改良粘性土填筑高速铁路路基施工试验研究报告

-.z.工程施工优秀技术总结、论文申报表题名改良粘性土填筑高速铁路路基施工试验研究作者朱雷、鄂莉工作单位中铁十一局四处工程名称新长铁路职称、职务工程师工程完成时间2000年10月曾在何刊发表或奖励容提要京沪高速铁路·徐沪段为软土地基，优良填料匮乏，多为高含水量粘性土，属E类填料。研究解决不良填料作为高速铁路路基填料的改良剂种类，施工方法和控制指标。综合评价该文有新意，施工试验科学、适用，填补了国高速铁路施工领域的空白，值得推广、使用。申报单位评审意见及推荐等级同意上报，推荐二等。（盖章）2001年8月30日总公司评审意见（盖章）年月日备注填报部门：中铁十一局填表人：改良粘性土填筑高速铁路路基施工试验研究中铁十一局第四工程处朱雷鄂莉【摘要】京沪高速铁路徐沪段为软土地基，优良填料匮乏，多为高含水量粘性土，属【关键词】高速铁路粘性土改良1、前言随着我国经济的快速发展，交通运输越来越显得至关重要，全国铁路系统一再提速，仍满足不了发展需要，为此拟建高速铁路。高速铁路要求路基稳、强度高、刚度大、沉降小。结合我国具体地区的实际情况，对粘性土等不良填料填筑高速铁路路基作了一些有益的研究。2、工程概况根据铁道部97年批准立项的京沪高速铁路路基结构形式及填料改良化研究B徐沪段科研项目要求，新（沂）长（兴）线DK18+920-DK19+220段地质情况与京沪高速铁路徐沪段类似，经过现场踏勘和补勘，选定在该段作填筑试验段，全段分6种改良类型进行对比试验，即：水泥改良土、生石灰改良土、熟石灰改良土，每填0.5m厚粘土铺一层土工格栅，每0.75m厚粘土铺一层土工格栅和不改良素土直接填筑，每段长50m，填土高4.5m。3、材料选择3.1、水泥：采用锡山市湖山水泥厂生产的湖山牌普通425#水泥，初凝时间3h5min，终凝时间5h40min,3d强度：抗折4.2MPa，抗压19.8MPa，28d强度：抗折7.6MPa，抗压47.2MPa，水化热569kcal/kg1d。3.2、石灰：采用宜兴市渚镇石灰厂生产的磨细石灰粉，性能指标见表1：表1石灰化学分析结果表名称细度CaO+MgO含量水化热kcal/kg体积安定性熟石灰0.469.4471.14+4.25合格生石灰7.6035.6067.35+2.802783.3、土工格栅：性能指标见表2表2土工格栅检测结果表序号检测项目单位平均值最大值最小值试样数量变异系数1单位面积质量g/m25732网孔尺寸㎜82×1497×1476×1363单肋抗拉强度(纵)N/根13531400130060.0254伸长率（纵）%10.010.79.560.0455抗拉强度（纵）kN/m66.668.964.060.0256应变5%抗拉强度(纵)kN/m46.348.243.360.0413.4、粘土液限35.8-41.0，塑性指数18.8-22.7，自由膨胀率13.0-14.0%，压缩系数0.02-0.03（MPa）-1,无侧限抗压强度0.7-0.8MPa,天然含水量19.8-22.1%，最大干密度1.80-1.86g/cm3，最优含水量12.8-14.0%。4、试验方案确定为了能找合适的掺量来改良填料，我们进行了大量的室模型试验，结果见表3.从表3可看出：粘土掺水泥改良后，液限、塑限和塑性指数都明显增大，掺石灰改良后液、塑限略有增大，而塑性指数明显减小。随着改良剂剂量的变化，在10%左右出现突变。＜10%时随剂增加最大干密度增加，力学性能加强，＞10%时最大干密度减小，力学性能指标反而下降，即或不下降，达到破坏时的应变量也大幅降低，呈脆性破坏的*些特征，不利于作路基填料。考虑经济适用最后确定按掺量7、5、3%分别进行填筑试验。5、施工机械采用WBL—2型路拌机路拌和PC—200型土壤破碎机，YCWB—200型厂拌设备进行集中厂拌两种方法进行对比，用T140-1推土机摊铺，YPC-16平地机整平，用大吨位的压路机碾压如YZ18GD自行式和YZT16B拖式振动碾等。6、施工工艺厂拌施工工艺流程图见图1图1厂拌施工工艺流程图土壤破碎土壤破碎养生检测碾压整平摊铺运输整修签认厂拌拌合检测不合格路拌按照"五区段10流程”工艺施工，见工艺流程图2。图2路拌法施工工艺流程图清表清表运输铺砂垫层装土地基处理整平撒改良剂拌合整平碾压检查签认整修布放改良剂质量检测颗粒级配检查均匀性检查尺寸检查含水量检查翻晒或闷料深度检查，均匀性检查，含水量检查平整度检查，厚度检查试验方法选择压实能量检验撒改良剂表3改良土物理力学指标检测结果表7、质量控制7.1新铺土的含水量要保证控制在最优含水量±2%以，以保证因掺拌改良剂后水化，发热蒸发消耗部分水分，利于碾压作业。对于水泥则要放宽至+4%，利于碾压时土颗粒滑动而压实。7.2对软土地基砂垫层上填第一层土前，应在砂垫层边缘码一排装砂编织袋，防止碾压时砂垫层滑移，导致路基边缘压实不足，同时装砂编织袋也有利于排水固化地基。也可用干砌片石的办法来解决。7.3改良剂布撒：先整平素土，检查铺土厚度，保证厚度基本一致，并有代表性地称取1平方米土重量，计算掺加改良剂用量,采用划方格网的方法确定一包或几包改良剂所能改良的面积，保证其均匀性，改良剂的剂量和均匀性直接影响路基整体质量，要严格控制。7．4拌合时要派专人随后检查看是否留有未拌透夹层，如发现有"夹层”要立即重拌，并保证切入下面一层1cm.7．5、碾压要先两边后中间，采用与所铺厚度相配套激振的压路机作业，保证填层上、下密实度合格，路基整体质量均匀、一致。7．6、碾压完，检测合格后七天要保湿养生，防止水分散失路基开裂。8、效果检查每层均用灌砂法、核子仪法和环刀法进行密实度检测，同时还进行了K30值和Evd测试结果见下表（表4）：表4检测结果汇总表改良剂种类掺量（%）K30（MPa/m）Evd(MPa)N10(击/（0~20㎝）)压实度（%）围值平均值围值平均值围值平均值围值平均值非改良区163.142.313-703394.65水泥改良区3580.835-1326293.635352.497.434-985691.85生石灰改良区3187.047.822-944298.685404.5102947306.393-13111296.10熟石灰改良区3464.7132.833-745098.855368.849.240-1157196.287407.659-18912096.87土工格栅130.346.68-783594.0348.9-222.96122.643.611-583695.19从表4可以看出：粘性土除水稳性差外，其作为填料填筑路基的力学指标亦不能达到高速铁路路基要求。掺加改良剂后，力学指标明显提高，满足或超过了高速铁路路基的要求，而用土工格栅加固效果则不很明显，且作为高液限膨胀土加土工格栅处理并未改变土壤特性，使用后路堤仍会有许多病害发生，不宜直接应用。用水泥改良后的土碾压时很难达到要求的压实度（95%以上），用石灰改良的土则较容易压实。9、结论不良填料掺入适量的改良剂改良后可作为高速铁路路基填料，掺石灰粉比掺水泥更利于施工控制，改良剂掺可控制在5%左右。从施工控制角度看用石灰较用水泥更好。建立K30与压实度，K30与Evd之间相关关系，利用压实度和Evd来作为检测控制指标，方便快捷，经济实用，行之有效。由于改良剂均为胶凝材料，经吸水发热膨胀