高速鐵路路基改良填料的試驗(yàn)研究

張永宏

摘要：高鐵的建成實(shí)現(xiàn)了日行千里的最終夢(mèng)想，對(duì)人們的生產(chǎn)及生活帶來(lái)了諸多便利。但是高鐵在為我們帶來(lái)一些享受的同時(shí)，也帶來(lái)了一些實(shí)質(zhì)性難題。如何在相應(yīng)工期內(nèi)保質(zhì)保量完成建設(shè)施工任務(wù)，對(duì)相關(guān)施工企業(yè)在具體的組織領(lǐng)導(dǎo)及施工技術(shù)方面帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。而對(duì)于鐵路路基施工來(lái)講，其步驟及施工工藝的好壞，與路基質(zhì)量的好壞具有直接性關(guān)系，因此，對(duì)其給與認(rèn)真落實(shí)意義重大。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；路基；改良填料；試驗(yàn)

一、水泥改良土

就水泥改良土而言，對(duì)需改良的涂料摻入水泥這一性能較好的固化材料，能夠大大提高涂料的強(qiáng)度，并有效提高其抗壓強(qiáng)度，保證較高的穩(wěn)定性。然而，水泥改良土的改良技術(shù)設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)當(dāng)注意水泥用量的特點(diǎn)。當(dāng)水泥用量過小時(shí)，則無(wú)法保證改良土較高的強(qiáng)度和剛度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)最佳的土料改良效果。當(dāng)水泥用量過大時(shí)，則會(huì)因水泥比例過高，導(dǎo)致水泥細(xì)顆粒不斷增多，從而造成裂縫的產(chǎn)生。當(dāng)水泥出現(xiàn)裂縫之后，會(huì)導(dǎo)致高鐵路基表層級(jí)配粗粒料和基床底層的改良土相互侵入，導(dǎo)致基床的排水性能大大降低，影響其排水效果，從而使得基床潛藏著相應(yīng)的安全隱患。如鐵路投入運(yùn)行，列車因荷載過重，極容易因壓力過大造成基床受到擠壓，出現(xiàn)泥漿外涌的情況，給路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成極大的負(fù)面影響。因此，應(yīng)當(dāng)保證水泥用量的準(zhǔn)確，并保證水泥拌合過程與后續(xù)的施工過程效率，避免因水泥水化和水解作用過快導(dǎo)致水泥粘合度和強(qiáng)度受損，從而使得整體路基的強(qiáng)度和質(zhì)量受損。

二、石灰改良黃土路基填料試驗(yàn)

由于黃土具備水敏性特征，一旦和水作用將導(dǎo)致工程性質(zhì)大幅度降低，因而黃土地基極容易受水影響而出現(xiàn)承載力不足導(dǎo)致的路面坍塌等不良影響。使用石灰能夠?qū)S土地基進(jìn)行有效的改良，文章結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)研究了石灰改良后的填料，提出了路基填料的具體方案，通過測(cè)試石灰改良土的工程性質(zhì)，得出了最終的試驗(yàn)結(jié)論。

1.填料試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用的黃土具體物理性質(zhì)如下：天然密度為1.73g/cm3，天然含水量為24%，天然孔隙比為0.90，比重為2.65，液限和塑限分別為35%、19%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為33KPA，粘聚力為17KPA，塑性指數(shù)為16.0，壓縮系數(shù)為0.88MPA。試驗(yàn)用的石灰為消石灰，較為干燥，具備相當(dāng)?shù)幕钚裕趸}等含量均符合相關(guān)規(guī)定。

2.試驗(yàn)內(nèi)容

石灰摻和比控制在10%以下，分別選擇6%石灰摻和比、8%石灰摻和比、10%石灰摻和比做三組對(duì)照試驗(yàn)，選擇90%壓實(shí)度制備試件和95%壓實(shí)度制備試件，在濕度大于90%、溫度控制在18℃到22℃之間的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，時(shí)間分別為7天、14天、28天。試驗(yàn)的整個(gè)過程完全遵守鐵路土工試驗(yàn)相關(guān)的規(guī)程進(jìn)行。

第一，擊實(shí)試驗(yàn)。擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)軌颢@得體現(xiàn)填料壓實(shí)性能的重要指標(biāo)，從而可以對(duì)路基填筑質(zhì)量進(jìn)行控制。本試驗(yàn)按照重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，制備不同的試樣共五份，各試樣質(zhì)量均控制在2.5kg，根據(jù)塑限含水量不同取一個(gè)擊實(shí)試驗(yàn)中值和高于、低于中值的試樣各兩個(gè)，各試樣含水量相差2%，加水悶料保持1天。擊實(shí)試驗(yàn)的整個(gè)過程完全遵守?zé)o機(jī)結(jié)合料相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行。

第二，液塑限試驗(yàn)。液塑限試驗(yàn)?zāi)軌虻玫襟w現(xiàn)填料與水作用程度的液塑限指標(biāo)，本試驗(yàn)利用光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)石灰改良土進(jìn)行測(cè)定。

第三，壓縮試驗(yàn)。壓縮試驗(yàn)?zāi)軌虼_定土體剛度，可以用來(lái)確定土體受力狀態(tài)。在壓縮試驗(yàn)中，能夠得到各試樣的壓縮模量、系數(shù)，能夠以此分析試樣的抗折能力，具體操作如下：先添加石灰，再測(cè)定試樣的最佳含水量與最大干密度，制備試件，然后養(yǎng)生28天，最后測(cè)試試件在直接壓縮下的壓縮模量、系數(shù)和濕陷系數(shù)，并測(cè)試試件在直接壓縮后浸水、浸水飽和后再次壓縮兩種情況下的參數(shù)。

第四，強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)軌颢@得試樣的強(qiáng)度，能夠確定路基改良效果與后續(xù)的改進(jìn)方向。強(qiáng)度試驗(yàn)包括無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與三軸剪切試驗(yàn)，本文選用前一種方法，根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)所取得的結(jié)果，通過靜壓法制備試件，在7天、14天、28天的養(yǎng)護(hù)后，將試件置于溫度維持在18℃到22℃的水中1天，浸水飽和后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

三、施工工藝研究

1.石灰土填料要求和施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行實(shí)際施工之前，需要先檢查一下改良的土料種類是否符合要求，并做好石灰土的配比試驗(yàn)。表1是本工程施工中所需的改良土原材料及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

符合要求的土質(zhì)還需要經(jīng)過過篩處理。在運(yùn)輸、貯存、磨細(xì)，撒布石灰的各個(gè)環(huán)節(jié)中，為了減少石灰與外界的接觸，需要制定有效的措施。在消解石灰的過程中，應(yīng)將石灰分類分批的貯存在能夠避風(fēng)近水處。

2.施工工藝

2.1驗(yàn)收下承層

為了確保填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行石灰填筑之前，需要對(duì)基底的幾何尺寸進(jìn)行檢查，檢測(cè)和驗(yàn)收相關(guān)工序是否符合標(biāo)準(zhǔn)

2.2測(cè)量放樣

為了確保填料量，因此將在路基上采取縱向樁距小于10m的方格網(wǎng)來(lái)進(jìn)行控制，并將橫向樁分別設(shè)置在路基中心和兩側(cè)。將指示樁設(shè)置在兩側(cè)路肩邊緣，并且為了控制好每層的攤鋪厚度，在方格網(wǎng)中使用白灰點(diǎn)來(lái)控制自卸車倒土密度。

2.3拌和

在拌和廠中將混合料按照石灰摻量2%進(jìn)行預(yù)拌，同時(shí)為了減少土壤中的土塊，確保混合料中不存在10mm的土塊體，將使用碎土設(shè)備進(jìn)行處理。在施工現(xiàn)場(chǎng)中，使用路拌機(jī)對(duì)3%石灰摻量進(jìn)行路拌。

2.4攤鋪

在進(jìn)行攤鋪之前，需要確定好依據(jù)松鋪厚度計(jì)算出每車混合料的攤鋪的面積，以及堆放的密度。首先將混合料攤鋪好，接著將3%的石灰摻量均勻的攤鋪好。先使用路拌機(jī)進(jìn)行路拌4～6遍，拌和時(shí)記得將拌合深度拌和到進(jìn)入下一層的1cm左右的深度；接著檢測(cè)灰劑量，每50m就需要檢測(cè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面檢測(cè)左、中、右3個(gè)點(diǎn)，當(dāng)這些點(diǎn)都符合要求后，再使用平地機(jī)進(jìn)行初平和整形，之后再使用壓路機(jī)碾壓1～2遍左右。對(duì)于離析的混合料需要有相關(guān)人員進(jìn)行及時(shí)清理，并相應(yīng)地補(bǔ)給新的混合料。

2.5碾壓

碾壓的過程中使用的是重型、特重型的壓路機(jī)進(jìn)行施工，按照順線路從兩側(cè)向中間的順序、縱向進(jìn)退式進(jìn)行。

四、結(jié)論

高鐵鐵路路基需要保證足夠的強(qiáng)度和剛度，確保縱向變化的均勻，才能夠有效保證高鐵列車在運(yùn)行過程中的高速度和高效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中的安全性和平穩(wěn)性。由于高鐵路基會(huì)因自重造成壓密下沉，從而使得高鐵軌道垂直下沉，同時(shí)還會(huì)因列車負(fù)重超荷導(dǎo)致壓力過大，產(chǎn)生累積塑性的路基變形，導(dǎo)致路基的不平穩(wěn)，鐵路軌道出現(xiàn)不平順現(xiàn)象。這樣一來(lái)，列車運(yùn)行過程中既無(wú)法保證運(yùn)行安全，同時(shí)會(huì)因長(zhǎng)期的不規(guī)范動(dòng)力作用加劇軌道的變形。應(yīng)當(dāng)在路基施工當(dāng)中，對(duì)路基填料進(jìn)行有效改良，結(jié)合具體的土質(zhì)情況，選取最合適的改良技術(shù)和辦法。

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