客运专线路基填料及改良技术.ppt

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,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：原土各类物理、力学、水稳性试验。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）。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Cu10，Ip12且WL40%的粘性土。 石灰宜改良粘粒（d0.002mm）含量大于10%及Ip12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）,改良土浸水饱和28d固结不排水剪静强度,安全系数1.52.0,干湿循环静强度损失系数,动静比（临界动应力比静强度）,法国高速铁路线路土壤处理,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,合宁线中膨胀土（部分）力学特性变化,改良土现场强度增加曲线,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）；d：水泥土的预期压实干容重（t/m3）；1.03： 损耗系数。,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=Pm 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）：,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0（%），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。,厂拌法集中生产填料填筑(含厂拌法物理改良土),化学改良土厂拌法,路拌法物理改良土填筑,物理改良土主要适用于级配不良的粉砂、细砂土或风化花岗岩填料的改良。在进行填筑工艺试验之前，应根据需改良的粉砂、细砂土和外掺料的颗粒级配情况进行外掺粗粒土改良的配合比试验。确定粉砂、细砂土物理改良的配合比需进行颗粒级配、颗粒密度试验，求得改良后A、B组填料所需不同掺合比例混合料的颗粒级配、颗粒密度，并进行按比例配制的改良土混合料的重型击实试验，以求得最优含水率指导填筑工艺试验和填筑压实质量控制。,法国TGV路基工程施工现场,法国TGV路基本体路拌法施工,法国TGV上部土方路拌法施工,法国TGV路拌法施工含灰量控制方法,日本新干线厂拌法施工,京沪高速试验工点路拌法施工,京沪高速试验工点厂拌法施工,级配碎石生产,选用品质优良的原材料是确保级配碎石质量的基础。级配碎石的料源分为块石和天然卵石、砂砾石两种。块石或天然卵石、砂砾石先经破碎、筛选分为四种或三种粒径大小不同的集料，再将这几种集料按一定比例混合组成粒径、级配及品质指标符合规定要求的混合料。也可直接采购不同规格粒径的碎石及石屑粉作为配制级配碎石的原料。为保证基床表层和过渡段填筑压实质量，级配碎石混合料应随拌随用。,1) 增强线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚度； 2) 扩散作用到基床土面上的动应力，不超出下部基床土的容许动强度； 3) 防止道碴压入基床及基床土进入道碴层； 4) 防止雨水浸入使基床土软化，防止发生翻浆冒泥等基床病害； 5) 防冻等特殊要求。,基床表层的作用,1）变形控制:在列车荷载作用下，以路基顶面变形量不大于3.5mm为控制条件； 2) 强度控制：以作用在基床底层顶面的动应力不大于填土允许应力为控制条件。 3）特殊地区的防冻和防水要求。,基床表层厚度确定,级配碎石生产工艺流程图,室内击实试验表明：级配碎石的击实效果对含水量不太敏感，但存在一个相对合适的含水量范围。即68%，此时易于击实，相应的干密度最大。含水量3.55%时，干密度降低，当含水量小于3%时，不宜击实，相对干密度较小。 但对级配砂砾石和级配碎石必须严格控制其细集料的液限和塑性指数，亦即严格控制0.5mm以下细粒土的含量，细粒土含量过高，将使塑性指数增大，降低集料的强度和刚度，同时其水稳性也差。,以外购四种不同粒径规格的碎石及石屑粉的生产方式为例，级配碎石的生产工艺流程见图。 生产桥涵过渡段和过渡段路堤基床表层用级配碎石时，按设计掺加水泥； 生产基床表层级配碎石(不含过渡段路堤基床表层)和路堑过渡段用级配碎石时，不掺水泥。,基床表层级配碎石填筑施工工艺流程图,施工注意事项 拌和好的级配碎石搁置时间过久宜出现离析现象，会导致在摊铺过程中出现粒料不均匀，产生集料窝。并且由于离析后松散的级配碎石具有较好的透水性能，天气变化不易控制其含水量，过