改良土试验段成果.docx
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改良土试验段成果
新建合武铁路安徽段第一标段
路拌法石灰改良土试验段总结
(DK80+800~DK80+960)
编制:
复核:
审核:
中铁四局合武铁路Ⅰ标工程指挥部第一经理部
2005年11月20日
目录
1试验段概况4
2试验目的4
3施工前准备4
3.1室内试验4
3.2质量检测5
3.2.1质量控制及验收标准6
3.2.2检测设备配置6
3.3试验段机械设备配置6
3.4现场准备8
3.4.1基底处理8
3.4.2测量放样8
3.4.3石灰的选择8
3.4.4石灰掺入比选定8
4路拌法改良土实施方案8
4.1石灰消解9
4.2掺灰、闷料9
4.3运输9
4.4摊铺、平整9
4.5石灰撒布9
4.6拌和9
4.7碾压、整平工艺及措施10
4.8环境保护10
5检测及分析10
5.1取样检测点位布置11
5.2含水量11
5.3含灰率12
5.4石灰颗粒粒径14
5.5松铺厚度14
5.6碾压遍数18
6施工质量控制20
6.1材料控制20
6.2工艺实施过程控制20
6.2.1控制含水量措施20
6.2.2控制土团粒径20
6.2.3石灰消解20
6.2.4含灰量及均匀性控制20
6.2.5土工格栅21
7路拌法改良土试验总结21
路拌法石灰改良土试验段总结
1试验段概况
DK80+775-DK80+975段为填方路段,基床表层采用0.60m级配碎石,基床底层为场拌石灰改良土,基床以下为路拌石灰改良土,在路基两侧2.5m范围内每60cm时铺设一层土工格栅。
本次试验为路拌法石灰改良土工艺性试验,填料取自DK81+100左侧100m的胜利取土场,取土场的填料均为弱膨胀性黏土,不能满足铁路路基对填料的要求。
根据200Km客货共线的设计要求:
膨胀土经过改良处理后可用于基床底层及以下路堤部分填料。
2试验目的
(1)石灰含量控制方法(剂量控制、均匀性控制)。
(2)确定填料的最佳分层填筑厚度及松铺系数。
(3)确定合适的碾压工艺。
(4)掌握拌合质量控制措施。
3施工前准备
3.1室内试验
根据室内试验结果,DK81+100左侧胜利取土场的填料均为弱膨胀性黏土,液限在42.3%,塑性指数在26.3。
石灰为凤阳Ⅲ级钙质石灰;按照设计改良后的填料为6%的石灰土,最大干密度1.75g/㎝3,最佳含水量19.6%,CBR2.5=49.3%,CV=5.1%。
表3-1石灰的化学性能指标
试验项目
标准规定值
试验结果
氧化钙+氧化镁(%)
≥80
81.2
未消化残碴含量
(5mm圆孔筛的筛余)
≯15%
≯10
表3-2试验段膨胀土填料的物性指标
试验项目
单位
弱膨胀土
颗
粒
分
析
砂粒0.25~0.075mm
%
6.3
粉粒0.075~0.005mm
%
55.9
黏粒<0.005mm
%
40
天然含水量
%
22.4
天然密度
g/cm3
1.99
天然孔隙比
0.71
液限
%
42.3
塑限
%
16.1
塑性指数
%
26.3
3.2质量检测
质量控制采用“定人、定位”的原则进行检测,“定人”指的是同一种检测方法始终由同一试验员进行操作;“定位”指的是检测点位相对固定(点位布置参见图5-1)。
质量检测在本试验段中有两个目的:
一是为了加强施工过程控制,在工艺试验的各阶段进行质量检测,确保工程质量;二是为了掌握各种试验工艺与检测方法之间的关系。
改良土质量检测可用以下四个指标控制:
压实度、强度、颗粒粒径、含灰率。
详见表3-3。
表3-3检测方法、操作的规程及人员分工
项目
方法
人员
规范
功效
含灰率
EDTA剂量滴定
张朝辉
《铁路工程土工试验规程》
约10分钟
颗粒粒径
筛分法
王凤明
《铁路工程土工试验规程》
约5分钟
压实度
环刀法
张朝辉
《铁路工程土工试验规程》
约20分钟
强度
K30
王凤明
《铁路工程土工试验规程》
约30分钟
室外CBR
张朝辉
《公路路基路面现场测试规程》
约45分钟
无侧限强度
王凤明
《铁路工程土工试验规程》
约25分钟
3.2.1质量控制及验收标准
(5)石灰改良膨胀土的含灰率及颗粒粒径控制及验收标准应符合表3-4的规定。
表3-4含灰率和颗粒粒径质量控制及验收标准
项目
检测方法
工艺
控制标准
含灰率
EDTA
路拌法
符合设计要求
颗粒粒径
筛分法
路拌法
大于15mm的粒径含量不超过20%(暂定)
(6)基床底层以下改良土填筑压实标准符合下表规定。
表3-5基床底层以下路基质量检验标准
填料
压实标准
细粒土
粗粒土
碎石土
A、B、C组填料及改良土
地基系数K30(MPa/m)
≥90
≥110
≥130
压实系数Kh
≥0.90
-
-
孔隙率n(%)
-
<32
<32
3.2.2检测设备配置
根据施工方案内容的要求,工地试验室除了配备常规的检测设备外,还配备了1台钙离子直读仪,1台EDTA剂量滴定仪,1台K30,1台CBR,,1台轻型动力触探,固结仪1台,自由膨胀率测试仪1台。
3.3试验段机械设备配置
本着各种设备之间能力协调、经济合理的原则进行配置。
具体的配备方法是:
以需要的生产能力为目标,以拌和机械为龙头,协调配备挖、装、运、平整、碾压机械。
同时,在配备挖装机械时还要考虑到备土、晾晒、降低含水量而预拌石灰时对挖装和拌和设备能力的需求,主要施工机械配置及性能见表3-6、表3-7、表3-8。
表3-6主要施工机械一览表
序号
设备名称
生产厂家
主要性能特点
用途
1
挖掘机
日立
1m3
挖、装、拌
2
挖掘机
神钢
1.4m3
挖、装、拌
3
SD16推土机
山东山推
160KW
初平、稳压
4
YWB210路拌机
陕西华山有色冶金机械厂
拌和深度
25~40cm
路拌灰土
5
SMW220压路机
徐州工程机械
有限公司
20t
碾压
6
R165C平地机
徐州工程机械
有限公司
165HP
整平
7
自卸汽车
东风
10t
运输
表3-7拌和机械性能一览表
拌和机械型号
YWB21稳定土拌和机
拌和深度(mm)
400
拌和宽度(mm)
2100
行驶速度(km/h)
0~24
作业速度(km/h)
0~3.3
拌和直径(mm)
1250
最小转弯半径(m)
6.5
机器总重(t)
14.9
表3-8碾压机械性能一览表
碾压机械型号
SMW220振动压路机
工作重量(t)
20
振动频率(Hz)
28
静线压力(N/m)
423
工作速度(km/h)
Ⅰ挡
2.4
Ⅱ挡
4.6
Ⅲ挡
8.6
激振力(kN)
320/160
名义振幅(mm)
2.0/1.0
最小转弯半径(m)
6.5
3.4现场准备
3.4.1基底处理
清除地表植被,挖除树根,做好2%的路拱,以便排水。
按设计要求进行基底处理结束后试验检测,检测合格后方可进行试验段填筑。
3.4.2测量放样
每20m一断面用经纬仪和水准仪精确测量,并在边桩上标示出填高,再在桩边打入竹条,绑扎好布条用以控制填筑厚度。
在填土前、填土平整后、碾压后测量各测点标高,以确定填筑松铺系数。
3.4.3石灰的选择
石灰品质不应低于3级。
石灰的存放期不超过生产后的三个月,使用前,必须通过试验的检测。
本试验段选用凤阳产III级钙质石灰,经检测,满足试验要求。
考虑到生石灰在降低含水量上的优势,当气候条件不利于土料晾晒时可以优先考虑。
采用生石灰改良时,使用磨细石灰粉。
采用熟石灰改良时,应充分消解,并尽快使用,消解后的石灰应保持一定的湿度,以免过干飞扬,但也不能过湿成团。
本试验段采用块状生石灰消解后掺入改良。
3.4.4石灰掺入比选定
设计要求改良土的石灰掺入比为6%。
4路拌法改良土实施方案
按设计进行掺入比为6%的石灰改良路拌法工艺试验。
对拌和好的灰土进行含灰率检测,合格后按3种松铺厚度(25cm、30cm、35cm)摊铺改良土,并初压整平及检测含水量,当含水量和平整度合适时,用20吨位的压路机进行压实,并且复压时,每压实一遍进行一次检测。
其工艺流程:
生石灰消解→按3-4%比例掺灰(取土场内挖掘机翻拌1~2遍、闷料)→运输到试验段→摊铺平整→布余下的熟石灰→路拌机拌和→试验检测合格→精平碾压→洒水养生。
4.1石灰消解
根据生石灰用量,按30%左右加水消解5~7天。
4.2掺灰、闷料
生石灰消解后按3-4%比例掺灰,然后挖掘机翻拌1-2遍,目测拌和比较均匀,石灰无堆积现象,打堆闷料。
4.3运输
采用10t以上大型自卸车运输,并应保证运输能力,防止混合料过了使用有效期。
气候干燥水份蒸发过快的天气条件下运输时,车斗加苫布覆盖,以保证混合料的含水量维持在允许的误差范围内。
运料车不能从新铺且未碾压成型的层面上行驶。
4.4摊铺、平整
用推土机将初拌灰土摊铺平整,使其表面无大的凹凸。
(7)松铺厚度按25、30、35cm三种不同厚度摊铺。
(8)及时检测土的含水量,如含水量过大或过小应采取铧犁翻晒或加水等措施进行处理。
翻晒后达到标准的灰土应用推土机整平。
(9)整平之后,测量各测点松铺标高。
4.5石灰撒布
在平整后的土体上以5.0m间距打方格,计算每个方格所需灰量,采用人工布余下熟石灰。
施工时应严格控制含灰量,考虑到石灰施工时有效钙镁含量的损失,为保证石灰剂量达到设计要求,石灰掺入量宜大于设计0.5%~1%。
4.6拌和
第二次布灰后路拌机紧跟拌和,拌和2遍以上,目测拌和比较均匀,石灰无堆积现象,挖开检查无夹层,并取样进行筛分及石灰剂量试验。
若石灰剂量不足,需及时补撒石灰,然后重新拌和至设计要求。
拌和时现场领工员跟踪检测拌和深度。
4.7碾压、整平工艺及措施
摊铺后,立即用压路机初压,重型振动压路机复压、终压。
碾压时先碾两侧,再碾压中间,轮迹搭接一般不小于20cm。
压路机的碾压速度,开始两遍采用1.5~1.7km/h,以后采用2.0~2.5km/h。
压路机不可在已完成或正在碾压的地段调头和急刹车。
复压时,每碾压一遍测量各测点标高,并检测压实度及含水量。
4.8环境保护
石灰改良土施工中,容易造成对环境的污染。
因为在施工中需把块状石灰加工成粉末状,并进行运输,拌和,在此过程中粉末状石灰易扬尘,而石灰是碱性物质,其扬尘会破坏自然环境,碱化土壤,降低农作物的产量,甚至使农作物无法成活。
因此加强对石灰扬尘的控制,切实保护自然环境,是石灰改良土施工中应注意的首要问题。
技术上,应对石灰在运输、储存、磨细、消解、撒布、拌和等各环节制定相应环境保护措施。
制定的原则是尽量避免石灰与外界的直接接触。
石灰在运输时,当运输的是块灰,宜用有盖的自卸汽车,并把盖周边的缝隙塞住,当运输的是粉灰,宜用泵车,或者把粉灰装入编织袋中,用自卸汽车运输;储存时,宜建临时石灰棚;消解时,应选择在一避风近水的地方,建临时加工棚,在棚内消解石灰。
当无法避免石灰与外界直接接触时,如石灰的撒布,尽量在风小的时候进行作业。
生产中的废弃物及时处理,按时专门用车运到当地环保部门指定的地点弃置。
试验及生活中产生的污水及废水,应集中处理,符合环保部门规定要求。
5检测及分析
5.1取样检测点位布置
沿路基中心线,分左右两幅,按梅花形均匀布置试验取样、测试点位,最外侧点位距路肩线2m,点位之间横向间距10m,纵向间距40m。
布置如下图。
图5-1检测点位布置示意图
5.2含水量
含水量是影响石灰改良膨胀土填筑压实质量的主要因素之一,且不同的施工工艺和同一施工工艺在不同的流程中对含水量的要求有所不同,为了提高生产效率,改善压实质量,需对含水量进行控制。
通过室内试验可知,弱膨胀土掺6%的熟石灰改良做为填料,其压实最佳含水量是19.6%,即膨胀土拌和均匀达到碾压条件时,其含水量应控制在19.6%。
而在施工生产中发现,膨胀土粉碎拌和的过程中,受气温、粉碎拌和、膨胀土与石灰产生化学反应等因素的影响,含水量会降低。
常需洒水重新拌和,既影响施工进度,又增加生产成本,所以在拌和前,应按“稍高勿低”的原则控制膨胀土的含水量组织施工。
每拌和一遍,按图5-1所示点位,抽取6组试样测其含水量,然后取平均值,得拌和遍数与含水量之间的对应关系见下表(图),
表5-1拌和遍数与含水量之间的对应关系
温度
常温
拌和遍数
0
1
2
3
4
5
含水量%
23.4
21.7
19.5
17.2
15.3
洒水
图5-2拌和遍数与含水量之间的对应关系
由上表(图)可知:
(10)外界条件相同时,填料含水量随着拌和遍数的增加而减少;因此拌和前填料含水量应稍高于其最佳含水量Wopt,一般控制在Wopt+1%-Wopt+2%;
(11)在常温条件下,原状土含水量为23.4%时,拌和到第二遍,掺6%的生石灰含水量减少3.9%。
因此在大规模施工前应确定取土场土源的含水量,不合适时采用洒水闷湿或翻拌晾晒的措施进行处理。
5.3含灰率
含灰率的控制包括两个方面,一是含灰率的值应满足设计要求,考虑到施工中石灰的损耗,一般施工含灰率比最佳含灰率大1%;二是含灰率应均匀。
这取决布灰的均匀性和合适的拌和遍数。
布灰的均匀是使整个拌和区含灰率均匀的前提,因为路拌机只能使局部地区的上下层拌和均匀,可通过在布灰前平整作业面,划方格网进行控制;而合适的拌和遍数是使整个拌和区含灰率均匀的保证,也是控制施工成本的主要因素之一。
因此需要对拌和遍数与含灰率对应关系进行分析,从而确定最佳拌和遍数。
填土层厚30cm,按图3-1布置测点,在1#点、2#点、3#测试点位取样,每拌和一遍,在同一测试点取3组(上、中、下)试样,进行含灰率检测试验,得出36组数据。
其中第一遍作为挖掘机初拌,第2遍以后方为路拌机拌和,经整理得下表(图)。
表5-2拌和遍数与含灰率关系
测试点位
拌和遍数
1
2
3
4
1#点
上
5.7
5.5
5.4
5.6
中
5.9
5.7
5.7
5.8
下
5.8
5.
5.1
5.1
2#点
上
5.6
5.5
5.3
5.2
中
5.3
5.5
5.2
5.2
下
6.9
6.6
6.8
6.6
3#点
上
6.2
6.0
6.1
6.1
中
5.4
5.4
5.2
5.3
下
6.1
5.9
5.8
5.8
图5-3拌和遍数与含灰率的对应关系曲线
由上表(图)可知,当拌和达到3遍以后,同一点位的上、中、下三部分含灰率已比较均匀,含灰率与拌和遍数关系曲线相交且趋于平缓。
不过经拌和3遍后,虽然同一点上、中、下三部分含灰率较均匀,但是3#点位与1#、2#点位的总体差距仍没减小,这是因为路拌机的拌和只能使局部地区的上下层含灰均匀,整个拌和区含灰的均匀,需在布灰时控制好。
从而可知:
最佳拌和遍数为3遍;大面含灰均匀,需在布灰时控制,即布灰应均匀。
5.4松铺厚度
每20m一个断面,每断面在左线中心、右线中心及两侧距路肩2m处设置4个测点,按25cm,30cm,35cm三种松铺厚度摊铺,分别在填筑前、填筑初平后、碾压后测量各测点标高。
选取具有代表性数据整理见表5-3~表5-5,经计算松铺系数平均为1.13。
表5-3松铺25cm压实前后高程对照表
表5-4松铺30cm压实前后高程对照表
表5-5松铺35cm压实前后高程对照表
根据25cm,30cm,35cm三种松铺厚度,进行路拌机拌和深度和压路机压实效果进行检验,拌和深度采用挖探坑进行检验,压实效果用压实系数和地基系数进行检验,具体测试结果数据见表5-6~14。
表5-6松铺25cm地基系数与压实系数值(碾压三遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
85
92
94
右幅
87
97
84
压实系数
左幅
90.7
89.4
91.8
91.3
90.3
91.9
右幅
90.3
90.5
92.7
92.6
88.7
89.2
表5-7松铺25cm地基系数与压实系数值(碾压四遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
85
94
97
右幅
87
99
86
压实系数
左幅
92.3
90.3
92.1
92.8
91.9
92.6
右幅
91.6
91.7
92.9
92.9
89.8
90.1
表5-8松铺25cm地基系数与压实系数值(碾压五遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
105
102
100
右幅
96
118
94
压实系数
左幅
94.9
93.8
94.0
94.6
93.3
94.0
右幅
93.4
92.9
93.7
94.2
92.5
92.7
表5-9松铺30cm地基系数与压实系数值(碾压三遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
83
87
89
右幅
78
91
81
压实系数
左幅
90.5
89.3
91.4
91.3
90.6
91.8
右幅
90.2
88.2
88.7
92.1
89.7
90.5
表5-10松铺30cm地基系数与压实系数值(碾压四遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
98
110
115
右幅
92
116
93
压实系数
左幅
93.2
92.0
92.8
93.0
92.4
93.8
右幅
94.4
91.5
91.2
94.5
91.6
91.7
表5-11松铺30cm地基系数与压实系数值(碾压五遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
135
126
130
右幅
138
124
121
压实系数
左幅
97.6
97.7
96.1
95.3
96.4
97.6
右幅
98.3
96.8
95.8
96.2
95.3
96.8
表5-12松铺35cm地基系数与压实系数值(碾压三遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
83
90
91
右幅
86
93
84
压实系数
左幅
90.4
89.9
91.8
91.3
92.5
91.4
右幅
90.8
90.2
92.7
92.1
89.7
90.8
表5-13松铺35cm地基系数与压实系数值(碾压四遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
86
102
107
右幅
88
115
89
压实系数
左幅
92.7
91.9
92.4
93.0
92.4
93.7
右幅
92.9
92.5
92.8
93.44
91.82
92.6
表5-14松铺35cm地基系数与压实系数值(碾压五遍)
项目
点位
1
2
3
4
5
6
K30(Mpa/m)
左幅
122
120
130
右幅
128
124
121
压实系数
左幅
95.6
97.7
95.1
95.3
96.4
97.6
右幅
96.3
96.8
95.8
96.2
95.3
96.8
从以上各表数据统计,并结合现场施工实际效果,在施工过程中检查发现:
35cm的松铺厚度,尽管压实度及强度指标均合格,但拌和后存在大面积的素土夹层;30cm的松铺厚度,拌和后不存在素土夹层,其压实效果均达到了规范规定;25cm的松铺厚度,拌和后不存在素土夹层,且压实效果达到规范规定,但厚度25cm的工效较低。
由此可知:
路拌最佳松铺厚度为30cm,松铺系数为1.13。
5.5碾压遍数
按图5-1的测点布置形式,用20吨的压路机进行碾压。
先弱振一遍,再强振。
每碾压一遍,左右各取6个点位进行检测试验。
共碾压了7遍,通过试验检测所取得数据发现:
按30cm的松铺厚度,对20吨压路机碾压后的数据整理分析得:
最经济合理的碾压遍数以及碾压遍数与改良土力学特性和压实系数的关系,见图5-4、图5-5。
从以上曲线图可以看出,松铺30cm的改良土路基,当碾压到第4遍时,其力学指标与压实系数部分不能满足规范要求。
当碾压到第5遍时,两项指标都能满足。
第6遍后,力学指标和压实系数虽然还再增加,但浪费了机械台班。
由此可知:
经济合理的碾压遍数是5遍。
另在试验段施工控制中发现,如压路机激振力过大,易使压实面起皮、疏松。
压路机第一、二遍碾压时,当行驶速度超过2.6km/h,易使压实面产生横向裂纹。
6施工质量控制
6.1材料控制
(12)按规范批量要求对进场石灰进行抽检,必须经现场监理工程师确认。
(13)石灰有效钙镁含量控制80%以上,未消化残碴含量不大于15%。
6.2工艺实施过程控制
6.2.1控制含水量措施
(14)取土场周边挖沟控水、排水。
取土场地表土坑用推土机推铲平整,防止积水,并配备抽水泵。
(15)下雨前用PVC塑料膜或彩条布覆盖近期待挖取土区域,减少雨水渗透。
(16)尽量缩短摊铺、布灰及拌和时间,保证碾压时的最佳含水量。
6.2.2控制土团粒径
含水量偏大时容易成团,先用挖掘机将原状土翻挖一遍,翻挖卸土时挖掘斗高提,然后让土块自由下落摔碎。
6.2.3石灰消解
(17)禁止使用块状生石灰消解或直接拌和黏土。
(18)生石灰运到现场后,根据施工需要用量,充分消解5~7天后与膨胀土拌和。
6.2.4含灰量及均匀性控制
(19)在土场划出规则形状,计算出土方数量及初拌石灰用量,将土挖起
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