鐵路過渡段改良級配碎石施工技術(shù)研究1

1、鐵路過渡段改良級配碎石試驗(yàn)研究黃佑軍 趙 群 路鄭鄭摘要：高速鐵路過渡段采用的填筑材料為級配碎石摻5%水泥，受到不均勻沉降及列車動荷載的作用后倒梯形過渡段與路堤本體結(jié)合處易出現(xiàn)級配碎石填筑體斷裂，最后影響與路基間的平順過渡，對高速鐵路路基整體平順性產(chǎn)生不利影響。為解決以上的問題我們在過渡段填筑中引入了水工中“碾壓混凝土”的理念、通過改變過渡段填筑材料來解決以上問題。關(guān)鍵詞：高速鐵路；過渡段；改良級配碎石；施工；技術(shù)研究abstract: the high speed railway transition section use the filling materials for graded

2、crushed stone mixed with cement by5%, uneven settlement and dynamic train loading file after transition section and the embankment noumenon with easy gradation crushed stone filling fracture, last effect and the subgrade of high speed railway subgrade of smooth transition, the overall smoothness of

3、the adverse effects. in order to solve the above problem, in the transition section construction introduces hydraulic rcc” concept, through changing the transition section embankment material to solve the above problem.key words: high speed railway; transition section; improvement of graded broken s

4、tone; construction; technology research中圖分類號：tu74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1前言京滬高速鐵路工程路橋過渡段設(shè)計(jì)中，由剛性橋臺經(jīng)過剛度較低的摻水泥的級配碎石向柔性的路堤本體過渡，通過類于級配碎石與路堤本體倒梯形的連接形式。其中剛性的橋臺經(jīng)過剛度較低的摻水泥級配碎石向路堤本體過渡時(shí)，摻水泥的級配碎石段面逐步減小，柔性的路堤本體段面逐步增大，以達(dá)到平順過渡的目的。采用摻5%水泥的級配碎石碾壓后兩小時(shí)的檢測結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；但在第二天進(jìn)行檢測時(shí)，由于水泥凝結(jié)后，級配碎石具有一定的強(qiáng)度，各項(xiàng)檢測結(jié)果遠(yuǎn)大于第一天的檢測結(jié)果。水泥凝結(jié)后強(qiáng)度較高和

5、水泥摻量較大，是造成檢測結(jié)果增大較多的原因。為此我們引入了采用部分粉煤灰替代水泥的改良級配碎石，著重從滿足碾壓施工密實(shí)要求并適當(dāng)降低過渡段與路堤相鄰一側(cè)的剛度進(jìn)行研究，尋找出具有合適的強(qiáng)度、一定變形能力的改良級配碎石施工配合比。通過對施工工藝的研究，確保過渡段連接處的施工質(zhì)量。3 研究內(nèi)容3.1原材料的選擇水泥選用某新型水泥發(fā)展有限公司生產(chǎn)的p.o42.5普通硅酸鹽水泥，檢驗(yàn)結(jié)果滿足gb1752007標(biāo)準(zhǔn)要求；粉煤灰采用某電廠提供的原灰、級粉煤灰、級粉煤灰三個(gè)品種進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果均滿足gb/t 1596-2005標(biāo)準(zhǔn)要求；級配碎石采用某石材廠生產(chǎn)的碎石。3.2級配碎石組合試驗(yàn)顆粒級配決定于各

6、粒組相對含量的比例關(guān)系，按照土工試驗(yàn)規(guī)程的顆粒分析方法確定。就所研究的級配碎石填料而言，級配對填料的力學(xué)性能和路用性能有較大的影響，選擇級配良好的填料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和路用性能。根據(jù)以上要求，級配碎石分別選取五個(gè)配合比為（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=55:15:15:15、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=50:15:20:15、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=45:20:20:15、（0.075

7、-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=45:15:20:20、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=40:20:20:20，根據(jù)篩分結(jié)果繪制篩分曲線圖見圖2。 圖2 不同比列級配碎石的篩分曲線根據(jù)客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南tz212-2005對過渡段級配碎石混合料的要求。以上幾種比列的級配碎石配合比均符合要求。為此我們在室內(nèi)進(jìn)行了不同比列級配碎石的緊密密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4，選取緊密密度最大的組合（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-4

8、0.0mm=50:15:20:15）進(jìn)行以下試驗(yàn)研究。表4 不同比列級配碎石的緊密密度試驗(yàn)結(jié)果表級配比例30:25:25:2045:20:20:1545:15:20:2055:15:15:1550:15:20:15緊密密度（kg/m3)16801715176516901835根據(jù)客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南tz212-2005，對某石材廠生產(chǎn)的級配碎石混合料進(jìn)行檢測。不同級配經(jīng)調(diào)配后（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=50:15:20:15的級配碎石顆粒組成滿足技術(shù)要求，試驗(yàn)結(jié)果見表5， 表5 級配檢測檢測結(jié)果檢測項(xiàng)目顆粒級配針

9、片狀含量（%）易軟易破碎石（%）黏土團(tuán)及有機(jī)物含量（%）顆粒密度g/cm3最大干密度g/cm3最優(yōu)含水率（%）標(biāo)準(zhǔn)要求符合20102檢測結(jié)果符合4.60.0 0.0 2.68 2.2 6.1從上述結(jié)果來看該組合的級配碎石滿足客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南tz212-2005對過渡段級配碎石的技術(shù)要求。3.3級配碎石擊實(shí)試驗(yàn)依據(jù)鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程tb 10102-2004試驗(yàn)方法，進(jìn)行水泥摻量和粉煤灰摻量為4.5%的擊實(shí)試驗(yàn)，同時(shí)采用水工碾壓混凝土的試驗(yàn)方法檢測其工作度（vc值），試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表試驗(yàn)方法錘重（kg）落高（cm）筒容積（cm3）錘擊層數(shù)每層錘擊次數(shù)容許最大粒

10、徑（mm）重型4.545210439837.5水泥摻量（%）4.5粉煤灰摻量（%）4.5最大濕密度（g/cm3）2.41最大濕密度（g/cm3）2.40最優(yōu)含水率（%）6.4最優(yōu)含水率（%）6.8工作度（vc值）53工作度（vc值）49從上表的試驗(yàn)結(jié)果來看，摻水泥或摻粉煤灰對級配碎石的最大干密度、最優(yōu)含水率及工作度的試驗(yàn)結(jié)果影響不大。由此可見采用部分粉煤灰取代水泥對級配碎石壓實(shí)質(zhì)量無太大影響，室內(nèi)擊實(shí)曲線見圖3和圖4。圖3水泥摻量4.5擊實(shí)曲線 圖4粉煤灰摻量4.5擊實(shí)曲線考慮到現(xiàn)場施工條件和施工工藝，確定摻合料劑量比室內(nèi)設(shè)計(jì)試驗(yàn)摻合料劑量增加0.5%-1.0%，即過渡段級配碎石混合料配合比摻

11、合料劑量為5.0%，最大干密度為2400kg/m3、最優(yōu)含水率為6.5 %。組合級配為(0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm)=50:15:20:15的級配碎石混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究。在固定用水量的前提下，通過容重法計(jì)算每方改良級配碎石的材料用量，對膠材不同的摻入比例進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。3.4 改良級配碎石性能試驗(yàn)3.4.1粉煤灰摻量對級配碎石工作度（vc值）的影響試驗(yàn)依據(jù)水工碾壓混凝土施工規(guī)范sl53-94，水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)范sl48-94進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)采用試模尺寸為150mm150mm150mm混凝土試模成型，成型時(shí)在上面加配重模型。采

12、用維勃稠度儀方法測定改良級配碎石工作度（vc值）。改良級配碎石工作度（vc值）控制在4555s。對總摻合料占5%的不同水泥和粉煤灰比例下的級配碎石進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。 表7不同粉煤灰摻量級配碎石試驗(yàn)結(jié)果表摻合料摻量5.0（%）水泥：粉煤灰100：0水泥：粉煤灰70：30水泥：粉煤灰50：50水泥：粉煤灰40:60水泥:粉煤灰30:70vc值（s）5548465052vc值（擬采用值）455545554555455545553.4.2粉煤灰摻量對改良級配碎石力學(xué)性能的影響依據(jù)鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程tb10102-2004，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)gb/t50081-2002，鐵路混凝

13、土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)鐵建設(shè)2005160號，采用級粉煤灰對改良級配碎石混合料室內(nèi)進(jìn)行7天、28天抗壓強(qiáng)度及彈性模量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。表8抗壓強(qiáng)度、彈性模量試驗(yàn)結(jié)果表用水量(kg/m3)粉煤灰摻量（%）水泥用量(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)級配碎石混合料(kg/m3)抗壓強(qiáng)度（mpa）彈性模量（gpa）7d28d7d28d15640724821247.214.54.713.515650606021246.811.23.89.615660487221244.68.72.46.315670368421243.25.72.64.31560120021248.515.37.613.53.5

14、配合比試驗(yàn) 考到各地區(qū)各工程在材料選擇過程中有較大差異，因此分別采用三種灰（原灰、級灰、級灰）進(jìn)行了室內(nèi)配合比試驗(yàn)及性能試驗(yàn)，考察其出機(jī)口性能、強(qiáng)度及彈性模量等指標(biāo)，本報(bào)告只研究改良級配碎石的不同力學(xué)性能。配合比試驗(yàn)結(jié)果見表9、性能試驗(yàn)結(jié)果見表10表9 改良級配碎石配合比參數(shù)表編號粉煤灰品種水膠比w/c+f f摻量（%） 每方材料用量(kg/m3)水水泥粉煤灰級配碎石jp-6原灰0.7560156831252036jp-7級灰0.7560145771162062jp-8級灰0.7560150801202050表10 改良級配碎石性能試驗(yàn)成果表編號粉煤灰品種設(shè)計(jì)vc值(s)出機(jī)性能強(qiáng)度(mpa)

15、靜壓彈模（gpa）vc值s含氣量%3d7d28d3d7djp-6原灰455549/3.44.712.49.110.3jp-7級灰455550/4.25.513.610.412.0jp-8級灰455548/3.64.612.79.811.9從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出三種粉煤灰（原灰、級灰、級灰），在水膠比和粉煤灰摻量相同的條件下，級灰的用水量最低，且拌和物的出機(jī)口性能及力學(xué)性能都較好，級灰次之，所以建議改良級配碎石中摻級粉灰取代部分水泥。3.6 現(xiàn)場施工與應(yīng)用改良級配碎石中要加入一定比例的粉煤灰，原有的級配料站只有一個(gè)水泥罐，不能滿足改良級配碎石的生產(chǎn)，為此我們對級配料站進(jìn)行了改裝，增加了一個(gè)150

16、噸粉煤灰存儲罐，在控制系統(tǒng)，增加一個(gè)變頻器，控制粉煤灰的用量。3.6.1施工方案通過試驗(yàn)論證施工方法及碾壓設(shè)備的類型是否滿足改良級配碎石的施工需要，推薦合理的施工程序、良好的施工工藝、最優(yōu)的級配碎石配合比、最佳的機(jī)械組合模式。提供虛鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓時(shí)間及壓實(shí)后的填料厚度等施工參數(shù)，并制定與之相適應(yīng)的施工工法。該試驗(yàn)分兩個(gè)鋪層進(jìn)行：第一層分別以改良級配碎石不同的工作度（vc值）305s、405s、505s、605s四種參數(shù)分四個(gè)條帶攤鋪，相同施工設(shè)備和碾壓遍數(shù)進(jìn)行碾壓，然后檢測各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，找出改良級配碎石施工設(shè)備最適應(yīng)的工作度。第二層分別以改良級配碎石不同的粉煤灰摻量（0%、40%、50

17、%、60%、70%）分五個(gè)條帶攤鋪，驗(yàn)證改良級配碎石最合理的粉煤灰摻量。工藝試驗(yàn)具體步驟：（1）標(biāo)出填筑四個(gè)角標(biāo)高，并用自制標(biāo)尺和尼龍繩標(biāo)出第一層攤鋪厚度35cm（壓實(shí)厚度30cm）。（2）沿線路橫向每10m用白灰劃出510m方格網(wǎng)，縱向平均分4個(gè)條帶。（3）自卸汽車由級配料站裝料，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，按照劃定的網(wǎng)格卸料，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)卸1車料，挖掘機(jī)按照標(biāo)桿和尼龍繩標(biāo)出的厚度進(jìn)行攤鋪，粗平。（4）粗平后，采用人工精平，確保攤鋪面與標(biāo)桿標(biāo)示厚度一致。（5）精平后用26t振動壓路機(jī)碾壓，采用1遍靜壓+1遍弱振+2遍強(qiáng)振+1遍靜壓的碾壓方式；壓路機(jī)行走速度24km/h。碾壓時(shí)以壓路機(jī)在同一路面上進(jìn)退一次為

18、1遍。碾壓時(shí)采用從一側(cè)向另一側(cè)的順序，縱向進(jìn)退式碾壓，行與行輪跡重疊40cm。沖擊夯痕跡重疊20cm。示意圖見下圖5。 圖5 橋臺示意圖 圖6 涵洞示意圖3.6.2試驗(yàn)檢測按照上述方案施工碾壓完成后24h分別進(jìn)行k30、evd、ev2、n各項(xiàng)指標(biāo)檢測，各項(xiàng)指標(biāo)每條帶檢測3個(gè)點(diǎn)，檢測點(diǎn)布置為左、中、右各一個(gè)點(diǎn)，檢測結(jié)果見表3-4和表3-5。表11 不同vc值的試驗(yàn)檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表層次指標(biāo)工作度（vc值）檢測點(diǎn)的位置左中右第1層k3015035145.890.6120.3evd5045.8451.455.64ev28079.676.285.3n28211919k3015045150.7169.615

19、8.4evd5050.7954.4760.31ev28081.385.882.4n28222019k3015055175.2178192evd5062.1565.6966.37ev28085.990.492.5n28161717k3015065211.2220.6234.2evd5078.7997.3799.68ev280120.5235.3229.8n28191819從上表中的檢測結(jié)果可以看出，隨著改良級配碎石工作度（vc值）的增加k30、evd、ev2、n各項(xiàng)指標(biāo)無明顯變化趨勢。vc值控制在55s左右時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，孔隙率相比最小，且其它檢測值和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值偏離不大。表12 不同粉煤灰摻量試驗(yàn)檢測結(jié)果層次指標(biāo)粉煤灰摻量 （%）檢測點(diǎn)的位置左中右第2層k301500252.6243.3220.7evd5076.580.475.3ev280156.5184.3175.5n28161515k3015040190.7209.6218.4evd5080.7974.4770.31ev280151.3145.8142.4n28161717k3015050179.2