路基改良土填筑施工工艺与质量控制技术科研报告.pdf
某高速铁路路基改良技术研究某高速铁路路基改良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良土,通过对德州东站路基改良土填筑施工工艺和过程控制进行研究，确定最佳改良方案和填筑工艺。二、工程概况二、工程概况某高速铁路土建工程二标段德州东站站场及区间路基施工起讫里程DK326+192。25DK330+090.46，全长3898.21m,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。取土场填料以粉土和粉质黏土为主，属 C 组填料，夹部分高液限黏土属 D 组土。三、取土场填料试验三、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和粉土为主，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佳含水率为 1315，从以上数据揭示取土场土体天然含水率均远高于最佳含水率,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，土质以粉质黏土和粉土为主，为 C 组,夹部分黏土属 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%的土进行晾晒试验，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行了检测，取样深度 0.5m,土样含水率进行对比,含水率平均降低 2.5，平均每日含水率降低 0。2。（3)4 月 2 日开始在取土场取 01.5m 土,安排在 DK327+040DK328+080 段板筏和桩帽上晾晒，每隔 3 小时用铧梨和旋耕机翻晒一次，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：(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 小时用铧梨和旋耕机翻晒一次，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 39:(5)天气对填料晾晒影响改良土施工中下雨对填料拉运和晾晒影响很大，2009 年 3 月 23 日降雨前土拌站土体平均含水率为 25，当晚开始降雨至 24 日中午停止，24 日到 25 日改良土无法施工,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 0.301。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 月份开始降低，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和粉土为主,为 C 组，夹部分黏土属 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佳含水率为 13%15%,从以上数据揭示取土场土体天然含水率均远高于最佳含水率，取土场填料直接按原设计掺 4、5水泥达不到填筑要求.含水率确定和降低含水率措施为了降低原土含水率，进行原土试验和掺生石灰晾晒试验，安排在场地附近天气均以晴天为主,风力较大，适合晾晒,无降雨的时间进行。从晾晒试验知：原土晾晒每日含水率平均降低 0。301.13%,掺生石灰后晾晒每日含水率平均降图图 3-93-9图图 3-83-8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，甚至会导致改良土无法施工。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佳含水率要求，结合我类似工程施工经验和当地材料情况，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、生石灰和增加水泥掺量四种方法降低填料含水率,每种方法先进行室内试验,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、最大干密度和最佳含水率。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)，测拌合后和 24h 后混合料含水率，试验结果见表 41：表表 4 41 1填料掺熟石灰降低含水率效果对照表填料掺熟石灰降低含水率效果对照表天然熟石灰含水掺量率（%）（%)15203125303540101522202530计算含水率(）27。025.824。823。823。022。120。019。118。317。616。9掺后实24h 后实测含水测含水率（%)率(%）27。025。424。423.823.022。319.819。118.217。516.826。825.424。223。629。622.019.719。018.217.316。61826.1天然熟石计算含含水灰掺水率率（%）量(）（%)1015202530101520253023.722.721.820.920.116.415.715.014。413.8掺后实24h后实测含水测含水率(）率（）23。922。621.520。820。016。515.515。014。313.623。622.421.320.719.816.215.414。814.313。5(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，进行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：表表 4-24-2掺熟石灰混合料土工试验成果表掺熟石灰混合料土工试验成果表水泥掺量（）项目10熟石灰掺量(%）151。83150.481。82160。591.81160。621.8160.67201。82160.521。82160。621。81160.661。79170.71251.82170.551。81180.641。8180.691。77190.75301。81180。571。81180。671.8190.741。76200。790最大干密度（g/cm)最佳含水率(）6+1d 无侧限强度（Mpa)31.83150.431。83150。551。82150.581。8140。632最大干密度(g/cm)最佳含水率（)6+1d 无侧限强度(Mpa）33最大干密度（g/cm）最佳含水率(%）6+1d 无侧限强度（Mpa)34最大干密度(g/cm)最佳含水率（%）6+1d 无侧限强度（Mpa)3四、填料室内试验四、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佳含水率要求,结合我单位以往施工经验和当地材料情况，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、生石灰和增加水泥掺量四种方法降低填料含水率，每种方法先进行室内试验，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、最大干密度和最佳含水率。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），测拌合后和 24h 后混合料含水率，试验结果见表 41：表表 4 41 1填料掺熟石灰降低含水率效果对照表填料掺熟石灰降低含水率效果对照表天然熟石灰含水掺量率（%)（)15312025计算含掺后实24h 后实水率测含水测含水（）率（%)率（%)27。025.824。827。025.424.426。825.424。226。1天然熟石灰计算含含水掺量水率率（%）（）()10152023.722.721.8掺后实24h后实测含水测含水率（%)率（%）23。922。621.523.622。421。330354010152220253023。823。022。120.019。118。317。616。923。823。022.319。819.118。217。516。823.629。622。019.719.018.217。316。6182530101520253020。920.116.415.715.014.413。820.820.016.515.515。014。313.620。719。816。215。414.814.313.5（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，进行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:表表 4 42 2掺熟石灰混合料土工试验成果表掺熟石灰混合料土工试验成果表熟石灰掺量（）1015202530101520253020水泥掺量（最大干密度（g/cm1.831.831。821。821.811。831.821.821.811。81最佳含水率（）151516171815161618186+1d 无侧限强度0。430。480.520。550。570。550。590.620.640.67熟石灰水泥最大干掺量掺量密度（%）（%）（g/cm101。82152025301015202530431。811。811。801.801。801.801。791.771。76最佳含6+1d 无水率侧限强（）度(Mpa）150。581616181914161719200。620.660。690。740.630。670。710.750.793、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 43：表表 4 43 3填料掺粉煤灰降低含水率效果对照表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（）1520计算含水率（）27。025.8掺后实测含水率(%)26.925.924h 后实测含水率(）26。725.7天然含水率（）粉煤计算含灰掺水率量(%)（%）101523.722.724h 后掺后实实测含测含水水率率（）（)23。822。623。622。431.026。125303540101522。020253024。823。823.022.120.019。118。317。616。924。823。623.122.020。219。218.217。416.824.623。522.921。820。018。918。017.316。518。0202530101520253021.820.920。116。415。715。014。413。821。621。020.216.515。514.814。413。721.520。920。116。415.214.514.213。4(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,进行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 44：表表 4-44-4掺粉煤灰混合料土工试验成果表掺粉煤灰混合料土工试验成果表粉煤水泥最大干最佳含灰掺掺量密度水率量3（%)(g/cm）（%）（）10152025301015202530201。801。771.721。701.671.801。761。721。691。66161617181916171819206+1d无侧限强度(Mpa)与水散落与水散落与水散落与水散落与水散落0。200。220.230.250.28粉煤灰掺量()1015202530101520253043最大干水泥密度掺量（g/cm(%）3）1。791.751。701.681.661。781。751.681。661。65最佳含6+1d 无侧水率限强度（）(Mpa）161718192017171920200。420。440。460.480.500.620.650.680。710。754、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 后和 48h 后的含水率，试验结果见表 45：表表 4 45 5填料掺生石灰降低含水率效果对照表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（%）531.0101520计算含水率（%)29.528。227。025.8掺后实测含水率（）28.327.125。824.324h 后实测含水率(）26。825.423。822.648h 后实测含水率(）26。224。723。121。92551026.115202551022。015202551018。015202524.824.923。722。721.820.921。020.019。118。317.617。116.415。715.014.422。623。221.921。019。718。819。818.417。316.115。216.515.714.614。112。320。222.621.219.818.517.419.217.616。114.913。416。015.113.812。510.419.522.020。819。017.416.219.017.315。714。012。315.814。712.911。09.5(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,进行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：表表 4 46 6掺生石灰混合料土工试验成果表掺生石灰混合料土工试验成果表最大干生石灰水泥密度掺量掺量3（g/cm（）（）51015205101520201.781.751.721.691.751.731.701。68最佳含水率（%）17181819171819196+1d 无生石灰侧限强掺量度(Mpa）（%)0。210.370.540.800.590。680.720.835101520510152043水泥掺量（）最大干密度3（g/cm）1。741.711.691。681。731。701。681。66最佳含水率（）17181919181819206+1d 无侧限强度(Mpa)0。670。790。830。960。720.890.940。975、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）,测掺后和闷土 3h 后含水率，试验结果见表 4-7：表表 4-74-7填料掺水泥降低含水率效果对照表填料掺水泥降低含水率效果对照表天然含水率（%）水泥掺量（）3计算含水率（）30。129.529。021.421。020。6掺后实3h 后实测含水测含水率（%)率()30。029.328。921。220。820.629。328.527。420.520。119。4天然含水率（）水泥掺量(%)3计算含水率（)25.324。924.417.517.116.8掺后实测含水率(%)25.224。924.217。517.316.93h 后实测含水率(%)24.724.122。617。016.415.231.057326.157322。05718.057(2)对分别掺 3、4、5%、6、7、8水泥的取土场土样，进行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 48：表表 4-84-8掺水泥混合料土工试验成果表掺水泥混合料土工试验成果表水泥掺量()345最大干密最佳含3度（g/cm）水率(）1。871.861。851414146+1d 无侧限强度(Mpa)0。400。570.65水泥掺最大干密最佳含水3量（%）度(g/cm)率(%）6781.831。811.791515156+1d 无侧限强度(Mpa)0。760。830。926、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和土拌合后基本没有发生化学反应，只是通过掺合料与土的质量关系对含水率进行了调整。而生石灰计算含水率与闷土 24h 后含水率相差 1。1-4.5%,闷土 48h 后含水率相差 1.75.3%，降低含水率效果较好，但化学反应时间较长.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 49：（表中掺后混合料含水率掺熟石灰、掺粉煤灰和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;增加水泥掺量最佳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，无法进行大面积拌合，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%土体改良掺量。）表表 4 49 9不同天然含水率土体掺合料掺量表不同天然含水率土体掺合料掺量表素土天然含水率（)代表天然含水率范围（%)水泥掺量(%）掺粉煤灰+水泥粉煤灰掺量（%）掺后混合料含水率()混合料最佳含水率(%)熟石灰掺量（)掺熟石灰掺后混合料含水率(%)混合料最佳含水率()生石灰掺量(%）掺生石灰掺后混合料含水率(）混合料最佳含水率（%)水泥掺量（）提高水泥掺量掺后混合料含水率（%）混合料最佳含水率(%）201921416.117.2172016.7161018。11717。617。017222123420。918.2192517.6171018.01820-242325425.619。1203018。5181518.91820-262527430。020。0203519.3182019.71820-282729434.320。8214020.0192520。41920-（2)、通过室内试验数据比较可以看出，相同掺量下，土的最佳含水率掺粉煤灰比掺熟石灰高 13%,说明掺粉煤灰对最佳含水率的提高比掺熟石灰效果好,对比见图 42：图图 4-24-2（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；增加水泥用量对最佳含水率的提高效果与粉煤灰相同，但无侧限抗压强度富余量过大。五、改良土现场填筑试验五、改良土现场填筑试验1、改良土现场填筑试验方案安排在 DK326+600DK326+800 段第二层至第四层进行掺粉煤灰+水泥、增加水泥掺量、掺熟石灰和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，根据天然含水率和室内试验数据确定掺合料掺量,试验室向土拌站下配料单,土拌站开始拌合;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 53：图图 5-15-1图图 5-25-2图图 5-35-33、四种方案在相同机械配置、相同碾压方式下,现场检测各项指标结果见图5-4 至图 5-6:图图 5-45-4图图 5-55-5图图 5-65-64、试验数据分析(1)现场含水率数据可以看出：改良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、掺熟石灰和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。掺粉煤灰加水泥掺水泥掺熟石灰4掺生石灰7，掺水泥 10，混合料碾压前含水率仍高出最佳含水率，造成压实系数掺粉煤灰加水泥掺水泥掺熟石灰掺生石灰达不到设计要求,现场已对不合格部分进行了返工处理.在填筑水泥方案二、三层掺粉煤灰加水泥掺水泥掺熟石灰掺生石灰时，选用在取土场晾晒一个月，含水率在20。5左右的土样掺 12%水泥进行填筑，压实系数满足设计要求.（2）现场检测数据表明：填筑开始 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佳含水率2%之内,压实系数能够满足 0。92 要求,但均低于 0。95。(3)试验结果四种方案均可以达到设计指标要求，掺粉煤灰+水泥最为经济且数量有保证，掺熟石灰、掺生石灰和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良土新规范有要求，即外掺料质量不能超过 16%，按此标准改良土填筑必须采取先晾晒再改良的方案，工期难以保证。2009 年 4 月 13 日业主、设计、咨询、监理和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 万方改良土保持原设计方案不变.
