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摘要:简述了基底处理方法及结果检测,介绍了原状膨胀土及改良剂(石灰)的性质,对石灰改良膨胀土路基的几个主要控制要素进行了分析。
关键词:膨胀土路基;改良剂;施工工艺;控制要素
包西铁路陕西段(以下简称陕西段),设计为客货共线、旅客列车设计行车速度180km/h,需要一次性铺设跨区间无缝线路。陕西段线路全长156km,其中路基位于膨胀土地区的线路约为136km,属中等膨胀性的约为26km。中等或弱膨胀性土用作填料时为D组填料,不能直接使用,必须进行改良。全段用于基床底層填筑的改良土为247万m3,用于基床以下路堤的改良土约为820万m3。
1基底处理方法及结果检测
1.1基底处理方法
(1)路堤填筑前应清除基底表层植被,挖除树根,做好临时排水设施。
(2)原地面坡度陡于1∶5时,应自上而下挖台阶。
(3)原地面松软表土及腐植土应清除干净。水田地段路堤,排水疏干,翻挖晾晒压实;无法排水地段可挖除表层0.3m软弱层,或设渗水土垫层。基底应平整、密实。
1.2结果检测
(1)K30载荷仪每100m检测4个点,地基系数K30≥85kPa/m;
(2)核子密度仪每100m检测6个点,压实系数Kh≥0.85。2原状膨胀土性质陕西段全段取土场膨胀土矿物成分比较稳定,以黏土矿物为主,总量达40%～65%,其次为石英,约占30%～45%,长石5%～20%;黏土矿物主要由蒙脱石及伊利石组成:伊利石8%～23%,蒙脱石(“等效蒙脱石”)3.5%～21%,伊蒙混层矿物8%～20%,高岭石3%～10%,绿泥石2%～6.5%。
总体上来说,陕西段全段的膨胀土填料沿线路走向蒙脱石含量趋于降低,按《铁路工程特殊岩土勘察规程》的分类标准分为弱膨胀土和中膨胀性土两类。陕西段全段取土场的土源均具有弱～中等膨胀性,无强膨胀性土。
3主要控制要素
3.1配比。改良膨胀土的目的主要是要改善其胀缩性和水稳性,掺灰量应通过物理力学性质、胀缩性、水稳性等试验来选用最佳配比。用石灰改良膨胀土填筑路堤,在铁路建设上尚无成熟的经验、方法,目前多是借鉴灰土、现行公路技术标准,辅以胀缩性指标来确定其最佳配比。
3.2改良方式及拌和方法。陕西段第一试验段膨胀土路基分4种改良方式,即熟石灰改良中等膨胀土、生石灰改良中等膨胀土、熟石灰改良弱膨胀土、生石灰改良弱膨胀土。同一路段采用一种改良方式。拟采用两种拌和方法:基床以下路堤采用集中路拌法拌和;基床底层采用厂拌法拌和。
(1)路拌法拌和是把土料铺在路基上,按剂量掺入外掺料,用路拌机就地拌和均匀。集中路拌法拌和方法与路拌法相同,只是拌和场地不直接在路基填筑面,而是在取土场等相对固定的场所,有利于减少污染。其拌和前应进行拌和工艺试验,确定膨胀土土料破碎程度、拌和深度、拌和遍数、含水量控制等指标。拌和的均匀性可先用目测,再用含灰量检测控制。
(2)厂拌法拌和是采用具有自动计量配料的稳定土拌和站设备,在取土场配料、拌和。其采用的土料最大粒径要求不超过15mm。对于被改良的膨胀土,自然取土后的土粒尺寸一般均较大,所以必须配备合适的碎土机械。其拌和效果比集中路拌法更好。
3.3改良土颗粒控制。石灰改良膨胀土拌和过程,关键是对改良土颗粒的控制。通过对含水量、含灰率,石灰颗粒粒径、改良土颗粒粒径、松铺系数、碾压遍数等工艺参数的研究,得出如下结论:
(1)厂拌法施工中,当含水量越接近最佳含水量时,粉碎效果越好,产量越大;路拌法和集中场地定点路拌法施工中,在拌和前宜把含水量控制在最佳含水量以上wopt+2～wopt+4。
(2)厂拌法粉碎膨胀土的颗粒粒径大于15mm占有一定比重,不能满足规范规定,需对破碎机械进行改善;路拌法和集中场地定点路拌法,经过3遍拌和粉碎,粒径大于15mm占有的比重可小于20%。
(3)厂拌法含灰率的准确性与均匀性比路拌法和集中场地定点路拌法易于控制;路拌法与集中场地路拌法拌和到第4遍,同一点的上、中、下层均匀性可满足设计要求;最佳的松铺厚度为35cm,最佳的路拌深度为30cm,碾压到第4,5遍后压实系数和地基系数都能满足规范规定。
3.4改良土分层填筑压实工艺。改良土的分层填筑压实工艺与一般的路基填土工艺相类似,按照三阶段、四区段、八流程的工艺进行组织施工,此外还需注意:
(1)拌和好的混合料应尽快运送到铺筑现场,并注意减少水分损失。
(2)混合料应全断面均匀摊铺,不得出现纵向接缝,不宜中断。当因故中断超过2h时,应设置横向施工缝,横向接缝应采用搭接施工。特别注意接缝处的整平。在整型过程中,严禁车辆通行。初步整型后,检查混合料的松铺厚度,必要时应进行补料或减料。
(3)碾压过程中,表面应始终保持湿润。上层施工停滞时,应注意保湿养生,一般养生期为7d。
(4)两作业区段之间的衔接处应搭接拌和。
3.5分层检测。陕西段改良膨胀土路基的分层检测的标准和频率应符合《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》的基床底层压实标准(见表1)和路堤填料及压实标准(见表2)。中细粒土的压实标准、地基系数应在填筑完成当天内检测。第一试验段作为试验路堤,压实系数采用多种检测方法检测对比,还需检测动态弹性模量Evd,无侧限抗压强度qU等多项指标,研究各指标的相关性、特点等,并最终完成改良膨胀土的质量控制指标体系研究。
3.6封闭层材料的使用膨胀土路堑、低路堤通常设有封闭隔水土工材料。封闭层材料通常使用复合土工膜或加筋土工布,物理性能检测一般均由有资质的检测单位进行。
关键词:膨胀土路基;改良剂;施工工艺;控制要素
包西铁路陕西段(以下简称陕西段),设计为客货共线、旅客列车设计行车速度180km/h,需要一次性铺设跨区间无缝线路。陕西段线路全长156km,其中路基位于膨胀土地区的线路约为136km,属中等膨胀性的约为26km。中等或弱膨胀性土用作填料时为D组填料,不能直接使用,必须进行改良。全段用于基床底層填筑的改良土为247万m3,用于基床以下路堤的改良土约为820万m3。
1基底处理方法及结果检测
1.1基底处理方法
(1)路堤填筑前应清除基底表层植被,挖除树根,做好临时排水设施。
(2)原地面坡度陡于1∶5时,应自上而下挖台阶。
(3)原地面松软表土及腐植土应清除干净。水田地段路堤,排水疏干,翻挖晾晒压实;无法排水地段可挖除表层0.3m软弱层,或设渗水土垫层。基底应平整、密实。
1.2结果检测
(1)K30载荷仪每100m检测4个点,地基系数K30≥85kPa/m;
(2)核子密度仪每100m检测6个点,压实系数Kh≥0.85。2原状膨胀土性质陕西段全段取土场膨胀土矿物成分比较稳定,以黏土矿物为主,总量达40%～65%,其次为石英,约占30%～45%,长石5%～20%;黏土矿物主要由蒙脱石及伊利石组成:伊利石8%～23%,蒙脱石(“等效蒙脱石”)3.5%～21%,伊蒙混层矿物8%～20%,高岭石3%～10%,绿泥石2%～6.5%。
总体上来说,陕西段全段的膨胀土填料沿线路走向蒙脱石含量趋于降低,按《铁路工程特殊岩土勘察规程》的分类标准分为弱膨胀土和中膨胀性土两类。陕西段全段取土场的土源均具有弱～中等膨胀性,无强膨胀性土。
3主要控制要素
3.1配比。改良膨胀土的目的主要是要改善其胀缩性和水稳性,掺灰量应通过物理力学性质、胀缩性、水稳性等试验来选用最佳配比。用石灰改良膨胀土填筑路堤,在铁路建设上尚无成熟的经验、方法,目前多是借鉴灰土、现行公路技术标准,辅以胀缩性指标来确定其最佳配比。
3.2改良方式及拌和方法。陕西段第一试验段膨胀土路基分4种改良方式,即熟石灰改良中等膨胀土、生石灰改良中等膨胀土、熟石灰改良弱膨胀土、生石灰改良弱膨胀土。同一路段采用一种改良方式。拟采用两种拌和方法:基床以下路堤采用集中路拌法拌和;基床底层采用厂拌法拌和。
(1)路拌法拌和是把土料铺在路基上,按剂量掺入外掺料,用路拌机就地拌和均匀。集中路拌法拌和方法与路拌法相同,只是拌和场地不直接在路基填筑面,而是在取土场等相对固定的场所,有利于减少污染。其拌和前应进行拌和工艺试验,确定膨胀土土料破碎程度、拌和深度、拌和遍数、含水量控制等指标。拌和的均匀性可先用目测,再用含灰量检测控制。
(2)厂拌法拌和是采用具有自动计量配料的稳定土拌和站设备,在取土场配料、拌和。其采用的土料最大粒径要求不超过15mm。对于被改良的膨胀土,自然取土后的土粒尺寸一般均较大,所以必须配备合适的碎土机械。其拌和效果比集中路拌法更好。
3.3改良土颗粒控制。石灰改良膨胀土拌和过程,关键是对改良土颗粒的控制。通过对含水量、含灰率,石灰颗粒粒径、改良土颗粒粒径、松铺系数、碾压遍数等工艺参数的研究,得出如下结论:
(1)厂拌法施工中,当含水量越接近最佳含水量时,粉碎效果越好,产量越大;路拌法和集中场地定点路拌法施工中,在拌和前宜把含水量控制在最佳含水量以上wopt+2～wopt+4。
(2)厂拌法粉碎膨胀土的颗粒粒径大于15mm占有一定比重,不能满足规范规定,需对破碎机械进行改善;路拌法和集中场地定点路拌法,经过3遍拌和粉碎,粒径大于15mm占有的比重可小于20%。
(3)厂拌法含灰率的准确性与均匀性比路拌法和集中场地定点路拌法易于控制;路拌法与集中场地路拌法拌和到第4遍,同一点的上、中、下层均匀性可满足设计要求;最佳的松铺厚度为35cm,最佳的路拌深度为30cm,碾压到第4,5遍后压实系数和地基系数都能满足规范规定。
3.4改良土分层填筑压实工艺。改良土的分层填筑压实工艺与一般的路基填土工艺相类似,按照三阶段、四区段、八流程的工艺进行组织施工,此外还需注意:
(1)拌和好的混合料应尽快运送到铺筑现场,并注意减少水分损失。
(2)混合料应全断面均匀摊铺,不得出现纵向接缝,不宜中断。当因故中断超过2h时,应设置横向施工缝,横向接缝应采用搭接施工。特别注意接缝处的整平。在整型过程中,严禁车辆通行。初步整型后,检查混合料的松铺厚度,必要时应进行补料或减料。
(3)碾压过程中,表面应始终保持湿润。上层施工停滞时,应注意保湿养生,一般养生期为7d。
(4)两作业区段之间的衔接处应搭接拌和。
3.5分层检测。陕西段改良膨胀土路基的分层检测的标准和频率应符合《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》的基床底层压实标准(见表1)和路堤填料及压实标准(见表2)。中细粒土的压实标准、地基系数应在填筑完成当天内检测。第一试验段作为试验路堤,压实系数采用多种检测方法检测对比,还需检测动态弹性模量Evd,无侧限抗压强度qU等多项指标,研究各指标的相关性、特点等,并最终完成改良膨胀土的质量控制指标体系研究。
3.6封闭层材料的使用膨胀土路堑、低路堤通常设有封闭隔水土工材料。封闭层材料通常使用复合土工膜或加筋土工布,物理性能检测一般均由有资质的检测单位进行。