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高速铁路泥质粉砂岩填料物理性试验及路基填筑技术

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第7卷第2期 2010年4月 铁道科学与工程学报 JOURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND ENGINEERING Vo1.7 NO.2 Apr. 2010 高速铁路泥质粉砂岩填料 物理性试验及路基填筑技术 田大鹏 (中铁十六局集团有限公司第五工程公司,北京100018) 摘要:武广客运专线设计为350 km/h的无砟轨道,为保证运行期间系统安全、乘客舒适,其线性的高平顺和高稳定性至 关重要。因此路基作为铁路轨道的基础,必须具有一定的强度,同时还要求刚度大、稳定性好和耐久性强。由于武广客运 专线沿线存在分布较广、性质相对稳定的泥质粉砂岩,具备了进行物理改良试验及施工工艺研究的有利条件,在实验和技 术人员的精心策划和研究下,通过科学、规范的实验,得到了与设计标准要求一致的数据,确定了在路基填料施工中的控制 要素和检验条件,为路基R_x-提供了技术保障,能够保证运营条件下将线路轨道的设计参数维持在要求的精度范围内,满 足高速行车需要。 关键词:含砾砂岩改良土;路基;试验;施工工艺 中图分类号:U212.3 文献标志码:A 文章编号:1672—7029(2010)02—0031—07 Filler experiment and subgrad filling technology of argillaceous siltstone for high speed railway TIAN Da—peng (China Railway 16 Bureau Group 5th Engineering Co.Ltd.,Beijing 100018,China) Abstract:Wuhan—Guangzhou Passenger Dedicated Line(WGPDL)is desinged as ballastless tracks with a speed of 350 km/h.In order to ensure the safety of systems and the passengers comfort,especially given that the smooth and the stability of the line,and the most important,the subgrade,as the foundation of the railway,must have high intensity,stiffness and toughness,high accuracy and stability for a long time,resistance to natural dis— asters.The widespread sihstone with stable prope ̄y along WGPDL makes it proper to carry out improved physi— cal experiments and do construction technology research.According to careful planes and prudent research,tes- ring and technical staff,through scientific and specialized experiments,finally come to save data which agree with the design standards.They have make sure of the control elements and the test conditions during the sub— grade construction,and then offerred technical support for subgrade construction.The track design parameters can be confined tO the required accuracy range,which meets the needs of high—speed lanes. Key words:pebbly sandstone soil;subgrade;test;construction technology 武广客运专线沿线白垩纪以下第三系至远古 界泥质粉砂岩、含砾砂岩等全风化及强风化软岩, 全线60%左右为软岩弃碴,强度低,抗风化能力、 抗水性、抗变形能力均较差。DK1623+363~ 收稿日期:2010一O1一l8 作者简介:田大鹏(1974一),男,辽宁建昌人,高级工程师,硕士,从事工程项目管理工作 32 铁道科学与工程学报 2010年4月 DK1623+405挖方段地质为泥质粉砂岩,若经改 1 物理改良土的颗粒级配 良后能用于路基基床以下填筑,则可节省大量工程 1.1颗粒分析 投资,同时减少弃方,保护了环境,为了使作为路基 1.1.1 泥质粉砂岩的颗粒分析 填料的软岩满足稳定性和变形量要求,对该岩进行 按《铁路工程土工试验规程》(TB l0lO2— 改良试验研究,以确定该软岩改良后的物理性质。 2004)(以下简称为《规程》)对泥质粉砂岩强风化 ~弱风化混合物进行颗粒级配分析。试验结果见 表1及图1。 表l 泥质粉砂岩颗粒分析结果 Table 1 Results of particle analysis muddy sihstone 568.6 5 023 100.O0 60 505.5 4 533 l00.00 l34.2 4 956 l0o.oo l 087.5 4 454.4 88.68 40 995 4 027.5 88.85 894 4 821.8 97.29 705.5 3 366.9 67.03 20 644.7 3 032.5 66.90 745.9 3 927.8 79.25 346.1 2 661.4 52.98 10 341.3 2 387.8 52.68 453.8 3 l81.9 64.20 276.2 2 315.3 46.09 5 235.4 2 046.5 45.15 308.4 2 728.1 55.O5 49.8 2 039.1 04.60 2 50 l 8l1.1 39.95 57.4 2 4l9.7 48.82 68.3 l 989.3 39.60 l 78.1 1 761.1 38.85 88.9 2 362.3 47.67 47 l 92l 38.24 0.5 51.2 1 683 37.13 60.2 2 273.4 45.87 424.7 1 874 37.31 0.25 402 1 631.8 36.00 521.6 2 2l3.2 44.66 l 449.3 1 449.3 28.85 0.075 1 229.8 1 229.8 27.13 1 691.6 1 691.6 34.13 第2期 田大鹏:高速铁路泥质粉砂岩填料物理性试验及路基填筑技术 33 一3o号 3l号 浸泡9 hA -浸 侨 图1 泥质粉砂岩的颗粒级配曲线 Fig.1 Muddy siltstone of the particle size distribution CUrve 从图l可看出:泥质粉砂岩泡水以后,细颗粒 含量明显增加,其原因可能有:黏附在粗颗粒表面 的细颗粒经水洗后,完全分离开来;泥质粉砂岩强 风化~弱风化混合物遇水易崩解,一部分粗颗粒分 解为细颗粒。 本文根据7月29号及3l号的干筛试验结果 进行试验。 1.1.2物理改良所掺砂的级配 (1)根据标准砂石筛,测定所掺砂的颗粒级配 及细度模数。试验结果见表2。 表2标准砂石筛的筛析试验结果 Table 2 Test results of standard sand sieve 砂的细度模数 的计算公式为: ( +卢3+ +JB5+ 6)一5/3l ————面 —一 式中:/3 ,卢 ,卢,,卢 ,卢 和 分别为5.0o,2.50, 1.25,0.630,0.315,0.160 mm各筛上的累计筛余 百分数。 一.. 据表2及式(1)可求出所用砂的细度模数 : =3.5,砂属于粗砂。 (2)根据标准土工筛,测定所掺砂的颗粒级 配,试验结果见表3。 表3 标准土工筛的筛析试验结果 Table 3 Test results of standard geotechnical sieve 筛析法颗粒分析一 砂质量为1 236 g,损失0.3 g 砂质量为1 236 g,损失0.3 g 级配曲线如图2所示。 图2 砂的颗粒级配曲线 Fig.2 Particle size distribution curve of sand 1.1.3 泥质粉砂岩物理改良土的颗粒级配 (1)掺砂后物理改良土理论级配。按着上面泥 质粉砂岩及外掺砂的筛分结果,计算并绘制混合料 的理论颗粒级配曲线,见表4、表5及图3。 铁道科学与工程学报 表4 掺20%粗砂的泥质粉砂岩物理改良土的理论颗分结果一 2010年4月 Table 4 Doped 20%of the coarse sand of the muddy sihstone soil physics theory of satellites improved the resuIts 0f sub 表5 掺20%粗砂的泥质粉砂岩物理改良土的理论颗分结果二 Table 5 Doped 20%of the coarse sand of the muddy siltstone improved soil physical theory of the results of two sub—satellites 堡100 砉80 高 据图3可计算出Cc=1.9,Cu=85.7,级配良好。 一试样l 芝。。 (2)掺砂后物理改良土试验级配。掺砂后的泥 妻4o 嚣 一试样2 质粉砂岩的实际颗粒级配曲线见表6及图4。 对比图3和图4,不难发现:掺20%的粗砂于 10 1 O 1 0 0l 釜。。 ÷ O 100 耥直径/mm 泥质粉砂岩中,土的颗粒级配可得到明显改善,基 本上满足级配良好的要求。(其中第二组试验的曲 率系数为0.9—1,经分析,可能是由于取样不均 而造成的) 图3 泥质粉砂岩物理改良土的计算颗粒级配曲线 Fig.3 Muddy sihstone calculation of the physical improvement of soil particle size distribution 第2期 田大鹏:高速铁路泥质粉砂岩填料物理性试验及路基填筑技术 35 表6 掺20%粗砂的泥质粉砂岩物理改良土的实际颗 分结果 Table 6 Doped 20%of the coarse sand of the muddy sihstone soil physical improvement of the 3.3~3.7。现场填筑时,必须对砂进行筛分试验, 确定出其细度模数。 1.2 击实试验 results of the actual stars sub 按《规程》对泥质粉砂岩强风化~弱风化混 合物掺20%粗砂后的物理改良土进行z3重型击 实试验。由于混合物中有粒径大于40 mm的颗粒, 其含量为13.24%,所以击实试验所得的最大干密 筛析法颗粒分析一 风干土质量为4 288.6 g掺砂质量为857.7 g 度和最佳含水率需校正。为此,还需按《规程》进行 浮称法试验,测定粒径大于40 mm的颗粒毛体积密 d6o=16 mill,d30=1.9 mill,dlo=0.16 nlm 不均匀系数C =d6o/d10=100 曲率系数Cc:a ̄o/(dlo×d6o):1.4 筛析法颗粒分析二 风干土质量为4 898.6 g掺砂质量为857.7 g d6o 10 mm,d30=1.1 am,dl0=0.13 aim 不均匀系数C =d6o/dl0:76.9 曲率系数C = /(d10׉):0.9 00 巅 80 60 一试样1 髫 40 +试样2 20 联 O l()f) l0 l 0.1 0.0l -=’ 土粒直径/arm 图4 泥质粉砂岩物理改良土的实际颗粒级配曲线 Fig.4 Muddy sihstone actual physical improvement of soil particle size distribution 需要注意的是:外掺砂的颗粒级配及细度模数 必须与本试验中所采取的砂相近,即细度模数为 度和吸着含水率,试验结果见表7。 由表7可知,粒径大于40 mm的颗粒毛体积密 度为2.42 g/cm ,吸着含水率为4.44%。击实试验 结果见图5。 彳_、 暑 。 ● -◆-第一组 馘 +第二组 枢 含水率/% 图5 泥质粉砂岩掺20%粗砂后的 关系曲线 Fig.5 Muddy sihstone 20%of coarse sand mixed after Pd —t CHⅣe 从图5可得:pd =2.26 g/cm ,加。Dl=6.3%。 1 校正后试样的p : 二二_ — 。 (2) : :! pd P 校正后试样的∞ = 印 (1一Ps)+ (3) 式中:P 为试样中粒径大于40 mm的颗粒含量的 质量分数(%);p。为粒径大于4O mill的颗粒毛体 积密度(g/cm ); 为粒径大于40 mm的颗粒吸着 含水率(%);故泥质粉砂岩物理改良土的P : 2.28 g/cm 。 综上所述,掺20%的粗砂于含砾砂岩中,改良 土的颗粒级配可得到明显改善,基本上满足级配良 好的要求。需要注意的是:外掺砂的颗粒级配及细 度模数必须与本试验中所采取的砂相近,即细度模 数为3.3~3.7。现场填筑时,必须对砂进行筛分 试验,确定出其细度模数。 2施工工艺 2.1施工准备 测量放线,建立土工试验室,准备好现场质量 测试仪器设备。 36 铁道科学与工程学报 2010年4月 表7浮称法试验 Table 7 Floating—called law of test 2.2基底处理 压施工。分别进行压实系数检测,采用灌砂法、地 (1)基底采用CFG桩进行加固,CFG桩施工完 基系数 。采用荷载板试验、动态变形模量采用 成后进行褥垫层施工,做好现场排水,同时建设好 EVD进行检测、变形模量采用EV2进行检测。经 拌合场地。 试验监测后,改良填料的各项检测指标符合填筑要 (2)对于路堤高度大于基床厚度,原地面横坡 求。检测数据如表8所示。 陡于1:10的地段,应进行台阶处理。 (3)基底压实度检查。 3填筑效果 (4)在分层填筑前,先作填土压实试验段。试 验段长度为100~200 m。 物理改良土路基压实后路基面平整,刚度较 2.3分层填筑 大,路基填筑完成后6个月时间内沉降量均较小, 路堤填筑应采取横断面全宽、纵向水平分层填 并逐渐趋于稳定。水在物理改良土路基的渗透深 筑压实方法。边坡两侧各超填0.4—0.5 m,竣工 度不是太大,在路基填筑表面排水,并加强雨天后 时刷坡整平。 的晾晒、补压,岩物理改良土做为路基本体填料,其 根据填土高度及由试验段确定分层厚度及压 水稳性可以满足要求。 实参数。 要控制倒土密度,根据车容量计算堆土间距, 画出方格卸土框,以便整平时控制各层厚度的均匀 4结论 性。 2.4摊铺平整 (1)在泥质粉砂岩中掺20%的粗砂,土的颗粒 (1)用推土机进行初平,压路机进行静压1 级配可得到明显改善,满足级配良好的要求。 遍,再用平地机进行精平。 (2)泥质粉砂岩泡水以后,细颗粒含量明显增 (2)有效控制每层虚铺厚度。 加,其原因为黏附在粗颗粒表面的细颗粒经水洗后 分离;泥质粉砂岩强风化~弱风化混合物遇水易崩 2.5洒水晾晒 当填料含水量较低时,应及时采用洒水措施, 解,一部分粗颗粒分解为细颗粒。 当含水量过大时,采用晾晒相结合的方法。 (3)现场填筑时,必须对砂进行筛分试验,砂 2.6碾压夯实 的细度模数一般为3.3—3.7。 (4)通过试验分析得出物理改良土的压实厚 (1)技术交底,内容包括碾压起迄范围、压实 遍数、压实速度等。 度可按35—40 cm控制,现场填筑是碾压6遍即可 (2)压实顺序应按先两侧后中间,先慢后快, 以满足质量要求。 先静压后振动压的操作程序进行碾压。各区段交 (5)经室内对泥质粉砂岩进行物理改良试验 接处应互相重叠压实,纵向搭接长度不小于2 m, 和现场对路基填筑的压实质量进行检测结果,泥质 粉砂岩改良后的物理力学性质有所改善,各项现场 沿线路纵向行与行之间压实重叠应在0.4 m以上。 检测压实指标都符合标准要求,能满足铁路路基填 2.7试验检测 路基填土压实质量检测应随分层填筑、分层碾 料的要求。 第2期 田大鹏:高速铁路泥质粉砂岩填料物理性试验及路基填筑技术 37 change analysis[J].Railway Construction Technology, 参考文献: [1]郑江,舒海明,但汉成.软岩改良土无侧限抗压强度 2006,43(8):69—75,78. 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