铁路重载路基基床加固技术
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铁道建筑技术 RA IL W AY CONSTRUCT ION
基床翻浆冒泥多发生在基床排水不良、 表面软化、 土 质较为密实的粉质黏土或风化严重的软质岩基床。 基床下沉外挤则是由于土质不良和水的作用造成基 床土软弱、 抗剪强度降低, 导致基床剪切破坏。显而 易见, 采用粉黏土填筑基床表层, 上述病害都可能发 生。而在基床内铺设复合土工膜, 则可起到隔离 ( 隔 水、 隔浆、 隔碴 ) 和排水作用, 从而保证了复合土工膜 以下的基床具有稳定的含水量和抗剪强度。 自上世纪 60 年代, 我国铁路部门开始研究将土 工合成材料用于防治翻浆冒泥 , 至今有近 30 年的成 功经验, 土 工合成 材料的 可用 性与优 越性 已被 认 可, 积累了丰富的资料和数据, 铁路路基土工合成 材料应用技术规范 ( TB 10118- 99)已于 1999 年 3 月 1 日起施行。 经过经济、 技术比较 , 朔黄铁路肃黄段, 路基基 床表层除砂井地基采用换填 渗水土和部分采 用石 灰改良土地段外, 其他地段均决定采用复合土工膜 加固路基基床表层。 3 . 3 施工组织原则 肃黄段应用土工合成材料多, 范围广。施工单位 制定作业指导书, 详列工艺流程, 施工组织设计要针对 特殊工序安排 人、 机、 料等资源配置。监理单位要尽快 熟悉新工艺, 掌握检测和试验要点、 重点, 把好各环节。 各参建单位就最终方案, 均要求拿出自己实施方案。
RA IL W AY CONSTRUCT ION
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铁道工程与铁道工务
经济有效的土质改良方法 ; 通过不透水土工布基床 加固试验, 指导肃黄段路基工程 ; ( 2) 通过多种边坡防护试验 , 提出适合本地区 的防护形式 ; ( 3) 通过在路基试验段上进行改良土及不透水土 工布基床加固试验和通车后进一步检测验证, 指导肃 黄段特殊土和特殊条件下重载路基工程设计与施工。 试验分室内试验和现场试验 2 步进行, 室内仅 对土质改良进行试验 , 对 3 种掺加剂做初步配比设 计 , 指导现场试验验证时使用。现场试验, 除进行 3 种改良土试验外 , 还对复合土工膜进行试验。 2. 2 室内试验 试验内容主要是土及改良土的物理、 化学性质 试验; 素土及改良土的力学性质试验。 通过试验分析, 朔黄线试验段的改良土掺合料质 量设计配比: 石灰土 6 % , 水泥土 4 % , 固化剂土 3 %, 但考虑施工现场与室内试验条件的差异, 施工配比是 在上述配比的基础上另加 1 % ( 改良土的配比均为质 量百分比, 即掺合料质量 干土质量 = n 100)。这样 的改良土湿化后均不崩解, 满足水稳定性要求。 按朔黄线要求, 基床表层压实系数 K 0 . 91( 重 型击实试验 ), 地基系数 K 30 1. 0 MP a / cm, 为满足 要求, 改良土强度必须满足表 2 的要求。
2 2 2 2 3 3 3
kPa 奥特赛特固化剂
水泥 qu 694
c u为 cuqu 534Fra bibliotekcu710
710
710
注 : qu 为饱和 7 d无侧限强度 ,
28 d最优含水量时三轴强度。
2. 3 现场试验 ( 1) 土质改良试验 3 种改良 掺合 剂为奥 特赛特 固化剂、 石灰、 水 泥 , 改良土采用路拌法施工。根据室内设计配合比 和提出的原材料标准, 按照事先批准的工艺流程和 施工组织设计, 严格监督实施。 现场检测, 主要测定各类改良土压实系数与压 实密度的关系。 1998年 12 月朔黄铁路公司组织有关人员使用 核子密度仪进行现场检测, 对不同位置 (路肩、 路基中 心 )检测结果为三种改良土最小密度为 95 . 2 % , 最大 密度为 98 . 7 % (重型击实 ) , 都能满足重载铁路路基 基床表层的填料要求。检测数据表明 , 凡碾压完成停 2
铁道工程与铁道工务
朔黄铁路重载路基基床 加固技术研究
刘放民
( 朔黄铁路发展有限公司
薄长顺
河北肃宁 062350)
摘
要
朔黄铁路 重载路基基床加固技 术在分 析实验数 据的基 础上 , 提出现 场试验 方案 。 通 过肃 宁 2. 8 km
的现场试验验证 , 制定了肃黄段特殊土和特殊条件 下重载铁 路路基 施工方 案 。 所完成 的路基 , 经近 5 年的 运营和 雨水冲刷 、 大暴潮的侵袭考验 , 基 床稳定 , 未发生基床 病害 , 使用效 果好 。 该技 术在重 载铁路 上首次 采用获 得成功 并在黄万铁路推广应用 , 具有较好的社会效益和经济效益 。 关键词 重载铁路 路基 特殊土 基床加固
数量 132 000 m 2 1 153 m 3 2 000 kg
2 路基加固技术方案试验研究
朔黄铁路列车牵引定数 6 000 t和 5 000 , t 并预留 开行 10 000 t列车的条件, 为重载铁路。根据 铁路路 基设计规范 ( TB 10001 -99) (以下简称 设规 ) 规定的 填料分类标准, 沿线取土场均属粉黏土、 C 组填料, 粒 径小, 亲水性强, 水稳定性差, 遇水抗剪强度降低, 承载 力减小快, 按照 设规 和重载铁路的有关规定, 这种土 不得直接用作重载铁路路基基床表层填料。
收稿日期 : 2005- 10 - 20
1 2 3 4 5 6
10 不透水土工布 3 528 m 2 11 种草 31 496 m
2 . 1 试验目的 ( 1)通过对代表土样分别进行掺固化剂、 石灰、 水泥等改良土试验 , 提出满足重载铁路技术要求及
TECHNO LOGY 2006( 增 )
铁道建筑技术
RA IL WAY CONSTRUCT I ON TECHNOLOGY 2006 ( 增 )
铁道工程与铁道工务
3. 1 固化剂改良方案 目前国内外采用的填料改良方案比较多 , 但就路 堤填料而言, 主要方法是把粉碎了的土、 改良剂和水 进行充分拌和, 经机械压实、 养护而形成改性基床。 使用的改良剂主要有石灰、 水泥等。日本熊田公司推 出的奥特赛特系列土壤固化剂, 分为主固化剂和助固 化剂 , 呈固体粉状。主固化剂多采用石灰、 石膏、 水泥 等材料, 助固化剂则采用高聚物, 如聚丙烯酰胺、 聚丙 稀酸或含有活性基因的有机化合物。土壤固化剂适 应不同类型的土壤加固, 不受有机质含量限制, 与其 它工程设施相比 , 可大幅降低造价。 铁道第三勘察设 计院在本段进行 了室内试验 和大量的现场试验, 试验证明改良土与素土相比强 度增大 , 水稳定性增强 ( 较长时间浸水不崩解 ), 渗 - 4 透系数减小 ( 小于 10 m / s) , 有利于阻止表层水向 下渗透, 对塑性指数小的土体 ( Ip < 12) 掺土壤固化 剂比掺石灰可获得更好 的改良效果。由于固化剂 改良土用于路基基床表层加固仍是一 项有争议的 课题, 铁道部至今没有将改良土的设计标准纳入相 应设计规范 , 目前也只是在某些铁路的小范围内试 验。大量的试验表明, 改良土随着改良剂的增加, 其 压缩模量增加较快, 脆性破坏的某些特征表现更加明 显, 这一点对基床表层材料, 特别是地基有较大沉降 变形时的路基基床填料是十分不利的。上海铁道大 学曾对基床表层采用改良土的地基条件进行了土工 离心模型试验, 提 出: 如果路基面沉 降量能控制 在 75 cm以内, 路基面中心与路肩沉降差小于 20 cm, 改 良土将保持良好状态, 不会出现开裂现象。虽然离心 模型试验与实际情况有区别, 但有一点是肯定的, 地 基较大的沉降差必然导致基床土开裂。 朔黄铁路是我国西煤东运的重要通道, 综合考虑 该线的地质条件、 填料性质以及改良土存在的问题, 考虑到固化剂作为一种新型材料, 此前还没有在其它 铁路上应用的成功经验, 而本试验段固化剂土实际行 车检验还不够充分, 日后如果路基下沉引起固化剂改 良土开裂, 势必难以修复, 为确保肃黄段重载铁路的 可靠性, 朔黄铁路公司反复研究决定 , 除在 DK430+ 500~ DK432+ 600等 8 段共 14 . 4 km采用石灰改良土 加固基床表层外 , 其余路段采用填筑中粗砂内铺两布 一膜土工布柔性层加固基床表层 。 3. 2 复合土工合成材料加固基床表层方案 路基基床病害主要有翻浆冒泥和基床下沉外挤。
表 2 改良 土强度要求
掺合料 指标 7< I p < 10 qu 587 石灰
cu
滞一段时间后的测值均高于刚碾压完的测值。说明 改良土强度在一定的时间范围内是随着时间而增加 的, 检测宜在碾压完 24 h 以后进行。 据室内所作 这三种改良土 的静、 动 力学特性 , 特别是临界动应力试验结果来看 , 对塑性指数 I p 12 的粉黏土采用固化剂、 水泥改良效果较好 , 且固 化剂优于水泥。对塑性指数 I p > 12 的粉 黏土采用 石灰、 固化剂改良效果较好。 3 种改良土 经济指标 分析 , 石 灰 改 良 土 为 30 元 /m , 水 泥 改 良 土 为 56 元 /m , 固化剂改良土为 43 元 /m , 可见 , 石灰改 良土造价较低 , 而水泥改良土造价较高。 综合上述分析 , 建议朔黄铁路肃黄段路基基床 表层土改良, 塑性指数为 I p 12 的粉黏土采用固化 剂, 塑性指数 I > 12 的粉黏土采用石灰。 固化剂是一种新型土壤改良材料。通过本次室 内、 外试验的结果说明, 用固化剂改良的效果较佳, 能 满足基床强度和稳定性要求。但其初凝时间通过配方 应进行调整, 根据本次施工经验, 以不小于 8 h 为宜。 ( 2)复合土工膜加固基床表层试验 土工合成材料是一种很有前景的新材料, 具有 重量轻, 整体连续 性好, 施 工方便, 抗 拉强度高 , 有 很好的韧性和耐磨性, 耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性 好, 质地柔软 , 能与土很好 地结合的优点 , 因此 , 肃 黄段路基应用土工合成材 料数量大 , 范围广, 类型 多, 是其它重载铁路上未曾有过的。共使用两布一 膜土工布 819 052 m , 各种土工格栅 1 459 395 m , 土工格室 57 244 m , 固土网垫 159 769 m 。 两布一膜土工布加固 C 组土基床表层 , 设计为 厚 5c m 中粗砂垫层上铺设不透水的两布一膜土工 布, 再铺厚 15 c m 中粗砂保护层, 填压土到路基高程, 两侧设厚 0 . 5 m 的干砌护肩。试验段经临管运营后, 观测和检测数据表明, 路基整体稳定, 无病害发生, 满 足重载铁路承载能力的要求, 使用效果良好。
基床翻浆冒泥多发生在基床排水不良、 表面软化、 土 质较为密实的粉质黏土或风化严重的软质岩基床。 基床下沉外挤则是由于土质不良和水的作用造成基 床土软弱、 抗剪强度降低, 导致基床剪切破坏。显而 易见, 采用粉黏土填筑基床表层, 上述病害都可能发 生。而在基床内铺设复合土工膜, 则可起到隔离 ( 隔 水、 隔浆、 隔碴 ) 和排水作用, 从而保证了复合土工膜 以下的基床具有稳定的含水量和抗剪强度。 自上世纪 60 年代, 我国铁路部门开始研究将土 工合成材料用于防治翻浆冒泥 , 至今有近 30 年的成 功经验, 土 工合成 材料的 可用 性与优 越性 已被 认 可, 积累了丰富的资料和数据, 铁路路基土工合成 材料应用技术规范 ( TB 10118- 99)已于 1999 年 3 月 1 日起施行。 经过经济、 技术比较 , 朔黄铁路肃黄段, 路基基 床表层除砂井地基采用换填 渗水土和部分采 用石 灰改良土地段外, 其他地段均决定采用复合土工膜 加固路基基床表层。 3 . 3 施工组织原则 肃黄段应用土工合成材料多, 范围广。施工单位 制定作业指导书, 详列工艺流程, 施工组织设计要针对 特殊工序安排 人、 机、 料等资源配置。监理单位要尽快 熟悉新工艺, 掌握检测和试验要点、 重点, 把好各环节。 各参建单位就最终方案, 均要求拿出自己实施方案。
RA IL W AY CONSTRUCT ION
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铁道工程与铁道工务
经济有效的土质改良方法 ; 通过不透水土工布基床 加固试验, 指导肃黄段路基工程 ; ( 2) 通过多种边坡防护试验 , 提出适合本地区 的防护形式 ; ( 3) 通过在路基试验段上进行改良土及不透水土 工布基床加固试验和通车后进一步检测验证, 指导肃 黄段特殊土和特殊条件下重载路基工程设计与施工。 试验分室内试验和现场试验 2 步进行, 室内仅 对土质改良进行试验 , 对 3 种掺加剂做初步配比设 计 , 指导现场试验验证时使用。现场试验, 除进行 3 种改良土试验外 , 还对复合土工膜进行试验。 2. 2 室内试验 试验内容主要是土及改良土的物理、 化学性质 试验; 素土及改良土的力学性质试验。 通过试验分析, 朔黄线试验段的改良土掺合料质 量设计配比: 石灰土 6 % , 水泥土 4 % , 固化剂土 3 %, 但考虑施工现场与室内试验条件的差异, 施工配比是 在上述配比的基础上另加 1 % ( 改良土的配比均为质 量百分比, 即掺合料质量 干土质量 = n 100)。这样 的改良土湿化后均不崩解, 满足水稳定性要求。 按朔黄线要求, 基床表层压实系数 K 0 . 91( 重 型击实试验 ), 地基系数 K 30 1. 0 MP a / cm, 为满足 要求, 改良土强度必须满足表 2 的要求。
2 2 2 2 3 3 3
kPa 奥特赛特固化剂
水泥 qu 694
c u为 cuqu 534Fra bibliotekcu710
710
710
注 : qu 为饱和 7 d无侧限强度 ,
28 d最优含水量时三轴强度。
2. 3 现场试验 ( 1) 土质改良试验 3 种改良 掺合 剂为奥 特赛特 固化剂、 石灰、 水 泥 , 改良土采用路拌法施工。根据室内设计配合比 和提出的原材料标准, 按照事先批准的工艺流程和 施工组织设计, 严格监督实施。 现场检测, 主要测定各类改良土压实系数与压 实密度的关系。 1998年 12 月朔黄铁路公司组织有关人员使用 核子密度仪进行现场检测, 对不同位置 (路肩、 路基中 心 )检测结果为三种改良土最小密度为 95 . 2 % , 最大 密度为 98 . 7 % (重型击实 ) , 都能满足重载铁路路基 基床表层的填料要求。检测数据表明 , 凡碾压完成停 2
铁道工程与铁道工务
朔黄铁路重载路基基床 加固技术研究
刘放民
( 朔黄铁路发展有限公司
薄长顺
河北肃宁 062350)
摘
要
朔黄铁路 重载路基基床加固技 术在分 析实验数 据的基 础上 , 提出现 场试验 方案 。 通 过肃 宁 2. 8 km
的现场试验验证 , 制定了肃黄段特殊土和特殊条件 下重载铁 路路基 施工方 案 。 所完成 的路基 , 经近 5 年的 运营和 雨水冲刷 、 大暴潮的侵袭考验 , 基 床稳定 , 未发生基床 病害 , 使用效 果好 。 该技 术在重 载铁路 上首次 采用获 得成功 并在黄万铁路推广应用 , 具有较好的社会效益和经济效益 。 关键词 重载铁路 路基 特殊土 基床加固
数量 132 000 m 2 1 153 m 3 2 000 kg
2 路基加固技术方案试验研究
朔黄铁路列车牵引定数 6 000 t和 5 000 , t 并预留 开行 10 000 t列车的条件, 为重载铁路。根据 铁路路 基设计规范 ( TB 10001 -99) (以下简称 设规 ) 规定的 填料分类标准, 沿线取土场均属粉黏土、 C 组填料, 粒 径小, 亲水性强, 水稳定性差, 遇水抗剪强度降低, 承载 力减小快, 按照 设规 和重载铁路的有关规定, 这种土 不得直接用作重载铁路路基基床表层填料。
收稿日期 : 2005- 10 - 20
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10 不透水土工布 3 528 m 2 11 种草 31 496 m
2 . 1 试验目的 ( 1)通过对代表土样分别进行掺固化剂、 石灰、 水泥等改良土试验 , 提出满足重载铁路技术要求及
TECHNO LOGY 2006( 增 )
铁道建筑技术
RA IL WAY CONSTRUCT I ON TECHNOLOGY 2006 ( 增 )
铁道工程与铁道工务
3. 1 固化剂改良方案 目前国内外采用的填料改良方案比较多 , 但就路 堤填料而言, 主要方法是把粉碎了的土、 改良剂和水 进行充分拌和, 经机械压实、 养护而形成改性基床。 使用的改良剂主要有石灰、 水泥等。日本熊田公司推 出的奥特赛特系列土壤固化剂, 分为主固化剂和助固 化剂 , 呈固体粉状。主固化剂多采用石灰、 石膏、 水泥 等材料, 助固化剂则采用高聚物, 如聚丙烯酰胺、 聚丙 稀酸或含有活性基因的有机化合物。土壤固化剂适 应不同类型的土壤加固, 不受有机质含量限制, 与其 它工程设施相比 , 可大幅降低造价。 铁道第三勘察设 计院在本段进行 了室内试验 和大量的现场试验, 试验证明改良土与素土相比强 度增大 , 水稳定性增强 ( 较长时间浸水不崩解 ), 渗 - 4 透系数减小 ( 小于 10 m / s) , 有利于阻止表层水向 下渗透, 对塑性指数小的土体 ( Ip < 12) 掺土壤固化 剂比掺石灰可获得更好 的改良效果。由于固化剂 改良土用于路基基床表层加固仍是一 项有争议的 课题, 铁道部至今没有将改良土的设计标准纳入相 应设计规范 , 目前也只是在某些铁路的小范围内试 验。大量的试验表明, 改良土随着改良剂的增加, 其 压缩模量增加较快, 脆性破坏的某些特征表现更加明 显, 这一点对基床表层材料, 特别是地基有较大沉降 变形时的路基基床填料是十分不利的。上海铁道大 学曾对基床表层采用改良土的地基条件进行了土工 离心模型试验, 提 出: 如果路基面沉 降量能控制 在 75 cm以内, 路基面中心与路肩沉降差小于 20 cm, 改 良土将保持良好状态, 不会出现开裂现象。虽然离心 模型试验与实际情况有区别, 但有一点是肯定的, 地 基较大的沉降差必然导致基床土开裂。 朔黄铁路是我国西煤东运的重要通道, 综合考虑 该线的地质条件、 填料性质以及改良土存在的问题, 考虑到固化剂作为一种新型材料, 此前还没有在其它 铁路上应用的成功经验, 而本试验段固化剂土实际行 车检验还不够充分, 日后如果路基下沉引起固化剂改 良土开裂, 势必难以修复, 为确保肃黄段重载铁路的 可靠性, 朔黄铁路公司反复研究决定 , 除在 DK430+ 500~ DK432+ 600等 8 段共 14 . 4 km采用石灰改良土 加固基床表层外 , 其余路段采用填筑中粗砂内铺两布 一膜土工布柔性层加固基床表层 。 3. 2 复合土工合成材料加固基床表层方案 路基基床病害主要有翻浆冒泥和基床下沉外挤。
表 2 改良 土强度要求
掺合料 指标 7< I p < 10 qu 587 石灰
cu
滞一段时间后的测值均高于刚碾压完的测值。说明 改良土强度在一定的时间范围内是随着时间而增加 的, 检测宜在碾压完 24 h 以后进行。 据室内所作 这三种改良土 的静、 动 力学特性 , 特别是临界动应力试验结果来看 , 对塑性指数 I p 12 的粉黏土采用固化剂、 水泥改良效果较好 , 且固 化剂优于水泥。对塑性指数 I p > 12 的粉 黏土采用 石灰、 固化剂改良效果较好。 3 种改良土 经济指标 分析 , 石 灰 改 良 土 为 30 元 /m , 水 泥 改 良 土 为 56 元 /m , 固化剂改良土为 43 元 /m , 可见 , 石灰改 良土造价较低 , 而水泥改良土造价较高。 综合上述分析 , 建议朔黄铁路肃黄段路基基床 表层土改良, 塑性指数为 I p 12 的粉黏土采用固化 剂, 塑性指数 I > 12 的粉黏土采用石灰。 固化剂是一种新型土壤改良材料。通过本次室 内、 外试验的结果说明, 用固化剂改良的效果较佳, 能 满足基床强度和稳定性要求。但其初凝时间通过配方 应进行调整, 根据本次施工经验, 以不小于 8 h 为宜。 ( 2)复合土工膜加固基床表层试验 土工合成材料是一种很有前景的新材料, 具有 重量轻, 整体连续 性好, 施 工方便, 抗 拉强度高 , 有 很好的韧性和耐磨性, 耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性 好, 质地柔软 , 能与土很好 地结合的优点 , 因此 , 肃 黄段路基应用土工合成材 料数量大 , 范围广, 类型 多, 是其它重载铁路上未曾有过的。共使用两布一 膜土工布 819 052 m , 各种土工格栅 1 459 395 m , 土工格室 57 244 m , 固土网垫 159 769 m 。 两布一膜土工布加固 C 组土基床表层 , 设计为 厚 5c m 中粗砂垫层上铺设不透水的两布一膜土工 布, 再铺厚 15 c m 中粗砂保护层, 填压土到路基高程, 两侧设厚 0 . 5 m 的干砌护肩。试验段经临管运营后, 观测和检测数据表明, 路基整体稳定, 无病害发生, 满 足重载铁路承载能力的要求, 使用效果良好。
