4客运专线路基填料及改良技术

高速铁路填料及改良技术各国路基填料分类目前世界各国及我国工程界各部门对于土质分类法尚无统一完整的体系。土质分类主要根据土颗粒组成及特征(以土的级配指标：不均匀系数Cu和曲率系数Cc表示)、土的塑性指标（液限、塑性指数）、土中有机质含量等。岩石主要根据强度、抗风化能力等。德国、法国等根据细粒含量分为粗颗土填料、混合土填料、细粒土填料三大类。中国根据粗颗粒含量分为碎石土、砂类土、细粒土三大类。日本根据粗颗粒含量和细粒含量分为粗粒土和细粒土两大类。盐渍土A、法国填料分类共分五级：A级：细粒土，B级：细砂砾土，C级：含细粒及粗粒土（粗细粒混合土），D级：水稳性好的土，R级：岩块（包括易分化和不易风化）。B、德国填料分类C、日本填料分类日本填料分类。根据颗粒粒径、含量，分别按大、中、小、细四等级进行分类。细粒土采用塑性图分类。日本细粒填料采用的塑性图D、我国填料分类标准一级定名二级定名填料分组类别名称说明细粒含量粒配名称符号岩块块石类硬块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50％(不易分化，尖棱状为主)／硬块石RhA软块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的；50％(易风化，尖棱状为主)／不易风化的软块石Rs-pB易风化的软块石Rs—nC风化的块石Rs-wD漂石土粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50％（浑圆或圆棱状为主)5良好级配好的漂石RbWA不良级配不好的漂石RbPB5％～15％良好级配好含土漂石RbW-FA不良级配不好的含土漂石RbP-FB≥15％／土质漂石RbFB、C碎石类卵石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50％（浑圆或圆棱状为主)5良好级配好的卵石RgWA不良级配不好的卵石RgPB5％～15％良好级配好的含±卵石RgW-FA不良级配不好的含土卵石RgP-FB≥15％／±质卵石RgFB、C碎石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50％(尖棱状为主)5良好级配好的碎石RcWA不良级配不好的碎石RcPB5％～15％良好级配好的含土碎石RcW-FA不良级配不好的含土碎石RcP-FB≥15％／±质碎石RcFB、C一级定名二级定名填料分组类别名称说明细粒含量粒配名称符号粗砾土砾石类粗砾土粒径大于20mm颗粒的质量超过总质量的50％5良好级配好的粗砾GcWA不良级配不好的粗砾GcPB5％～15％良好级配好的含土粗砾GcW-FA不良级配不好的含土粗砾GcP-FB≥15％／±质粗砾GcFB、C细砾土粒径大于2mm颗粒的质量超过总质量的50％5良好级配好的细砾GfWA不良级配不好的细砾GfPB5％～15％良好级配好的含土细砾GfW-FA不良级配不好的含土细砾GfP-FB≥15％／土质细砾GfFB、C砂类砾砂粒径大于2mm颗粒的质量占总质量的25％～50％5良好级配好的砾砂SgWA不良级配不好的砾砂SgPB5％～15％良好级配好的含土砾砂SgW-FA不良级配不好的含土砾砂SgP-FB≥15％／土质砾砂SgFB粗砂粒径大于0.5mm颗粒的质量超过总质量的50％5良好级配好的粗砂ScWA不良级配不好的粗砂ScPB5％～15％良好级配好的含土粗砂ScW-FA不良级配不好的含土粗砂ScP-FB≥15％／土质粗砂ScFB中砂粒径大于0.25mm颗粒的质量超过总质量的50％5良好级配好的中砂SmWA不良级配不好的中砂SmPB5％～15％良好级配好的含土中砂SmW-FA不良级配不好的含土中砂SmP-FB≥15％／土质中砂SmFB细砂粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的85％5良好级配好的细砂SfWB不良级配不好的细砂SfPC5％～15％／含土的细砂Sf-FC／土质细砂SfFC速度部位300～350km/h200km/h160km/h以下基床表层级配碎石级配砂砾石Ⅰ级铁路选用A组填料(砂类土除外，当缺乏A组填料时，经经济比选后可采用级配碎石或级配砂砾石)，颗粒粒径不得大于150mm。Ⅱ级铁路选用A组填料，其次为B组填料；当选用B组填料时，在年平均降水量大于500mm地区，塑性指数不得大于12，液限不得大于32%。不符合上述要求的填料，应采取土质改良或加固措施。级配砂砾石级配碎石中粗砂中粗砂基床底层A.B组填料或改良土A.B组填料及改良土Ⅰ级铁路选用A、B组填料或改良土。Ⅱ级铁路选用A、B、C组填料；当采用C组填料中的粉土、粉黏土和粒土含量大于30％的粗粒土时，在年平均降水量大于500mm地区，其塑料指数不得大于12，液限不得大于32％。不符合上述要求的填料应采取土质改良或加固措施。路堤本体优先选用A、B组填料和C组块石、碎石、砾石类填料；当选用C组细粒土填料时，根据土源性质进行改良后填筑采用A、B组及C组中的块石、碎石、砾石类填料；当选用C组填料中的细粒土、粉砂和软块石土时，应进行改良。细粒土、砂类土、砾石类土、碎石类土、块石类混合料我国高速客运专线路基填料要求路堤填料改良填料改良：是指在原土中添加某种材料，使之与土发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质。填料改良已在国内外高速铁路、公路土方工程中广泛应用，各国均制订自己的“技术准则”或“工法”。物理改良：通过在原土中添加某种粒径的土（石）料，改善其级配（Cc，Cu）特性，提高物理力学性能及压实性。化学改良：通过在原土中添加固化剂（水泥、石灰、粉煤灰等）使之发生物理化学反应，如阳离子交换、胶凝、碳化结块等作用，改善土的物理力学性质，增加强度。同时，降低填料的含水量，便于施工、压实。物理改良目的：对填料的颗粒组成及级配进行改善，即在一种填料种掺入另一种填料，拌合均匀后使其级配改善，成为物理力学性质有所提高的新填料。途径：掺入粗粒料（中粗砂），改善其级配条件；掺入较细颗粒（粘粒），通过提高其粘粉比增强其强度指标。路堤填料改良－－细粒填料A添加剂：石灰、水泥、粉煤灰、沥青、合成固化剂、合成树脂等。添加剂的选用：一般情况下，塑性指数较高的粘性土采用石灰；砂类土采用水泥。B改良步骤：①原土各类物理、力学、水稳性试验。②各类添加剂改良土相关试验，确定添加剂及配方（经计、技术、控制性指标改善情况）。③现场工况试验，确定现场添加剂用量及工艺。细粒填料改良（化学改良）水泥宜适用于改良不均匀系数Cu＞10，Ip≤12且WL＜40%的粘性土。石灰宜改良粘粒（d0.002mm）含量大于10%及Ip＞12的粘性土。C改良效果（技术与经济）控制：综合考虑各类物理力学性质的改善，合理确定添加剂、配方。控制性指标：无侧限抗压强度qu（KPa）。CBR值可作为重要参考指标。对于膨胀土填料改良，则还应注意其胀缩性（膨胀力、无荷膨胀率、有荷膨胀率、收缩系数）的改善。现场强度与室内强度关系：qu（现场）=0.6-0.7qu（室内）如基床底层相应强度要求qu=450-500KPa；则室内强度qu=650-850KPa左右。细粒填料改良（化学改良）crgzlbcuRKzldβσσ改良土的容许动应力列车动应力波动系数表层以下z处的动应力改良土浸水饱和28d固结不排水剪静强度安全系数1.5~2.0干湿循环静强度损失系数动静比（临界动应力比静强度）bcuu7.0q法国高速铁路线路土壤处理高速铁路线土壤类型石灰或水泥处理类型处理的土方部分东南线（巴黎–里昂）(1977至1979、1979至1981)粉土和砾质粘土石灰1%至3%路堤本体和PST大西洋线（巴黎-勒芒-图尔）（1985至1988）粉土和沙质粘土石灰1%to3%路堤本体和PST«PERCHE»型沙土水泥6%为高速铁路线路封堵层进行的试验燧土石灰1%至2%为了运营列车从PST上过北方线（巴黎-里尔-加莱）(1989至1992)粉土和沙质粘土石灰1%至3%路堤本体和PST白垩土（R12-R13根据GTR）石灰1,5%至3%路堤本体和PST白垩土（R12-R13根据GTR）水泥2%至4%路堤底层10m高罗纳-阿尔卑斯线（里昂–瓦郎西安）（1989至1992）粉土石灰1%至3%路堤本体和PST砂岩石灰1%至3%路堤本体和PST地中海线（瓦郎西安-马赛）（1996至1999）粉土石灰1%至2%路堤本体和PST颗粒粒径变化：粘性土改良后其粒径组成发生明显变化，粘粒(＜0.005mm）含量从40-60%下降至10-15%；粉粒(0.005-0.075mm)含量从30-45%增加至50-60%；砂粒（＞0.075mm）从1-10%增加至≥20%。塑性指数降低：从一般18-27降至8-13。水理性明显改善：崩解试验48小时无崩解，长期饱和强度无变化。其他：可压实性增加。降低天然含水量，缩短晾晒时间等D粘性土改良效果实例改良效果合宁线膨胀土改良（前后）粒径分布曲线图新长线下蜀粘土改良试验结果改良剂掺和比颗粒级配%（mm）无侧限抗压强度（kPa）饱和无侧限压强度（kPa）收缩自由膨胀率%≥0.050.05-0.005≤0.005体缩%缩限%原土14.152.033.9779破坏9.79.915.00水泥318.664.516.912474648.96.61.05水泥518.664.516.915629697.210.30.32生石灰3840457生石灰536.751.312.08795216.713.00.33生石灰749.244.09.89555626.810.91.52熟石灰3814340熟石灰546.244.09.88597037.312.10.04合宁线中膨胀土（部分）力学特性变化项目原状土夯实土改良土生石灰（5%）熟石灰（5%）有荷膨胀率(%)50Kpa011.800100Kpa08.200150Kpa05.700无荷膨胀率（%）1.8-5.230.1-3200.8膨胀力（Kpa）32-54392-4331229无侧限强度（Kpa）224-384720-800909987饱和无侧限强度（Kpa）48-603.0-3.7548545收缩系数（%）0.49-0.590.41-0.810.390.41改良土现场强度增加曲线0102030龄期（天）0.0200.0400.0600.0K30强度（Mpa/m）图例熟石灰改良土水泥改良土改良填料施工工艺与工法厂拌法：采用专用的破碎、拌和机械工厂化生产。主要优点是拌和均匀，质量易控，但成本高、效率低。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒---含水量检测---填料入仓---机械破碎---粒径检测---添加剂含量检测---添加剂+破碎料机械拌和----均匀性检测---出厂---摊铺、平整、碾压。路拌法：采用路拌机械在路堤施工现场拌和。方法简便，成本低，对含水量要求不高。但受气候影响大，污染较大。主要工艺流程：填料摊铺、晾晒---添加剂含量检测---拌和---含水量、均匀性检测---平整、碾压。场拌（集中路拌）法：采用路拌机械集中在场地（如取土场、专用拌和场）内拌和，其拌和工艺与路办法相同。可减少对施工沿线的污染。改良填料施工工艺：厂拌法，路拌法和集中场拌法。改良土混合料各成分用量计算方法以水泥土为例，设水泥土的厚度为h（m）、宽度为b（m），则所需的水泥土混合料可用下式计算。Pm：水泥混合料的干质量（t）；L：路段的长度（m）；γd：水泥土的预期压实干容重（t/m3）；1.03：损耗系数。dmbhLP03.1在计算水泥土混合料中的材料数量时，水泥的剂量按干土质量的百分率（%）计，（即剂量=水泥/干土质量）而水的数量则按土和水泥的总干质量的百分率（%）计。混合料中水的数量PW（t）：PW=ωPmω—混合料的含水量（%）；混合料中干土的质量Ps（t）：C—水泥剂量（%）。混合料中水泥的质量Pc（t）：1001CPPmssmcPPP由于天然状态下的土通常都含有一定数量的水，因此必须对水和土的质量进行校正。如天然状态下土的含水量为ω0（%），则应该向混合料中增加的水量为：同时，天然状态土的质量应该是：通常水泥的含水量很小（小于0.5%），对于工地施工来说，可以忽略不计。1000/PPPsww10010ssPP厂拌法集中生产填料填筑(含厂拌法物理