填料改良以及填筑压实质量检测关键技术和重点施工工艺

客运专线路基填料改良和填筑质量检测技术介绍1客运专线路基细粒土填料改良处理技术细粒土填料改良是指在原土中添加某种材料，使之与土发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质。填料改良已在国内外高速铁路、公路土方工程中广泛应用，各国均制订自己的“技术准则”或“工法”。设计院以及施工单位对下蜀黏土、弱膨胀土、中膨胀土、岩石风化物、粉土、黄土等填料进行了大量室内改良试验、现场工艺试验及质量检测试验，取得了良好效果。1.1细粒土填料改良方法细粒土填料改良分物理改良及化学改良。1.1.1物理改良是通过在原土中添加某种粒径的土（石）料，改善其级配（Cc，Cu）特性，提高物理力学性能及压实性。1.1.2化学改良是通过在原土中添加固化剂（水泥、石灰、粉煤灰等）使之发生物理化学反应，如阳离子交换、胶凝、碳化结块等作用，改善土的物理力学性质，增加强度。同时，降低填料的含水量，便于施工、压实。1.2细粒土化学改良主要内容1.2.1添加剂的选用：常用的添加剂有石灰、水泥、粉煤灰、沥青、合成固化剂、合成树脂等。一般情况下，塑性指数较高的粘性土采用石灰；粉（砂）土采用水泥。1.2.2改良步骤：1原土各类物理、力学、水稳性试验。2各类添加剂改良土相关试验，确定添加剂及配方（经济、技术、控制性指标改善情况）。3现场工况试验，确定现场添加剂用量及工艺。1.2.3改良效果控制：综合考虑各类物理力学性质的改善，以满足路基各部位填筑压实标准为目的。无侧限抗压强度为改良土控制性的力学指标。CBR值可作为重要参考指标。对于膨胀土填料改良，则还应注意其胀缩性（膨胀力、无荷膨胀率、有荷膨胀率、收缩系数）的改善。如基床底层K30=110MPa相应要求无侧限抗压强度为600-800kPa，饱和无侧限抗压强度300-400kPa。现场强度与室内强度关系：fu（现场）=0.6-0.7fu（室内），1.3黏性土化学改良实际效果1.3.1颗粒粒径变化：粘性土改良后其粒径组成发生明显变化，粘粒(＜0.005mm＝含量从40-60%下降至10-15%；粉粒(0.005-0.075mm)含量从30-45%增加至50-60%；砂粒（＞0.075mm）从1-10%增加至≥20%。1.3.2崩解试验：48小时无崩解，长期饱和强度无变化。1.3.3膨胀土经石灰改良后，其胀缩特性明显改善。1.3.4现场K30值一般在150～220MPa/m之间。现场检测应注意改良土强度随时间的变化，通常水泥改良土强度增长快于石灰改良土的强度增长。1.3黏性土化学改良实际效果1.3.5新长线下蜀粘土改良试验结果注：试验结果表明采用水泥改良类似高塑性粘土，其强度过大，脆性易裂，自愈（和）性差，且在降低原土天然含水量效果方面亦不如石灰好。改良剂掺和比颗粒级配%（mm）无侧限抗压强度（）饱和无侧限抗压强度（）收缩自由膨胀率≥0.050.05-0.005≤0.005体缩%缩限%夯实土14.152.033.9779破坏9.79.915.00水泥318.664.516.912474648.96.61.05水泥518.664.516.915629697.210.30.32生石灰536.751.312.08795216.713.00.33生石灰749.244.09.89555626.810.91.52熟石灰546.244.09.88597037.312.10.04熟石灰749.418.132.59217486.112.20.121.3黏性土化学改良实际效果1.3.6合宁线中等膨胀土石灰改良前后相关胀缩特性变化对比试验结果表明膨胀土经石灰改良后完全满足客运专线填料要求。项目原状土夯实土改良土生石灰（5%）熟石灰（5%）有荷膨胀率50kPa011.800100kPa08.200150kPa05.700无荷膨胀率（%）1.8-5.230.1-3200.8膨胀力（kPa）32-54392-4331229无侧限强度（kPa）224-384720-800909987饱和无侧限强度（kPa）48-6030-37548545收缩系数（%）0.49-0.590.41-0.810.390.411.4细粒土化学改良土施工方法及施工工艺1.4.1改良土施工方法有厂拌、路拌和集中场地拌合，均形成了较成熟的工法。通过严格的过程控制均能满足客运专线的质量要求。1.4.2厂拌法：采用专用的破碎、拌和机械工厂化生产。主要优点是拌和均匀，质量易控，但成本高、效率低。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒---含水量检测---填料入仓---机械破碎---粒径检测---添加剂含量检测---添加剂+破碎料机械拌和----均匀性检测---出厂---摊铺、平整、碾压。1.4.3路拌法：采用路拌机械在路堤施工现场拌和。方法简便，成本低，对含水量要求不高。但受气候影响大，污染较大。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒---添加剂含量检测---拌和---含水量、均匀性检测---平整、碾压。1.4.4集中场拌法：采用路拌机械集中在场地（如取土场、专用拌和场）内拌和，其拌和工艺与路办法相同。可减少对施工沿线的污染。1.5郑西客运专线路基黄土填料改良以粉粒为主属于低液限粉土C组填料。W最佳11.0～13.7％，天然密度1.38～1.76g/cm3,最大干密度1.81～2.01g/cm3,饱和fcu仅12～16.1kPa,重塑土样在水中8h后呈粒状完全崩解。因此al、pl、colQ3砂质黄土填料在天然状态下W和ρd与W最佳和ρdmax差别明显,填料在施工填筑时不易被压实,填料饱和抗压强度较低,水稳定性差,不能直接作为路基基床以及基床下部路堤本体填料。1）al、pl、colQ3砂质黄土填料1.5.1郑西沿线为al+pl+colQ3黄土和dl+plQ2黄土填料1.5郑西客运专线路基黄土填料改良2）al+plQ3黏质黄土和dl+plQ2黏质黄土填料1.5.1郑西沿线为al+pl+colQ3黄土和dl+plQ2黄土填料以粉粒、粘粒为主，砂粒含量较少，属C组填料。Ip为10.7～19.7％，W最佳12.3～15.0％，ρd为1.62～1.90g/cm3，ρdmax为1.78～1.97g/cm3，饱和fcu仅6.5～116kPa，重塑土样在水中2h后呈粒状完全崩解，部分土样具有弱膨胀性。总之，黏质黄土填料，天然状态下W和ρd与W最佳和ρdmax差别明显,填料在施工填筑时不易被压实;且填料饱和抗压强度低,水稳定性差,局部具有弱膨胀性，不能作为路基基床以及基床下部路堤填料。1.5.2设计单位勘察设计阶段黄土填料的改良试验黄土改良试验样品注：改良土改良剂掺入量：石灰为5～8%，水泥为3～5%，养护时间14～28天。1.5.2设计单位勘察设计阶段黄土填料的改良试验砂质黄土改良前后物理力学指标统计表砂粒0.25-0.075粉粒0.075-0.005粘粒0.005天然含水量%天然密度g/cm3比重天然孔隙比液限%塑限%塑性指数%液性指数备注9.45～10.669.75～73.511.4～18.816.92～18.01.70～1.762.71～2.740.82～0.8924.6～26.215.6～19.66.6～9.40～0.30砂质黄土14.6～20.870.7～77.08.4～8.5－－－－33.3～34.124.3～25.68.5～9.0－石灰改良土29.480.36.9－－－－31.926.35.6－水泥改良土内摩擦角Φ（度）凝聚力C（kPa）200kPa湿陷性系数渗透性无侧限抗压强度击实试验崩解情况蒙脱石含量（%）备注最佳含水量（kPa）饱和（kPa）最佳含水量（%）最大干密度（g/cm3）27.57～38.173.7～2770.03～0.038231.4～89912～16.111.0～13.71.88～2.018小时粒状完全崩解4.56粘质黄土36.55～38.4192－不透水635～1489.630～133813.9～14.01.81～1.9248小时无崩解－石灰改良土39.6378－不透水1956158613.01.9248小时无崩解－水泥改良土1.5.2设计单位勘察设计阶段黄土填料的改良试验黏质黄土改良前后物理力学指标统计表砂粒0.25-0.075粉粒0.075-0.005粘粒0.005天然含水量%天然密度g/cm3比重天然孔隙比液限%塑限%塑性指数%液性指数备注2.8～21.266.3～77.612.2～24.812.2～23.21.62～1.902.69～2.750.70～1.0627.8～42.014.3～18.510.0～19.70～0.44粘质黄土9.7～22.672.1～77.15.3～12.5－－－－33.6～41.022.6～28.59.4～13.4－石灰改良土8.3～22.270.2～78.17.6～11.9－－－－34.1～36.426.9～28.75.4～9.5－水泥改良土夯后内摩擦角Φ（度）夯后凝聚力C（kPa）200kPa湿陷性系数渗透性无侧限抗压强度击实试验崩解情况蒙脱石（%）备注最佳含水量（kPa）饱和（kPa）最佳含水量（%）最大干密度（g/cm3）22.3～41.4148～2300.007～0.068不透水649～15876.5～11612.3～15.01.78～1.972小时粒状完全崩解4.56～7.26粘质黄土34.1～52.594～167－不透水1301～2025628～175812.8～19.31.72～1.8848小时无崩解－石灰改良土40.9～53.3115～262.3－不透水1546～27751352～179915.0～15.81.8848小时无崩解－水泥改良土2客运专线路基压实质量检测路基压实质量检测技术是指路基填筑工程中的各种进行质量控制的检查方法。主要包括填料质量控制、填筑厚度检测、压实度检测（主要介绍压实系数K检测、K30检测、核子密度仪检测、动态变形模量Evd检测和变形模量EV2检测等）。2.1填料质量控制2.2填筑厚度检测2.3压实度检测介绍2.4核子密度仪检测2.5地基系数K30检测2.6动态变形模量Evd检测2.7变形模量EV2检测2.1填料质量控制2.1.1客运专线铁路基床填料质量控制1基床表层填料要求如下：基床表层填料应采用级配碎石、级配砂砾石和沥青混凝土。2基床底层填料要求如下：基床底层应选用A、B组填料或改良土。块石类作为基床底层填料时，应级配良好，其粒径不应大于10cm。2.1.2客运专线铁路基床以下路堤填料质量控制1应选用A、B组填料和C组碎石类、砾石类填料。2当选用C组细粒土填料时,应根据填料性质进行改良。3当选用硬质岩石及不易风化的软质岩的碎石时,应级配较好,块石类填料的粒径不得大于15cm。2.2填筑厚度检测2.2.1高程测量法1根据线路地形特征及地质条件，选择有代表性的断面，沿断面设数个控制点。2在控制点地表处设置观测地基沉降变形的沉降标。3填土压密后，测沉降标高程H1及填土面的高程H2。4H2－H1得到该控制点路堤填筑厚度。5按断面上各沉降标（控制点）反映的地基变形的几何形态，求断面的平均填筑厚度。2.2.2勘探法1坑探：多采用探槽确定填土分界线2钻探：选择有代表性的点，填筑完成后，通过钻探取芯分析判断，并与填筑前的勘探地层柱状图比较，确定原地表深度，进而得到填筑厚度。3对于素填土路堤，亦可用静力触探或轻型动力触探方法测得。当填筑前有测试资料时，可与之比较得到填筑厚度。当填筑前缺乏这些资料时，通过分析填土的均匀性和力学特性，推测填筑厚度。另外可通过工程物探对现场实测曲线进行分析和解释求得观测点各电性层的厚度和电阻率的大小，进而推测填筑厚度。2.3压实度检测介绍2.3.1环刀法：环刀法是压实质量检测的传统方法。国内习惯采用的环刀容积通常为200cm3。用环刀法测得的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，它不能代表整个碾压层的平均密度。由于碾压土层的密度一般是从上到下减小的，若环刀取在碾压层的上部，则得到的数值往往偏大