石灰改良湿陷性黄土在重载铁路路基基床底层的应用
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2015年07月15日 18:26:00
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 1工程概况   神华准池铁路项目是目前国内重载标准最高的一条铁路专用线,设计标准为25T轴重的I级双线电气化铁路,牵引质量为20000T。铁路线路大致走向是东西走向,是连接大准线与朔黄线的联络线,全长179.862km,神华准池铁路ZCZQ-6标位于山西朔州平鲁境内,正线起讫里程为DK95+185~DK112+242,线路全长17.057km,其中路基9526.39米,沿线主要穿行在中低山区、山前坡风积黄土高原区、山间沟谷区,线路经过多为湿陷性黄土特殊地质地段,冲沟极发育,沟壑纵横,多成“V”型沟和“U”型沟,地质情况十分复杂地基处理方式复杂多样,全标段在湿陷性黄土地基处理中采用了冲击碾压、强夯、石灰改良和灰土挤密桩等处理方式。

 1工程概况

  神华准池铁路项目是目前国内重载标准最高的一条铁路专用线,设计标准为25T轴重的I级双线电气化铁路,牵引质量为20000T。铁路线路大致走向是东西走向,是连接大准线与朔黄线的联络线,全长179.862km,神华准池铁路ZCZQ-6标位于山西朔州平鲁境内,正线起讫里程为DK95+185~DK112+242,线路全长17.057km,其中路基9526.39米,沿线主要穿行在中低山区、山前坡风积黄土高原区、山间沟谷区,线路经过多为湿陷性黄土特殊地质地段,冲沟极发育,沟壑纵横,多成“V”型沟和“U”型沟,地质情况十分复杂地基处理方式复杂多样,全标段在湿陷性黄土地基处理中采用了冲击碾压、强夯、石灰改良和灰土挤密桩等处理方式。

  2湿陷性黄土特征

  湿陷性黄土以粉土颗粒为主,呈松散多孔结构状态,孔隙比较大,常在1.0以上,它具有直立、膨胀、崩解、难压实和受含水量影响较大的特点。其湿陷性是内因和外因共同作用的结果,内在因素是它的垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失土颗粒间的加固凝聚力;外部条件是土体的外部压力及水,水一方面溶解黄土中的可溶盐,另一方面在微粒间起到润滑作用,黄土将自重作用下发生位移,从而造成构造物的破坏。

  3湿陷性黄土改良机理

  湿陷性黄土改良是用生石灰消解后与土按一定比例拌制而成,由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷土颗粒相互吸附,产生化学反应,形成凝聚胶体物质,即灰土中的Ca(OH)2与土中的CO2作用生成碳酸钙Ca(OH)2+CO2→CaCO3,Ca(OH)2与土中的SiO32-作用形成偏硅酸钙Ca(OH)2+SiO2→CaSiO3,并随灰土龄期增长,通过压路机碾压,强度逐渐增加,从而提高地基承载力。

  4填料基准试验及填筑控制指标

  4.1填料基准试验

  1)通过对现场开挖黄土进行相关试验检测,其检测指标为:液限31.1%,塑限16.4%,塑性指数14.7,液性指数-0.65,土的定名为低液限粉质粘土;最大干密度1.78g/cm3,最优含水率为12.3%;有机质含量为0.8%。

  2 )石灰检测:产地规格为担子村灰厂生石灰粉,0.125m筛筛余百分含量为8.7%,氧化钙和氧化镁含量为81%,二氧化碳含量为3%.

  3) 石灰改良土配合比经试验室按5%,6%,7%,8%,9%五种剂量进行试配,测得掺入剂量在7%效果最好,且比较经济。掺7%的石灰改良土,最大干密度1.69 g/cm3,最优含水率为12.6%,无侧限抗压强度为0.46MPa。

  4.2填料控制指标

  基床底层:A、B料孔隙率n≤29%,地基系数K30≥130MPa/m;改良土压实系数K≥0.95, 地基系数K30≥110MPa/m

  5施工工艺及工艺试验

  5.1施工工艺

  路基填筑严格按照“三阶段、四区段、八流程”的工艺组织施工,路基进行施工前,做好临时排水系统,防止积水浸泡路基。改良土采用集料拌合站集中拌合,路基填筑时采用自卸汽车运输上料,推土机水平分层进行粗平,平地机进行精平,然后振动压路机碾压成型,施工工艺流程如下:

  1)施工准备

  按照施工组织设计准备土料和III以上的块石灰,对下承层进行清理、平整、压实处理,并做好相应的临时排水设施。

  2)施工放样

  按照每10米一个测量断面放出路基的中桩、边桩,埋设松铺厚度控制桩并标出标高线,根据松铺厚度计算每车混合料的摊铺面积,确定堆放密度。用石灰画出填料控制方格网,每个方格大小应为一车填料的松铺方量。

  3)拌合

  改良土混合料采用稳定土拌和设备在拌和场集中进行拌和,同时配备碎土设备消除土壤的土块。按设定配合比在拌和设备内拌制改良土混合料。混合料需拌和均匀,混合料中不应含有大于15mm的土块和未消解石灰颗粒,拌和后混合料应色泽一致、无灰条、灰团、花面,并应使混合料的组成和含水率达到规定的要求。

  4)运输

  采用大吨位自卸车运输。拌合好的混合料应尽快运送到铺筑现场。混合料在运送过程中应覆盖,减少水分损失。

5)摊铺

  用推土机将混合料进行摊铺粗平完成后,然后再用平地机精平和整形,分层填筑压实厚度控制在30cm。

  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。

  整型应按规定的坡度和路拱进行,并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。

  6)碾压

  当混合料接近最佳含水率时,压路机在路基全宽内碾压至要求的压实密度,且表面无明显的轮迹。碾压时,各区段交接处应相互重叠压实,纵向搭接长度不小于2.0m,纵向行与行之间的轮迹重叠不小于40cm,上下两层填筑接头应错开不小于3.0m。两作业区段之间的衔接处纵向搭接拌和长度不小于2.0m。

  7)养生

  改良土碾压完成后,如不能连续施工应进行养生,使改良土表面保湿养生不少于7天。养生期间勿使改良土过湿,更不能忽干忽湿,应控制好交通,当改良土分层施工时,下层检验如压实度、平整度等指标合格后,上层填土能连续施工时可不进行专门的养生期。

  5.2工艺试验

  通过工艺试验段试验检测,粗铺厚度28cm,碾压6遍后即可满足基床底层设计指标要求;粗铺33cm,碾压7遍即可满足基床底层设计指标要求;粗铺39cm,碾压8遍即可满足基床底层设计指标要求。

  经比较,确定选择松铺厚度30cm,碾压7遍(静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍)工艺参数的施工方法指导大面积路基基床底层改良土施工。

  通过工艺试验段路基试验分析,石灰改良土可以满足基床底层填筑要求。

  6结束语

  利用石灰改良湿陷性黄土,其工程性质明显优于素土,主要表现为物理及力学性能指标的明显提高,能够用于路基基床底层填筑,且满足基床底层压实度要求。黄土中掺入石灰后,其湿陷性明显降低,也较素土易压实,地基承载力满足设计要求。新建大准至朔黄铁路联络线六标段路基经过两个雨季的侵袭,未发现有任何沉降变形。

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