鐵路路基石灰改良利用土施工與試驗(yàn)方法

劉振華

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 102600）

1 工程概況

新建哈佳鐵路貨物聯(lián)絡(luò)線位于哈爾濱市賓縣賓西鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)8.8km，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h，其中上行聯(lián)絡(luò)線路長(zhǎng)度1.6km，下行聯(lián)絡(luò)線7.2km，路基挖方61.16 萬(wàn)方，路基填方51.76 萬(wàn)方，利用土22.24 萬(wàn)方，改良土14.2 萬(wàn)方。

2 試驗(yàn)段選取

按照建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位的要求，選用LDK33+860-LDK34+060 作為試驗(yàn)段，長(zhǎng)度200 米，地勢(shì)平坦、平順，斷面具有代表性，利用土來(lái)自于LDK36+000～LDK43+749 路基大挖方處。本段利用土為低液限粉質(zhì)黏土，也稱C 組土，因天然含水率過(guò)大，摻入石灰進(jìn)行改良，根據(jù)土體含水情況，調(diào)整石灰改良土配比，確定石灰改良土配合比，再進(jìn)行試驗(yàn)段改良土填筑施工。試驗(yàn)時(shí)記錄好設(shè)備類型、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓方式，每層填料厚度，最優(yōu)含水率。

3 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過(guò)對(duì)選取的試驗(yàn)段進(jìn)行施工獲得的數(shù)據(jù)信息最終確定該項(xiàng)工程采用的施工工藝，確定各項(xiàng)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響的參數(shù)系數(shù)。其中，主要對(duì)改良土配合比、松鋪系數(shù)、分層填筑厚度、最佳含水量以及碾壓遍數(shù)等。通過(guò)對(duì)所選取的試驗(yàn)段所反饋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，可以為改良土施工提供參考和指導(dǎo)。

4 利用土改良技術(shù)原理

進(jìn)場(chǎng)的生石灰為粉末狀，進(jìn)行充分消解后與土體中的水和存在于空氣當(dāng)中的二氧化碳產(chǎn)生化學(xué)變化，出現(xiàn)碳化，最終形成不溶于水CaCO3結(jié)晶狀固體，在碳化作用下使土體硬化，促進(jìn)土體的固結(jié)，提高土體強(qiáng)度，起到了固化本體的作用。

消解過(guò)程：CaO+H2O === Ca(OH)2+64.9KJ；碳化作用：Ca(OH)2+CO2+nH2O === CaCO3+(n+1)H2O

5 試驗(yàn)段改良土施工方法

5.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→攤鋪利用土→摻石灰、現(xiàn)場(chǎng)拌和→反復(fù)翻曬、檢測(cè)最最佳含水率→整平，碾壓成型→檢測(cè)合格，進(jìn)行下一層填筑。

5.2 施工技術(shù)方法

5.2.1 施工準(zhǔn)備

5.2.1.1 石灰的選定

試驗(yàn)段石灰采用滿足試驗(yàn)要求的鈣鎂生石灰，為了使施工方便，減少加工，可以采用粉末狀生石灰。施工人員應(yīng)當(dāng)在對(duì)C 組土進(jìn)行改良處理后，需要使用石灰的時(shí)候，充分消解石灰，消解后的石灰需要含有相應(yīng)的濕度，以免太干造成揚(yáng)灰，對(duì)環(huán)境造成污染，但也不能過(guò)濕成團(tuán)。

5.2.1.2 石灰的檢測(cè)指標(biāo)

氧化鈣+ 氧化鎂，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≥75%, 試驗(yàn)結(jié)果77.2%；未消化殘碴含量(5mm 圓孔篩的篩余)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤15%，試驗(yàn)結(jié)果≤10%。

5.2.2 利用土攤鋪

5.2.2.1 施工放樣：在路基表面恢復(fù)中線，直線段每15～20m 設(shè)一樁，曲線段每10～15m 設(shè)一樁，并在兩側(cè)路肩邊緣外設(shè)高程木樁，水準(zhǔn)儀測(cè)量后，在兩側(cè)高程木樁上標(biāo)記中線樁和處理層厚度的指示樁。

5.2.2.2 備料：計(jì)算好生石灰用量，所用材料應(yīng)符合質(zhì)量要求，經(jīng)熟化消解后根據(jù)車輛噸位，劃分卸料網(wǎng)格，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攤鋪。

5.2.3 路拌法拌合

石灰均勻撒布，采用五鏵犁將石灰的利用土翻拌，調(diào)好機(jī)械入土深度，以保證充分拌和。在進(jìn)行翻拌的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)遵循從路基中心開(kāi)始的順序，而后翻拌的時(shí)候應(yīng)分分兩步開(kāi)展：第一步，將混合料向外側(cè)翻，進(jìn)而從兩邊開(kāi)始；第二步，則是將混合料向中間翻，確保最終將混合料翻拌均勻。

經(jīng)過(guò)晾曬3～4 小時(shí)后，使用旋耕機(jī)將混合料打碎，確保最終得到的土塊粒徑小于15 毫米，而通按照施工工藝的配比要求進(jìn)行均勻攪拌，確保最終成品的色澤一致，無(wú)灰條、灰團(tuán)、花面。在拌和物中，不可出現(xiàn)土塊、生石灰塊。同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在粗細(xì)集料窩和局部過(guò)分潮濕時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取有效的途徑予以處理。

在進(jìn)行施工操作時(shí)，應(yīng)對(duì)拌灰機(jī)輪跡重疊寬度予以合理的控制。一般而言，應(yīng)控制在40cm 以上。疊層拌和時(shí)拌和機(jī)葉輪要切入到下層3～5cm 左右，以防有夾層和漏拌情況出現(xiàn)，不得留有“素土”層，每100m 抽檢斷面2 個(gè)，左、中、右各1 點(diǎn)。

改良土拌和每拌合一次測(cè)定改良土含水率，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)翻曬2 天后，拌和5～6 遍即可滿足最佳含水率的要求，然后開(kāi)始進(jìn)行填料施工。

5.2.4 整平

在進(jìn)行整平工作時(shí)，遵循從外部向內(nèi)部進(jìn)行的基本順序，可以先進(jìn)行粗平，進(jìn)而采用刮平機(jī)進(jìn)行精平，最后通過(guò)加以人工的配合。通過(guò)上述途徑可以確保表面整體處于平整狀態(tài)，可以有效的避免因拌和操作而出現(xiàn)的槽溝、坑洞等問(wèn)題。實(shí)際工作中，可以首先采用振動(dòng)壓路機(jī)，遵循由外側(cè)向內(nèi)側(cè)的基本順序進(jìn)行碾壓，一般情況下以1～2 遍為宜，而在運(yùn)用刮平機(jī)進(jìn)行刮平操作時(shí)，同樣遵循的是從外側(cè)到內(nèi)測(cè)推進(jìn)的順序，形成路拱，路拱坡度不小于設(shè)計(jì)要求。

5.2.5 碾壓

碾壓采用22T 振動(dòng)式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓5～7遍，從第四遍開(kāi)始每碾壓一遍對(duì)改良土K30 和壓實(shí)系數(shù)k 進(jìn)行檢測(cè)并做好記錄，整平完成后，先用壓路機(jī)靜壓由路邊沿向路中心碾壓1～2 遍，再用振動(dòng)壓路機(jī)由外向內(nèi)碾壓, 采用弱振＋強(qiáng)振的順序，碾壓速度≯3.0km/h，縱向行與行之間的輪跡重疊不小于40cm，用此法振壓2～3 遍碾壓。改用靜壓的方式先輕壓、穩(wěn)壓后重壓，先慢后快，錯(cuò)輪碾壓2～3 遍消除輪跡，使得上部可能因振動(dòng)產(chǎn)生松動(dòng)的填料得到壓實(shí)。碾壓從路肩向線路中線依次進(jìn)行，壓路機(jī)保持直線行走，達(dá)到表面平整、光潔、邊線順直。

6 試驗(yàn)段改良土的檢側(cè)

6.1 取樣檢測(cè)點(diǎn)位布置

由線路中心線為軸，分為左半幅和右半幅進(jìn)行布點(diǎn)檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)規(guī)則按照梅花型分布，在路肩線2m 處為最外側(cè)檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)范圍橫向?yàn)?0m，縱向?yàn)?0m。布置如圖1 所示。

圖1 檢測(cè)點(diǎn)位布置示意圖

6.2 石灰摻入配比選定

先采用室內(nèi)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)選用具有代表性的C 組土，通過(guò)C 組土的各項(xiàng)指標(biāo)，如天然含水量、液塑限、塑性指數(shù)，作為檢測(cè)土的顆粒分析試驗(yàn)，判斷土的類別。取一定量的生石灰進(jìn)行試驗(yàn)鑒定，生石灰應(yīng)滿足三級(jí)生灰驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

選取的C 組土中分別摻入3%、4%、5%、6%的生石灰，攪拌均勻，記錄好C 組土液塑限指數(shù)、含水量以及塑性指數(shù)試驗(yàn)，觀察并對(duì)比摻入生石灰后C 組土的變化，并做壓實(shí)系數(shù)（K）和7d 飽和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(qu) 試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定改良土5%的摻灰配合比。

按圖1 所示抽檢位置，隨機(jī)抽取6 組樣品，檢測(cè)含水量，取平均值，見(jiàn)表1 含水量與拌和遍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 含水量與拌和次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

a.外界環(huán)境相同時(shí)，C 組土含水量隨著拌和次數(shù)的增加而減少；含水率與拌和次數(shù)有關(guān)，最佳含水率拌合次數(shù)確定為5 次。

b.對(duì)土源的含水率進(jìn)行控制，含水率不符合要求時(shí)C 組土采用晾曬翻拌方式處理。

6.3 含灰率

要對(duì)含灰率進(jìn)行合理的控制，主要開(kāi)展兩項(xiàng)工作：第一，確定在實(shí)際施工過(guò)程中耗費(fèi)石灰的具體情況。一般而言，最佳狀態(tài)是保證含灰率大于1%。第二，應(yīng)當(dāng)保證含灰率足夠均勻。為了確保其達(dá)到均勻的狀態(tài)，則需要準(zhǔn)確地進(jìn)行布灰、拌和等工作。其中，布灰工作是確保拌和區(qū)含灰率的必要基礎(chǔ)條件和前提。而通過(guò)合理地對(duì)拌灰區(qū)進(jìn)行攪拌，則是確保整個(gè)拌和區(qū)含灰率達(dá)到預(yù)期要求的重要措施，更是工程開(kāi)展過(guò)程中對(duì)成本進(jìn)行合理控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合拌合遍數(shù)與含灰率二者之間的實(shí)際關(guān)系來(lái)進(jìn)行深入研究和分析，最終確保所采用的拌合遍數(shù)符合工程需求。

填土層厚35cm，按圖1 布置測(cè)點(diǎn)，在1#點(diǎn)、2#點(diǎn)、3#測(cè)試點(diǎn)位取樣，每拌和一遍，在同一測(cè)試點(diǎn)取3 組（上、中、下）試樣，進(jìn)行含灰率檢測(cè)試驗(yàn)，得出45 組數(shù)據(jù)，經(jīng)整理得表2。

表2 拌和遍數(shù)與含灰率關(guān)系

由表2 數(shù)據(jù)分析，拌和遍數(shù)在5 遍時(shí)，檢測(cè)的同一位置的上、中、下三部分含灰率接近均勻，含灰率與拌和次數(shù)關(guān)系趨于平緩，含灰率比較均勻，可以得出最佳拌和遍數(shù)為5 遍；改良土的含灰均勻，含水率最佳。

6.4 松鋪厚度

按照段落進(jìn)行劃分，每40m 一個(gè)斷面，每斷面在左線中心、右線中心及兩側(cè)路床邊線2m 處設(shè)置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，按35cm 松鋪厚度攤鋪，分別在填筑前、填筑初平后、碾壓后測(cè)量各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。選取的數(shù)據(jù)具有代表性并進(jìn)行整理見(jiàn)表3，通過(guò)計(jì)算的出松鋪系數(shù)平均為1.25。

表3 路床壓實(shí)高程對(duì)照表

6.5 碾壓遍數(shù)確定

按圖1 的布置點(diǎn)要求，采用22 噸的壓路機(jī)由弱至強(qiáng)進(jìn)行碾壓。碾壓3 遍時(shí)，左右各檢測(cè)6 個(gè)點(diǎn)。碾壓至7 遍，再經(jīng)過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析：在松鋪厚度35cm，碾壓6 遍最優(yōu)遍數(shù)。根據(jù)路床以下壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求：地基承載力K30≥80，壓實(shí)系數(shù)K≥0.9，通過(guò)表4 的試驗(yàn)方法進(jìn)行四組試驗(yàn)：得到數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表4 試驗(yàn)方法明細(xì)表

表5 松鋪35cm 碾壓遍數(shù)對(duì)比值

根據(jù)曲線示意圖分析碾壓遍數(shù)與填筑壓實(shí)度。（圖2）

通過(guò)圖2 分析，石灰改良土路基松鋪35cm，并且碾壓5 遍時(shí)，其力學(xué)指標(biāo)與壓實(shí)系數(shù)部分不能滿足規(guī)范要求。當(dāng)碾壓6 遍時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足。碾壓7 遍時(shí)，改良土壓實(shí)系數(shù)和相應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)雖然還再增加，但會(huì)存在機(jī)械浪費(fèi)。由此可知：碾壓6 遍是最優(yōu)方法。

圖2 曲線示意圖

通過(guò)試驗(yàn)段管控中觀察，如壓路機(jī)振動(dòng)力過(guò)大，容易出現(xiàn)壓實(shí)面蜂窩、疏松、起皮等現(xiàn)象，并在第1 遍和第2 遍碾壓時(shí)，壓力機(jī)運(yùn)行速度超過(guò)2.5km/h，石灰改良土填筑層易出現(xiàn)橫向裂紋。

7 試驗(yàn)結(jié)論及試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)上述檢測(cè)數(shù)據(jù)分析可得出：掌握石灰含量控制方法，隨著碾壓遍數(shù)的增加，石灰含量均勻穩(wěn)定；石灰的最佳含水率12.4%；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)考證，在松鋪厚度為35cm 下，碾壓六遍，以確保最終達(dá)到了工程的預(yù)期要求，其松鋪系數(shù)平均為1.25。

得到的工藝參數(shù)如下：最優(yōu)含水率為12.4%，最佳松鋪厚度35cm，最佳松鋪系數(shù)1.25，碾壓設(shè)備為22t 壓路機(jī)，碾壓方式1 靜+1 弱+2 強(qiáng)+1 弱+1 靜壓,振碾壓實(shí)，碾壓遍數(shù)6 遍，碾壓速度2.0-3.0km/h。

8 結(jié)論

在聯(lián)絡(luò)線基床底層以下路基施工時(shí)，利用此改良土施工工藝方法施工得到良好效果。此方法來(lái)施工簡(jiǎn)單,加快施工進(jìn)度，縮短施工周期，質(zhì)量成本兼顧，效果顯著，保證了聯(lián)絡(luò)線路基運(yùn)梁通道的快速形成，確保正線T 梁架設(shè)施工，在今后類似工程施工中具有實(shí)用推廣價(jià)值。