改良土在铁路路基工程中的应用

摘要：随着铁路建设的快速发展，铁路路基结构各部位的填料与填筑压实标准都提出了更高的要求。改良土在铁路路基的应用越来越广泛。结合改良土在德龙烟铁路德州至大家洼段应用，介绍了改良土从勘察、试验、设计及施工的工程经验

关键词：铁路路基；改良土；应用

1 概述

铁路对路基填料有很高的要求,路基填料和地基处理是路基施工中的重点、难点。铁路路基基床分为表层及底层，表层厚度为0.6m，底层厚度为1.9m，总厚度2.5m，铁路基床范围内一般都要求选用A、B组填料。当沿线缺乏A、B组填料且外运A、B组填料不经济时，应采取相应的改良方法对当地土质进行改良。改良土外掺料可采用水泥、石灰、粉煤灰、砂、砾、碎石等无机料。

2 改良土的设计要求

2.1 填料勘察和试验

改良土设计前应首先对填料及外掺料进行勘察和试验。对一般细粒土应进行颗粒分析（黏粒、粉粒含量），界限含水量试验，击实试验，无侧限抗压强度、回弹模量、夯后快剪强度、有机质含量、硫酸盐含量试验。膨胀土等特殊土，除按细粒土一般试验项目外，尚应进行矿物成分分析、湿化试验、膨胀试验及设计要求的其他试验。对于外掺料：水泥应进行强度等级试验、凝结时间试验、安定性试验；石灰应进行氧化钙CaO与氧化镁MgO含量试验、未消化残渣含量试验；粉煤灰应进行矿物成分（SiO2+Al2O3+Fe2O3含量）试验、SO3含量试验、烧失量试验、细度试验。

2.2 改良土设计技术指标

当改良土外掺料为水泥时，宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，强度等级为32.5或42.5，初凝时间不宜小于3.0h，终凝时间不宜小于6.0h，不应使用快硬水泥、早强水泥，不得使用受潮变质水泥。用水泥改良的原土料,其塑性指数宜小于12，有机质含量不宜超过2％，硫酸盐含量不大于0.25％。外掺料为石灰时，宜采用一等建筑钙质生石灰粉或合格建筑钙质生石灰，其石灰的CaO+MgO含量不小于80%， CO2含量不大于9%，未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）不大于15%。用石灰改良的原土料，其塑性指数宜大于12，有机质含量不大于5％，硫酸盐含量不大于0.8％。外掺料为粉煤灰时，宜用SiO2+Al2O3+Fe3O4含量不小于70%的粉煤灰，其质量应符合现行《粉煤灰标准》（GB1596）Ⅱ级粉煤灰的要求，即细度（0.045mm分孔筛余）不大于25％，三氧化硫不大于3％、烧失量不大于8%。经改良后填料的无侧限抗压强度应符合表1的要求

表1改良土无侧限抗压强度（饱和）（kPa）

路基部位

线路级别 基床表层 基床底层 基床以下

Ⅱ级线路 ≥500

≥700 ≥300

≥450 ≥200

Ⅰ级铁路及200km/h客货共线 ≥350

≥550 ≥250

200~250客运专线 ≥350

≥550 ≥250

客运专线及高速铁路 ≥350

≥550 ≥250

2.3 改良土设计方案

对细粒土，一般宜根据土的性质，选择适宜的外掺料，采用改变土的物理、力学性质的化学改良方法。配制不少于三个不同掺合量的混和料进行击实试验，以确定各种混和料的最优含水率和最大干密度。击实试验按现行《铁路工程土工试验规程》（TB10102）中改良土试验相关规定进行。当采用水泥基类作为外掺料时，其击实最大干密度取延迟一定时间的试验值，延迟时间根据所选工艺经试验确定。按改良土所处路基结构不同部位的压实度要求计算干密度。按最优含水率、计算干密度并延迟一定的时间制备试件进行无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度试验按现行《铁路工程土工试验规程》（TB10102）中改良土试验相关规定进行。根据路基结构不同部位对改良土强度要求，选定合适的外掺料及掺入比，掺入比应按表1的无侧限抗压强度要求进行室内试验确定。

3改良土的施工要求

3.1石灰改良土

石灰改良土具有较高的抗压强度，强度形成好的石灰改良土是一种整体材料，具有板体作用和较好的水稳性和一定的冰冻稳定性。由于石灰属于中缓凝慢硬材料，从加水拌和到碾压成型的延迟时间对其压实度和强度没有明显的影响，最长延迟时间可达2-3天。这种改良措施主要在沿线石灰储量丰富的地区应用，另外，从试验分析证明用相同剂量的石灰改良不同的黏性土时，改良后的强度随土中黏粒含量的增加和塑性指数的增大而增大，石灰宜改良黏粒d

3.1.1施工工艺

根据用土比例和每车土量将素土按指定位置堆放，均匀卸在路槽顶面，并用推土机和平地机粗平，用轻型压路机稳压一遍，检查布土厚度和含水量。石灰应在使用前一周充分消解，并通过10mm筛孔，用布灰机或打方格人工布灰，均匀摊平。

3.1.2拌和

拌和采用专用拌和机械，施工时有专人检查拌和的深度，使稳定土层全部翻透，严禁在稳定土层与下承层之间残留一层素土，但也要防止翻犁过深。检查松铺厚度和混合料含水量、石灰剂量，并按规定取样制备抗压试件。根据天气情况，夏天混合料含水量应较最佳含水量高出1～2个百分点。用石灰稳定塑性指数大的粘土时，应采用两次拌和。第一次加70%-100%预定剂量的石灰进行拌和，闷放1-2天，此后补足需用的石灰，再进行第二次拌和。表面高出设计标高部分应予刮除并将刮下的石灰土扫出路外；局部低于标高之处，不能进行贴补，必须将其铲除重铺。

3.1.3碾压

用轻型压路机碾压一遍，再用平地机进行整平、整型，经检查达到规定标高后再进行压实。用12T以上压路机全宽碾压1～2遍，每次重叠1/2碾压宽度；用压路机碾压到规定压实度。一般需碾压6～8遍。用人工摊铺和整形的稳定土层，宜先用6～8t两轮压路机或轮胎压路机碾压1～2遍，然后再用重型压路机碾压。碾压应遵循由路边向路中、先轻后重、先下部密实后上部密实、低速行驶碾压的原则，避免出现推移、起皮和漏压的现象。碾压程序和碾压遍数并不是唯一的，应通过试铺确定。

3.1.4接缝

基层的横向施工接缝、应采用与表面垂直的平接缝处理，确保接缝处横向与纵向平整度。同日施工的两工作段的衔接处，应采用搭接。前一段整形后，留5-8m不进行碾压，与后一段重新拌和碾压。

3.1.5养生及交通管制

石灰土在养生期间应保持一定的湿度，不应过湿或忽干忽湿。养生期不宜少于7天。每次洒水后，应用两轮压路机将表层压实。石灰土碾压结束1-2天，当其表面干燥（含水量不大于10%），可进行下一步施工。在养生期间未采用覆盖措施的石灰稳定土层上，除洒水车外应封闭交通。在采用覆盖措施的石灰稳定土层上，不能封闭交通时，应限制车速不得超过30km/h，禁止重型卡车通行。

3.2 石灰、粉煤灰改良土

石灰、粉煤灰改良土俗称二灰土，二灰土具有较高的强度，虽然早期强度偏低，但后期强度较高。二灰土在形成过程中，内部进行物理化学反应，形成致密整体，具有较好的水稳定性和抗冻性。由于土的塑性指数变化，特别在10―20之间，二灰土的强度变化尤为明显，塑性指数高的土，强度亦高，另外，当沿线粉煤灰储量较多时，可以考虑废物利用。

3.2.1备土

在冬季覆盖土基础上由测量人员测量放点，用平地机精平，厚度按15cm控制，多清少补，然后压路机快速碾压1遍，使素土表面平整，并具有一定密实度，以便摊铺粉煤灰。整平后，由试验人员测其含水量，如含水量不足，及时洒水。

3.2.2布粉煤灰

根据计算出每延米粉煤灰用量，在素土表面人工码成两个标准断面的梯形，并做出相应标尺进行量方。然后沿两侧及中心各打一灰线，人工进行摊铺，采用扣锹法，禁止扬锹，将粉煤灰均匀摊铺，摊铺后，适当洒水，防止粉煤灰飞扬。粉煤灰撒布均匀后，用旋耕机进行拌和，拌和深度不宜到底，拌和完后用东方红推土机进行排压，平地机整平后，再用压路机快速静压一遍。

3.2.3备石灰

根据计算出每延米石灰用量，按梯形断面人工码成两个标准梯形断面，并做出相应标尺进行量方。然后沿两侧及中心各打一灰线，用人工均匀摊铺石灰摊铺均匀后，用路拌机进行拌和，拌和深度达到下承层1cm左右，拌和机后设专人检查拌和深度，严禁拌和层底部留有素土夹层，拌和遍数视拌和情况而定，直至达到拌和均匀，没有超粒径土块为止。拌和完后用东方红推土机进行排压，试验人员现场检测灰剂量及含水量，如含水量不足及时洒水。洒水后闷料时间不少于4小时，自检灰剂量合格后报监理抽检，合格后进行放点整形。

3.2.4整修

排压后测量放点平地机初平，再测量放点平地机精平，松铺厚度按22cm控制。

3.2.5碾压

经最终拌合及整形的二灰土在半幅全宽范围内进行碾压，碾压横向轮迹重叠1/2轮，不能出现漏压现象，确保碾压均匀。碾压采用羊足碾及YZ16B压路机各振一遍，速度为2.0-2.5km/h，然后用YZ18或三光轮压路机静压一遍，最后用YL16压路机静压一遍，消除表面轮迹。压实度采用灌砂法进行检测，并且全厚进行取样。碾压过程中对有起皮或翻浆处设专人进行处理，保证碾压段落的整体外观质量。碾压过程中严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段处调头或急刹车，保证表面不受破坏。

3.2.6养护

碾压完后对二灰土表面进行洒水养生，养生期不小于7天，在养生过程中要始终保持二灰土表面潮湿。养生期间，除洒水车外，严禁其它车辆行驶。

3.3 水泥改良土

水泥改良土的优点是具有足够高的强度，其7天的无侧限抗压强度可达几个兆帕，能满足铁路对基床底层的要求；受水分变化的影响不大，并且它的强度越高，稳定性越好。它的缺点是在施工过程中容易产生收缩裂缝，当水泥用量超过一定比例时，改良后的土体收缩性增大，从而容易产生较多的收缩裂缝，并且伴随着水泥等级的提高，水泥中细颗粒越多，更容易产生裂缝。当裂缝发生后，可能会导致基床表层的级配粗粒料与基床底层改良上相互侵入，严重影响排水效果。在列车荷载重复作用下，发生翻浆冒泥的可能性大大增加。从而引起路基病害，影响列车的高速、安全、平稳运行。因此，采用22. 5级水泥可以保证改良填料有较好的弹塑性特征。避免填料产生过多裂缝，影响路基的稳定性。另外，由于水泥的水化和水解作用进行得较快，因此在实际施工中，应该使用拌和效率高的机械，并使拌和、整平、碾压几道工序紧紧相接，尽可能缩短从加水拌和到压实的间隔时间，这对路拌法施工特别重要。水泥改良上不宜在雨季施工。

3.3.1施工工艺

铺原状土推土机推平压路机静压一遍撒水泥路拌机搅拌压路机静压一遍平地机精平压路机碾压至符合压实度为止。施工方法同石灰稳定材料施工。

3.3.2施工中注意事项

碾压过程中，混合料的表面要始终保持潮湿，如果表面水蒸发得快，及时用洒水车补洒少量的水。从加水拌合到碾压终了的延迟时间不超过6小时。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证混合料表面不受破坏。

5 结论

路基作为铁路的基础设施应按土工结构物进行设计、施工。因此对路基结构的各部位的填料与填筑压实标准都提出了更高的要求。就近取用的填料不符合要求，且运输A、B组土不经济时，我们要根据现场实际情况采取适宜的改良措施改善土的力学性能，降低土的液塑限，增大土的凝聚力和内摩擦角，有效地提高土的抗剪强度，使土的承载力、固结特性和可压实性得到显著改善，以满足路基的强度、刚度的要求。

参考文献

［1］ TB10001-2005铁路路基设计规范［S］

［2］ TB10033-2006铁路特殊土路基设计规范［S］

［3］ TB10621-2009高速铁路设计规范［S］

［4］ TB10038-2001铁路工程特殊岩土勘察规程［S］

［5］ TB10102-2004铁路工程土工试验规程［S］

［6］ 铁道部第一勘察设计院铁路工程设计技术手册/路基［M］，北京：中国铁道出版社，1995

［7］于东斌朔黄线基床表层分析及处理措施［J］，铁道勘察 2007

［8］段俊彪水泥及石灰改良土填料动力特性试验分析［J］，铁道勘察 2006

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