路基改良土填筑施工工艺与质量控制技术科研报告.doc

某高速铁路路基改进技术研究高速铁路对工后沉降要求严格，某高速铁路山东德州段设计路基填料为改进土，通过对德州东站路基改进土填筑施工工艺与过程控制进展研究，确定最正确改进方案与填筑工艺。二、工程概况某，位于德州市开发区袁桥乡境内该地区为冲积平原，当地无A、B组填料，附近有多个火电厂，粉煤灰资源丰富。取土场填料以粉土与粉质黏土为主，属C组填料，夹局部高液限黏土属D组土。三、取土场填料试验1、取土场土体天然含水率取土场土体以粉质黏土与粉土为主，天然含水率在2036.5%之间。室内击实试验取土场填料掺水泥后最正确含水率为13%15%，从以上数据提醒取土场土体天然含水率均远高于最正确含水率，取土场填料直接按原设计掺4%、5%水泥达不到填筑要求。2、取土场填料定名在取土场大面积揭露开挖后，分层取样测定土体各项指标，土质以粉质黏土与粉土为主，为C组，夹局部黏土属D类。3、土体晾晒降低含水率效果(1)通过在土拌站对天然含水率23.7%的土进展晾晒试验，摊铺厚度3050cm，每日检测土体含水率，8天后含水率降至18.6%，平均每日含水率降低0.6%。(2)对所挖降水沟沟壁土样含水率进展了检测，取样深度，土样含水率进展比照，含水率平均降低2.5%，平均每日含水率降低0.2%。(3) 4月2日开场在取土场取0土，安排在DK327+040DK328+080段板筏与桩帽上晾晒，每隔3小时用铧梨与旋耕机翻晒一次，每日早晚各测一次含水率，确定含水率变化情况，试验结果见图3-8：图3-8(4) 掺生石灰土晾晒2009年4月5日在取土场以1m为单元分层取土，取土深度5m，每层土分别掺3%生石灰安排在DK326+700800段路基右侧晾晒，每隔3小时用铧梨与旋耕机翻晒一次，每日早晚各测一次含水率，确定含水率变化情况，截止4月12日晾晒结果见图3-9：图3-9 (5) 天气对填料晾晒影响改进土施工中下雨对填料拉运与晾晒影响很大，2009年3月23日降雨前土拌站土体平均含水率为25%，当晚开场降雨至24日中午停顿，24日到25日改进土无法施工，25日晚实测土拌站土体平均含水率为29%。 (6) 晾晒数据分析几次安排晾晒期间德州地区天气均以晴天为主，风力较大，适合晾晒，无降雨。从晾晒数据可以看出：原土晾晒每日含水率平均降低0.30%1.13%，掺生石灰后晾晒每日含水率平均降低1.28%1.83%，掺生石灰晾晒效果明显好于原土晾晒。从08年当地气候资料来看4至6月份气温较高，但降雨明显增多，日照时数5月份最高，6月份开场降低，7至9月份为雨季，降雨量大，对土体晾晒效果影响很大。土体特征1、取土场土体天然含水率取土场土体以粉质黏土与粉土为主，为C组，夹局部黏土属D类，土体天然含水率在2036.5%之间。室内击实试验取土场填料掺水泥后最正确含水率为13%15%，从以上数据提醒取土场土体天然含水率均远高于最正确含水率，取土场填料直接按原设计掺4%、5%水泥达不到填筑要求。含水率确定与降低含水率措施为了降低原土含水率，进展原土试验与掺生石灰晾晒试验，安排在场地附近天气均以晴天为主，风力较大，适合晾晒，无降雨的时间进展。从晾晒试验知：原土晾晒每日含水率平均降低0.30%1.13%，掺生石灰后晾晒每日含水率平均降低1.28%1.83%，掺生石灰晾晒效果明显好于原土晾晒。另外天气对晾晒效果影响大，特别是下雨天气，甚至会导致改进土无法施工。试验方案降低含水率方案初步确定为降低取土场填料含水率，使运至土拌站土体满足填料最正确含水率要求，结合我类似工程施工经历与当地材料情况，初步确定降低填料含水率试验方案为：对取土场土体采取掺加不同数量熟石灰、粉煤灰、生石灰与增加水泥掺量四种方法降低填料含水率，每种方法先进展室内试验，确定掺合料掺量与混合料含水率关系，测定混合料无侧限抗压强度、最大干密度与最正确含水率。试验过程1、掺熟石灰室内试验(1) 在取土场取有代表性的不同天然含水率土样，分别掺不同掺量的熟石灰5%递增，测拌合后与24h后混合料含水率，试验结果见表4-1：表4-1 填料掺熟石灰降低含水率效果对照表天然含水率%熟石灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)天然含水率%熟石灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)311526.11023.9201522.6252021.521.3302520.820.7353020.040221018101515202025253030(2) 对熟石灰掺量10%、15%、20%、25%、30%的取土场土样，分别掺0%、2%、3%、4%的水泥，进展标准击实试验及无侧限抗压强度试验压实系数92%，试验结果见表4-2： 表4-2 掺熟石灰混合料土工试验成果表水泥掺量(%)工程熟石灰掺量%10152025300最大干密度(g/cm3)最正确含水率%15151617186+1d无侧限强度(Mpa)2最大干密度(g/cm3)最正确含水率%15161618186+1d无侧限强度(Mpa)3最大干密度(g/cm3)最正确含水率%15161618196+1d无侧限强度(Mpa)4最大干密度(g/cm3)最正确含水率%14161719206+1d无侧限强度(Mpa)四、填料室内试验1、降低含水率方案初步确定为降低取土场填料含水率，使运至土拌站土体满足填料最正确含水率要求，结合我单位以往施工经历与当地材料情况，初步确定降低填料含水率试验方案为：对取土场土体采取掺加不同数量熟石灰、粉煤灰、生石灰与增加水泥掺量四种方法降低填料含水率，每种方法先进展室内试验，确定掺合料掺量与混合料含水率关系，测定混合料无侧限抗压强度、最大干密度与最正确含水率。2、掺熟石灰室内试验(1) 在取土场取有代表性的不同天然含水率土样，分别掺不同掺量的熟石灰5%递增，测拌合后与24h后混合料含水率，试验结果见表4-1：表4-1 填料掺熟石灰降低含水率效果对照表天然含水率%熟石灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)天然含水率%熟石灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)311526.11023.9201522.6252021.521.3302520.820.7353020.040221018101515202025253030(2) 对熟石灰掺量10%、15%、20%、25%、30%的取土场土样，分别掺0%、2%、3%、4%的水泥，进展标准击实试验及无侧限抗压强度试验压实系数92%，试验结果见表4-2： 表4-2 掺熟石灰混合料土工试验成果表熟石灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)熟石灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)1001510315151515162016201625172518301830191021510414151615162016201725182519301830203、掺粉煤灰室内试验(1) 在取土场取有代表性的不同天然含水率土样，分别掺不同掺量的粉煤灰5%递增测拌合后的含水率及24小时后的含水率，试验结果见表4-3：表4-3 填料掺粉煤灰降低含水率效果对照表天然含水率%粉煤灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)天然含水率%粉煤灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)24h后实测含水率(%)151020152520302535304010101515202025253030(2) 对粉煤灰掺量10%、15%、20%、25%、30%的取土场土样，分别掺0%、2%、3%、4%的水泥，进展标准击实试验及无侧限抗压强度试验压实度92%，试验结果见表4-4：表4-4 掺粉煤灰混合料土工试验成果表粉煤灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)粉煤灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)10016与水散落103161516与水散落15172017与水散落20182518与水散落25193019与水散落30201021610417151715172018201925192520302030204、掺磨细生石灰室内试验(1) 在取土场取有代表性的不同天然含水率土样，分别掺不同掺量的生石灰5%递增，测拌合后、24h后与48h后的含水率，试验结果见表4-5：表4-5 填料掺生石灰降低含水率效果对照表天然含水率%生石灰掺量%计算含水率%掺后实测含水率%24h后实测含水率%48h后实测含水率%31.05101520252510152025510152025510152025 (2) 对生石灰掺量5%、10%、15%、20%的取土场土样，分别掺0%、2%、3%、4%的水泥，进展标准击实试验及无侧限抗压强度试验压实度92%，试验结果见表4-6：表4-6 掺生石灰混合料土工试验成果表生石灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)生石灰掺量%水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)50175317101810181518151920192019521754181018101815191519201920205、增加水泥用量室内试验(1) 在取土场取有代表性的不同天然含水率土样，分别掺不同掺量的水泥2%递增，测掺后与闷土3h后含水率，试验结果见表4-7：表4-7 填料掺水泥降低含水率效果对照表天然含水率%水泥掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)3h后实测含水率(%)天然含水率%水泥掺量%计算含水率%掺后实测含水率(%)3h后实测含水率(%)335577335577 (2) 对分别掺3%、4%、5%、6%、7%、8%水泥的取土场土样，进展标准击实试验及无侧限抗压强度试验压实度92%，试验结果见表4-8：表4-8 掺水泥混合料土工试验成果表水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)水泥掺量(%)最大干密度(g/cm3)最正确含水率%6+1d无侧限强度(Mpa)3146154147155148156、室内试验数据分析(1) 通过室内试验数据可以看出，直接掺熟石灰或粉煤灰，拌合后含水率、闷土24h后含水率与计算含水率相差很小，说明熟石灰或粉煤灰与土拌合后根本没有发生化学反响，只是通过掺合料与土的质量关系对含水率进展了调整。而生石灰计算含水率与闷土24h后含水率相差1.1.3%，降低含水率效果较好，但化学反响时间较长。因水泥凝固时间短，增加掺量降低含水率效果不明显。根据室内试验数据确定不同天然含水率土样不同方案掺量见表4-9：表中掺后混合料含水率掺熟石灰、掺粉煤灰与提高水泥掺量三种方案为计算含水率，生石灰按计算含水率降2.0%确定；增加水泥掺量最正确含水率参照掺粉煤灰加水泥方案数据；图中红色数值为估算数据。取土场土质天然含水率超过29%已接近土体10mm液限，处于软塑至流塑状态，无法进展大面积拌合，必须采取晾晒将土体含水率降至29%以下才可以拌合，表中未反映天然含水率大于29%土体改进掺量。表4-9 不同天然含水率土体掺合料掺量表素土天然含水率(%)2022242628代表天然含水率范围(%)19212123232525272729掺粉煤灰+水泥水泥掺量(%)44444粉煤灰掺量(%)掺后混合料含水率(%)混合料最正确含水率(%)1719202021掺熟石灰熟石灰掺量(%)2025303540掺后混合料含水率(%)混合料最正确含水率(%)1617181819掺生石灰生石灰掺量(%)1010152025掺后混合料含水率(%)混合料最正确含水率(%)1718181819提高水泥掺量水泥掺量(%)>20>20>20>20掺后混合料含水率(%)-混合料最正确含水率(%)17-(2)、通过室内试验数据比拟可以看出, 一样掺量下，土的最正确含水率掺粉煤灰比掺熟石灰高13%，说明掺粉煤灰对最正确含水率的提高比掺熟石灰效果好，比照见图4-2：图4-2(3)、通过试验数据可以看出，掺加熟石灰、生石灰后，不需要掺水泥混合料的无侧限抗压强度就可满足设计要求；增加水泥用量对最正确含水率的提高效果与粉煤灰一样，但无侧限抗压强度充裕量过大。五、改进土现场填筑试验1、改进土现场填筑试验方案安排在DK326+600DK326+800段第二层至第四层进展掺粉煤灰+水泥、增加水泥掺量、掺熟石灰与掺生石灰四种降低含水率方案现场填筑试验，按每种方案50m三层实施，均采用场拌法施工。每种方案每层检测压实系数6点、K30指标4点、Ev2指标4点，填筑过程中记录填料含水率变化情况。2、填料填筑过程中含水率试验每种方案填筑前，首先测定土体天然含水率，根据天然含水率与室内试验数据确定掺合料掺量，试验室向土拌站下配料单，土拌站开场拌合；拌合后测定混合料含水率，确定降低含水率效果；含水率符合要求装运，运至现场后再测定混合料含水率，确定含水率损失情况；碾压后再测定土体最终含水率。各方案分层含水率变化情况见图5-1至图5-3：图5-1图5-2图5-33、四种方案在一样机械配置、一样碾压方式下，现场检测各项指标结果见图5-4至图5-6：掺粉煤灰加水泥 掺水泥 掺熟石灰 掺生石灰图5-4掺粉煤灰加水泥 掺水泥 掺熟石灰 掺生石灰图5-5掺粉煤灰加水泥 掺水泥 掺熟石灰 掺生石灰图5-64、试验数据分析 (1) 现场含水率数据可以看出：改进土掺合料拌合后含水率与碾压时含水率相差很小；试验段三层掺粉煤灰+水泥方案、掺熟石灰与掺生石灰三种方案拌合前含水率相近，在2426.6%之间，掺水泥方案第一层拌合前含水率为24.7%，掺水泥10%，混合料碾压前含水率仍高出最正确含水率4%，造成压实系数达不到设计要求，现场已对不合格局部进展了返工处理。在填筑水泥方案二、三层时，选用在取土场晾晒一个月，含水率在20.5%左右的土样掺12%水泥进展填筑，压实系数满足设计要求。(2) 现场检测数据说明：填筑开场6h内压实完检测，四种方案K30、EV2都满足设计要求，拌合后混合料含水率在最正确含水率±2%之内，压实系数能够满足要求，但均低于0.95。(3) 试验结果四种方案均可以到达设计指标要求，掺粉煤灰+水泥最为经济且数量有保证，掺熟石灰、掺生石灰与掺水泥方案材料数量难以保证。(4) 试验期间设计单位提出对化学改进土新标准有要求，即外掺料质量不能超过16%，按此标准改进土填筑必须采取先晾晒再改进的方案，工期难以保证。2009年4月13日业主、设计、咨询、监理与施工五家单位现场核查形成会议纪要，同意德州东站正线路基改为AB组填料填筑，AB组填料由171km外远运，站线路基15万方改进土保持原设计方案不变。第 20 页