(中国铁路兰州局集团有限公司,河南 许昌 730000)

随着“一带一路”倡议的实施，戈壁和沙漠地区将会修建越来越多的铁路，因而对粉细砂改良土耐久性填料的研究具有重要的实际意义。改良土的耐干湿循环能力是指其抵抗自然环境中因水分变化而产生破坏的能力，是改良土耐久性的重要指标之一[1]。

王建华等[3]通过试验分析干湿循环过程导致水泥改良土强度衰减的机理，指出土料中黏粒团的干缩湿胀变形是引起干湿循环后改良土强度衰减的主要原因，适当降低改良土料中黏粒的相对含量可以有效提高干湿循环后改良土的强度。韩文斌等[4]通过试验分析了作为京沪高速铁路路基基床填料的下蜀黏土的工程特性，得出石灰、水泥的最优剂量约为5%，固化剂的最优剂量约为2%～3%。李星等[5]通过试验研究了干湿循环作用下高速铁路路基中水泥改良膨胀土的动力特性，发现掺入水泥能显著增强改良土抵抗干湿循环作用的能力，满足路基工程要求。杨广庆[6]进行了水泥改良粉质黏土动三轴试验，发现其动态特性满足高速铁路路基的要求。雷杰等[7]通过开展水泥改良粉细砂在干湿环境下力学性能试验，研究了改良粉细砂在不同环境下的工程特性。

本文采用细颗粒含量46.53%的粉细砂改良土进行干湿循环试验，通过无侧限抗压强度和质量损失率指标评价不同配合比对改良土路基填料耐久性的影响。

1 粉细砂干湿循环试验

本试验所用粉细砂取自中国国家铁道试验中心(东郊分院)试验场。

1.1 筛分试验和击实试验

通过颗粒筛分，得到该粉细砂粒径小于0.075 mm的细颗粒含量为46.53%。将粉细砂分别掺加质量5%，8%，11%，15%的水泥，进行击实试验。试验结果表明：掺量5%，8%，11%，15%的水泥改良粉细砂最大干密度分别为1.940，1.970，1.972，1.972 g/cm3，最优含水率分别为10.15%，10.20%，10.40%，10.50%。

1.2 试样养生和干湿循环

根据TB 10102—2010《铁路工程土工试验规程》要求,对不同掺量水泥改良粉细砂添加至规定含水率进行制样。制样完成后放入恒温恒湿箱养生7 d或28 d，养生期满后取出进行干湿循环试验。

将试样在室温下(20±2 ℃)放入水中浸泡24 h，浸泡完后在水中取出试样，放入70 ℃烘箱中24 h至烘干，如此为1次干湿循环。通过无侧限抗压强度和质量损失率2项指标评价不同影响因素对粉细砂改良土耐久性的影响。

1.3 无侧限抗压强度试验

根据文献[4]，含水率对改良土的强度影响很大，一般为最优含水率时改良土在干燥状态和饱和状态下的静强度最高；含水率比最优含水率高或低4%时强度均降低明显。在施工中控制含水率是关键环节。

采用含水率分别高于最优含水率1%，4%,压实系数分别为0.90，0.95，不同水泥掺量的粉细砂进行无侧限抗压强度试验。

2 试验结果分析

2.1 无侧限抗压强度结果分析

2.1.1 养护7 d无侧限抗压强度结果分析

不同含水率及不同压实系数时水泥掺量11%试样的无侧限抗压强度见图1。

图1 水泥掺量11%试样的无侧限抗压强度

由图1可知，随着干湿循环次数的增加，试样的无侧限抗压强度总体先增长后趋于稳定。这主要是因为干湿循环过程中高温高湿的环境促进了改良土固化剂的水化反应，反应完成后强度不再增长。水泥掺量11%试样压实系数0.95时，高于最优含水率1%的试样无侧限抗压强度比高于最优含水率4%的试样高出约80%；而压实系数0.90时，高于最优含水率1%试样的无侧限抗压强度比高于最优含水率4%试样仅高出约10%。高于最优含水率1%时，压实系数0.95的试样无侧限抗压强度比压实系数0.90的试样高出约50%；高于最优含水率4%时，压实系数0.95的试样无侧限抗压强度比压实系数0.90的试样较接近。

综上所述，与高于最优含水率1%的试样相比，高于最优含水率4%的试样无侧限抗压强度有一定幅度的下降，压实系数越高，降低幅度越大。与压实系数0.95的试样相比，压实系数0.90的试样无侧限抗压强度有一定幅度的下降，含水率越接近最优含水率，降低幅度越大。

图2 养护7 d不同水泥掺量试样的无侧限抗压强度

压实系数0.95、高于最优含水率4%时，养护7 d后水泥掺量5%，11%，15%的试样无侧限抗压强度见图2。可知，水泥掺量11%的试样比水泥掺量5%的试样无侧限抗压强度约高出180%,水泥掺量15%的试样比水泥掺量11%的试样无侧限抗压强度反而降低20%。这主要是因为水泥掺量过多，会导致水化热增大，收缩裂缝增多，引起试样开裂，强度降低。试验结果表明水泥掺量11%时试样无侧限抗压强度最高。

TB 10001—2016《铁路路基设计规范》规定：基床表层填料化学改良土7 d饱和无侧限抗压强度应大于500(700)kPa；基床底层化学改良土7 d饱和无侧限抗压强度应大于350(550)kPa(括号内数值为严寒地区化学改良土考虑冻融循环作用所需的强度值)。根据试验结果，水泥掺量5%的粉细砂改良土养护7 d后饱和无侧限抗压强度约在1 MPa左右，满足TB 10001—2016要求。

2.1.2 养护28 d无侧限抗压强度结果分析

压实系数0.95、高于最优含水率4%时，养护28 d后水泥掺量5%，8%，11%的试样无侧限抗压强度见图3。

图3 养护28 d不同水泥掺量试样的无侧限抗压强度

由图3可知,水泥掺量11%试样的无侧限抗压强度比水泥掺量8%试样约高出20%，水泥掺量8%试样的无侧限抗压强度比水泥掺量5%试样约高出30%。

对比相同条件养护28，7 d的试样可知，养护28 d试样的初始无侧限抗压强度显著高于相同水泥掺量养护7 d的试样；随着干湿循环次数的增加，两者趋于持平。原因在于养护28 d的试样比养护7 d的水泥反应更加充分，而随着干湿循环次数的增加及水泥反应完成后，两者强度逐渐达到同一水平。

2.2 耐久性分析

通过养护7 d后6种不同配合比粉细砂试样18次干湿循环后的质量损失率来评价粉细砂水泥改良土的耐久性。

粉细砂水泥改良土试样经过18次干湿循环后，其质量不但没有减少，反而还略有增加，说明水泥水化反应所固化水分的质量高于干湿循环所引起混合料损失的质量，混合料质量增加越多，水泥所固化的水分质量越多。用试样初始质量减去18次干湿循环以后的质量，与初始质量的比值，作为试样的质量损失率[8]，正值表示质量减少，负值表示质量增加,见表1。

表1 不同配合比试样干湿循环质量损失率

由表1可知，水泥掺量、压实系数越高，干湿循环后质量增加越多，耐久性越好。我国铁路系统以5次干湿循环后的质量损失率作为控制指标。因为18次干湿循环后，本次试验的6组配合比质量没有损失反而增加，所以都满足国内外相关标准的要求。但质量增加过多会导致粉细砂改良土产生一定程度的膨胀，因此从经济性和适用性上分析，水泥掺量5%的试样优于水泥掺量8%，11%的试样。

3 结论

1)细颗粒含量46.53%的粉细砂干湿循环中，水泥掺量、压实系数越高，含水率越接近最优含水率，试样无侧限抗压强度越高。但水泥掺量过多会使粉细砂水泥改良土产生收缩裂缝，引起粉细砂水泥改良土强度降低。水泥掺量11%、压实系数0.95、含水率高于最优含水率1%时，粉细砂水泥改良土无侧限抗压强度最高。

2)水泥掺量5%、11%、15%粉细砂改良土7 d饱和无侧限抗压强度均满足《铁路路基设计规范》的要求。

3)养护28 d试样初始无侧限抗压强度高于养护7 d 的试样，随着干湿循环次数增加，水泥水化反应完成，两者逐渐趋于持平。

4)水泥掺量、压实系数越高，粉细砂水泥改良土干湿循环后质量增加越多。考虑经济性和适用性，水泥掺量5%的试样优于水泥掺量8%，11%的试样。