐵路設(shè)計規(guī)范》( TB 106232014)和《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》( TB 100012016)規(guī)定的化學(xué)改良土 7d無側(cè)限抗壓強度設(shè)計標準是針對粉黏土或黏土提出的 ,此類填料自身強度低 ,即使在充分壓實后強度也無法滿足規(guī)定的壓實標準 , 7%水泥改良后 7d無側(cè)限抗壓強度小于 600 kPa。而壓實黃土具有較高力學(xué)強度 ,但由于擔心滲水后黃土路基可能會出現(xiàn)沉陷 ,故采用水泥予以改良。因此 ,基床底層及以下路堤采用的水泥改良黃土應(yīng)更多考慮水的影響和水入滲規(guī)律。 ④級配碎石無室內(nèi)力學(xué)控制指標 ,無法優(yōu)選原材料并優(yōu)化級配組成設(shè)計 ,而且基床表層用和過渡段用級配碎石技術(shù)體系不統(tǒng)一 ,表現(xiàn)在粒徑、篩孔尺寸、級配等方面各不相同 ,這給試驗檢測、施工備料以及質(zhì)量控制帶來極大不便。 ⑤現(xiàn)場快速檢測是路基質(zhì)量提升和保障重要手段。路基壓實受含水率影響顯著,尤其高溫季節(jié) ,若不能及時碾壓 ,路基中水分揮發(fā)后難以壓實。實時、快速地檢測并評估路基壓實質(zhì)量 ,是保障路基質(zhì)量的重要措施。而 K30檢測需大噸位加載裝置 ,檢測周期長、過程較為復(fù)雜 ,不利于現(xiàn)場快速檢測。
針對上述工程問題 ,筆者查閱了大量國內(nèi)外有關(guān)資料 ,研發(fā)了力學(xué)性能測試準確度達 90%以上鐵路路基填料振動壓實試驗方法 ,提出一整套基于振動壓實試驗方法的城際鐵路路基填料設(shè)計與施工技術(shù) ,并在陜西西韓城際鐵路控制性工程中成功推廣應(yīng)用 ,效果良好。本書詳細闡述了鐵路路基填料振動壓實試驗方法 ( VVTM)、城際鐵路路基 VVTM黃土工程特性及路基質(zhì)量控制技術(shù)、城際鐵路 VVTM水泥改良黃土強度與劣化特性及路基質(zhì)量控制技術(shù)、西韓城際鐵路水泥改良黃土路基沉降觀測與評估、城際鐵路 VVTM級配碎石質(zhì)量控制技術(shù)等 ,力求為廣大同行呈獻一本全面、系統(tǒng)介紹黃土地區(qū)城際鐵路路基質(zhì)量控制技術(shù)的著作,以期為我國鐵路事業(yè)可持續(xù)發(fā)展盡一點微薄之力。
本書是科研合作單位及科研參與者共同努力取得的成果結(jié)晶。本書編寫過程中得到了陜西西法 (北線 )城際鐵路有限公司沙紅衛(wèi)、王鵬、岳偉民以及陜西西韓城際鐵路有限公司李宗華、張照龍、劉義立、王亞軍的大力支持 ,得到了長安大學(xué)碩士研究生谷國慶、張弛、張政、王翰越、王瑞祥等在研究過程中的幫助。
限于作者水平 ,書中不當之處在所難免 ,敬請同行專家不吝賜教 ,不勝感激。
作 者 2022年 2月