强~弱风化泥质板岩改良土填筑施工工艺试验研究
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摘要：强~弱风化泥质板岩因岩石强度低、水稳定性比较差，破碎后其细颗粒的含量比较多，尤其白云母等不稳定性矿物含量比较高，掺加20~30%的稳定材料（中粗砂）物理改良后虽然填料的压实、强度和刚度性质得到了一定程度的改善，但是其水稳定性没有得到根本性的改变。通过调研、室内试验对软岩全~强风化物采用化学改良和强~弱风化物采用物理改良进行研究，通过对泥质板岩的室内试验，现场施工从破碎，摊铺，碾压及含水量测试等方面进行试验，其目的主要为：解决软岩改良土填筑客运专线路基的施工工艺与质量控制技术；研究软岩改良土填筑路基的变形特性。
1 泥质板岩施工工艺试验研究意义及目的
武广客运专线全线地质复杂多变，其湖南境内大部分分布为泥质板岩。强~弱风化泥质板岩因岩石强度低、水稳定性比较差，破碎后其细颗粒的含量比较多，尤其白云母等不稳定性矿物含量比较高，掺加20~30%的稳定材料（中粗砂）物理改良后虽然填料的压实、强度和刚度性质得到了一定程度的改善，但是其水稳定性没有得到根本性的改变，因此认为泥质板岩物理改良土填筑客运专线路基存在一定风险，所以工艺试验现场只进行了两层填筑进行工艺试验，这里将介绍这两层泥质板岩强~弱风化物物理改良土填筑施工工艺试验的研究成果，作为同类型填料施工参考。若研究可行将可以在全线推广泥质板岩填料的使用，为其工程成本将节约一大部分。
2 强~弱风化泥质板岩
试验段填筑的强～弱风化泥质板岩风化料来自DK1408路堑工点，该路堑高5～15m，表层残积土和全风化层厚度为1~2m，强风化层厚3～5m，强~弱风化岩呈灰黄色～灰色，层面夹有薄层铁锈，岩石节理发育，需爆破开挖，开挖后以0.3～0.5m块状岩块为主，少量大于1m的岩块。
根据室内试验的研究，强~弱风化泥质板岩的主要基本特性为：
2.1 黏土矿物成分含量高，其中白云母的含量达到50~66%，而石英矿物成分含量只有20~35%。
2.2 过0.5mm筛细颗粒的基本物理力学指标，属于低膨胀性低液限粉质土。
2.3 经过试难岩石单轴抗压强度各项指标，属于极软岩，极易发生软化，经过露天风化作用强度衰减很快。
2.4 岩石具有一定的耐崩解能力，只具有轻微的膨胀性。
2.5 击实试验按照《铁路工程土工试验规程》Z3击实标准进行，试验结果掺加中粗砂对ρdmax的影响比较小。与粗粒土性的性质相似，含水量对干密度影响小。
3 施工流程与主要机械设备配置
3.1 施工流程
强~弱风化泥质板岩物理改良土现场工艺试验施工流程分为“三区段、九流程”分层填筑。与硬质岩AB组填料相比基本一致，主要是增加了拌和的施工流程。
3.2 施工主要机械设备配置
工艺试验所需的主要机械设备鄂式破碎设备1套最大产量600t/h, 自卸汽车5台装载量25T，YZ26E压路机1台自重26T，PC220-8挖掘机2台，ZL40装载机2台，推土机1台，PY180G平地机1台，工艺试验采用挖掘机和装载机拌和。
3.3破碎工艺研究
现场工艺试验分别进行了两种破碎工艺试验，一种是直接利用推土机、压路机等机械碾压破碎，一种是与硬质岩相似的鄂式破碎机破碎。
3.3.1 碾压破碎
强~弱风化泥质板岩强度最低，可用推土机、压路机等机械对其碾压破碎，推土机摊铺-压路机碾压-推土机耙-压路机碾压-筛分检测（如不合格继续耙翻）-摊铺填筑，破碎前大块岩块首先人工破碎或挖掘机敲碎，而摊铺厚度40~50cm。
3.3.2 破碎机破碎
破碎设备包括1台颚式破碎机、1台震动给料机、1台筛分机以及附属设施组成，破碎机最大进料粒度为500mm，排料口调整范围为65~100mm。由于软岩强度低，在含水量较低的情况下其破碎工效要优于硬质岩，经过一次破碎大部分颗粒均小于60mm，大于60mm颗粒一般小于15%，二次破碎的工作量比较少。经过破碎机的压碎后级配曲线一般比较圆顺，但级配仍然不良。
4 场地集中拌和法工艺研究
软岩物理改良主要是通过添加中粗砂等稳定材料改良填料级配和增加填料的稳定性，属于级配改良的性质，一般物理级配改良土拌和方法分为厂拌法和路拌法两种。泥质板岩破碎后最大颗粒粒径为60mm，且
场地集中拌和法是将软岩破碎料运至填筑场地或者在集中场地平整堆积，按照设计掺和比例将中粗砂均匀地撒布在堆积体上，用挖掘机和装载机进行拌和，一般挖掘机翻拌2~3遍，然后用装载机翻拌一遍，并适当辅以人工拌和可拌和均匀。拌和后混合料无粗骨料集中以及无砂团、砂条，同时分块取样进行筛分试验，级配相差较小时且满足级配良好的要求，则说明拌和均匀性满足要求。
现场采用场地集中拌合法掺入20%中粗砂摊铺后取样得到颗粒级配和理论计算颗粒级配，两者之间的差别很小，说明现场拌合的均匀性非常好。
场地集中拌和法工艺流程相对简洁，无需专用拌和设备，工效相对较高，1台挖掘机和1台装载机的拌和能力可达200~250t/h，主要缺点为质量可控性相对较低，质量检测和评价主要以观测为主，施工管理要求比较高。
5 碾压工艺研究
现场工艺试验只进行了两层填筑，仅对主要的一些碾压施工参数进行了研究。碾压施工工艺与AB组粗粒土的要求基本一致，先将拌和合格的改良土填料进行摊铺、平整，碾压采用26T压力机进行碾压，首先静压一遍人工找平，然后振动碾压。填料受含水量的影响较大，严禁雨天施工。
5.1 施工含水量
填筑两层检测指标平均值对比分析，两层均为26T压路机碾压8遍，虚铺厚度均为40cm，由于碾压时的含水量不同，压实的密实度和强度检测指标之间差别比较大，含水量越接近最优含水量压实系数越大（最优含水量为7.6%），孔隙率越小，而K30、Ev2、Evd等检测值越大。改良土填料碾压受含水量的影响比较大，这与室内击实试验的结果不太一样，可能与泥质板岩强度低、碾压后细颗粒含量增加，压实性能与细粒土比较接近等原因有关。
5.2 摊铺系数
第2层物理改良土的虚铺厚度和压实厚度检测值，虚铺厚度约为40cm，经过26T压路机碾压8遍（静压+静压+强振+强振+弱振+弱振+强振+弱振）后，时摊铺系数为1.26左右。
5.3 碾压遍数和碾压组合方式
现场工艺试验对不同碾压遍数条件下的Evd检测值进行对比。碾压两遍后，随着碾压遍数增加，Evd检测值变化并不大，但是从现场碾压过程来看，碾压2遍后，压路机边缘存在明显的轮痕，碾压4遍还略有轮痕，碾压6遍后轮痕的情况比较少见，而碾压8遍后基本未发现轮痕的现象，整个碾压表面光滑平整，据此，认为对于泥质板岩物理改良土，碾压应在6遍以上。为提高软岩物理改良土的压实密实度，减弱改良土后期的沉降，碾压应以振动碾压为主，开始为静压找平，而最后为静压收光的顺序。
6 施工中存在的主要问题
现场工艺试验的研究分析认为泥质板岩物理改良土填筑施工工艺中存在的主要问题为：
6.1 拌和均匀性的检测与控制
现场工艺试验场地集中拌和方法所有的机械设备并非专用拌和设备，拌和时容易出现拌和遗漏现场，而均匀性的质量检测主要以目测检测为主，辅以颗粒筛分检测，拌和过程中需要加强施工质量监控管理，拌和应做到无砂团、砂条现象。在范围推广时应对厂拌设备进行改进，改良土的拌和主要应以厂拌法为主。
6.2 碾压后表层“粉化”
因岩石强度低，受碾压机械破碎作用，泥质板岩物理改良土填筑层由上至下颗粒由细变粗，尤其表层1~2cm基本碾压破碎呈粉末状，主要以细颗粒为主，受雨水浸泡后表层立即发生“泥化”，形成路基的软弱层。在下一层填筑前应对表层1~2cm后的部分进行铲除。
6.3 雨后改良土松弛
改良土受雨水浸泡后明显发生松弛，出现孔隙率增大， EV2和K30检测值减少，表层泥化等现象，其中Ev2和K30等检测值不能满足客运专线的要求，因此，应采取措施对填筑的场地进行覆盖避免雨水浸入，而对于已受到雨水浸泡的填筑层需要进行补压处理，补压之前场地应充分晾晒，表面应干燥，铲除表层薄弱层，并在补压后补充检测，直至达到客运专线的质量要求。
7 工艺试验总结
现场两层填筑的工艺试验，改良土碾压后的路基检测情况，各项检测指标均超过客运专线的要求。强~弱风化泥质板岩通过物理改良土易于压实，能够得到较大的压实密实度和强度指标，且碾压破碎部分大颗粒，使得填料级配变好。
通过现场工艺试验，对强~弱风化泥质板岩物理改良土的施工工艺有如下的一些认识：
7.1 强~弱风化软岩物理改良土的最大粒径控制为60mm，采用爆破开挖，经过工艺试验的比较认为采用破碎机破碎效率高、经济合理，且质量易于控制。
7.2 受颗粒大小的影响，厂拌和路拌拌和的工效比较低，采用挖掘机和装载机拌和的场地集中拌和法工效比较高，翻拌3~4遍后拌和均匀性能够满足要求。
7.3 压实后路基质量受含水量的影响比较大，含水量接近最优含水量时压实质量比较好，破碎和拌和后应采取措施防止雨水浸入。
7.4 以振动碾压为主可以得到比较好压实密实度，虚铺厚度为40cm时26T压路机碾压6~8遍可以满足客运专线的要求，碾压8遍后摊铺系数为1.26左右。
7.5 改良土压实后，路基平整，检测指标能够满足客运专线的要求，但是表层颗粒受压路机碾压破碎比较明显，且下雨后表层出现“泥化”和路基松弛等现场，对受雨水浸泡的路基应经过晾晒、表层清除和补压等处理，补压后的路基应满足客运专线路基要求。
参考文献：
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[2]铁路工程施工技术手册-路基.中国铁道出版社.
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