全風化花崗巖在鐵路建設中的應用

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一全風化花崗巖改良土的工程性質

1花崗巖工程特性

花崗巖主要在我國南方地區出露，按風化程度可分為微風化、中風化、強風化花崗巖和殘積土，在工程地質中，一般將殘積土稱為全風化花崗巖，因此全風化殘積土與全風化花崗巖為同一類土。花崗巖殘積土的主要特點是云母含量高、結構松散、水穩性差、粘結力小，CBR值低、回彈模量小，在荷載作用下，全風化花崗巖填筑的路基易產生較大的永久變形，出現路基病害，嚴重影響鐵路建設與維護。

2全風化花崗巖改良土工程性質

(1)改良土液塑限。土體的液塑限直接反映土體顆粒與水溶液表明作用程度，間接反映土的工程性質。水泥加入土樣后大大降低了土的塑性;生石灰改良土具有較好的水穩性，隨著生石灰劑量增加，改良土的強度和穩定性提高;生石灰或水泥改良土齡期越長，其塑性指數越小。

(2)改良土顆粒分析。試驗發現，生石灰改良土和水泥改良土的顆粒分析曲線均向左移，顆粒粗化現象明顯，表明粉粘土摻加生石灰和水泥改良后，其原有顆粒組成發生變化，產生粗化現象。

(3)改良土擊實。隨著生石灰與水泥的摻入，最佳含水量增加，這對含水量較高的素土非常有效。單位擊實功越大，最大干密度越大。

(4)壓縮特性。全風化花崗巖壓縮性較大，剛度較小，屬高壓縮性土，加入水泥后壓縮性大幅度減小，剛度增加，有利于列車的安全運行。

(5)收縮特性。全風化花崗巖改良土收縮性具有三個明顯的特征:①線縮率低于未改良土;②改良土與未改良土相比，體縮率明顯降低;③水泥改良土摻合率增大，收縮率增高，體收縮率減小;生石灰改良土摻合率與收縮率關系不明顯。

(6)滲透特性。花崗巖全風化物摻加水泥改良后，改良土的滲透系數大大降低。

(7)水穩定性。隨著生石灰和水泥摻入量的增加和養護時間增長，全風化花崗巖改良土的水穩定性變好。

(8)干濕循環強度衰減特性。全風化花崗巖改良土經干濕循環后，質量趨于穩定，且水泥摻入量越大，干濕循環的質量損失越少。

(9)抗剪強度。飽水后改良土抗剪強度有不同程度的降低，但未改良土幾乎沒有強度。

(10)靜強度特性。全風化花崗巖加6%的水泥或生石灰改良后，飽和無側限抗壓強度增大，滿足鐵路對基料的強度和水穩定性要求。

(11)CBR強度與膨脹量。摻加水泥使CBR水穩強度增大，改善了全風化花崗巖路基的路用性能。

二應用實例

1鐵路列車荷載作用特點

無碴軌道具有穩定性好、耐久性和平順性、風度均勻等優點，其結構形式包括長枕埋入式、彈性支承塊式和板式無碴軌道。

2模型建立

(1)模型選擇。路基本體在小應變下的本構模型有多種多樣，如雙線模型、粘彈性模型、彈塑性模型等，這些模型均能與土的動應力—應變曲線接近，本文選擇路基的動力響應選擇彈塑性模型。

(2)邊界條件。任何結構保持穩定都需要約束條件，模型計算中約束內容包括鋼軌與彈簧阻尼之間、彈簧阻尼與軌道板之間、路基兩端與地面之間。

3結果分析利用有限元分析方法，對全風化花崗巖改良土用作填料的路基進行數值模擬，結合鐵路列車荷載作用的特點，分析模型結果:

(1)行車速度從100km/h增加到200km/h時，動位移呈現減小的趨勢;當速度從200km/h增長到300km/h時，動位移隨速度增加而增大;速度大于350km/h時，動位移又出現減小趨勢。

(2)動應力與加速度都與輪重成線性比例關系，隨著輪重的增大而增大。

(3)基床表層厚度增加，動位移呈減小趨勢。

三結論

全風化花崗巖由于其特殊的工程特性，直接作為路基填料會造成嚴重的路基病害。通過對全風化花崗巖及其改良土的工程特性進行分析，確定了生石灰與水泥對全風化花崗巖的改良結果。本文對列車動荷載作用下的無碴軌道路基進行數值模擬，經計算可知列車速度對各物理量不是簡單的相關性，但動應力、加速度與輪重具有良好的線性關系，基床表厚度與動位移呈反相關關系。

作者：米永增 單位：中鐵二十局集團有限責任公司