朔黄铁路重载路基基床加固技术研究.pdf

·铁道工程与铁道工务 ·铁道建筑技术 RA I LWAY CONSTRUCTI ON TECHNOLO GY 2006(增)朔黄铁路重载路基基床 加固技术研究刘放民 薄长顺(朔黄铁路发展有限公司 河北肃宁 062350)摘 要 朔黄铁路重载路基基床加固技术在分析实验数据的基础上,提出现场试验方案通过肃宁2. 8 km的现场试验验证,制定了肃黄段特殊土和特殊条件下重载铁路路基施工方案所完成的路基,经近5年的运营和雨水冲刷、 大暴潮的侵袭考验,基床稳定,未发生基床病害,使用效果好该技术在重载铁路上首次采用获得成功并在黄万铁路推广应用,具有较好的社会效益和经济效益关键词 重载铁路路基 特殊土 基床加固收稿日期: 2005 - 10 - 201 工程概况朔黄铁路肃宁至黄骅港段位于华北平原东北部,自太师庄出站跨子牙河、 子牙新河、 南运河至沧州,跨京沪铁路、 沧黄地方铁路经黄骅市南直至黄骅港,长165. 645 km,属Ⅰ 级重载单线铁路,均以填方通过,填土高度2～6 m主要地貌单元有:太师庄至达子店间(DK424 +700～DK509 +960)冲洪积平原区,地形平坦,地面高程6～11 m,多为耕地或枣树林,沟渠较多;达子店至齐庄(DK509 +960～DK572 +100)冲海积平原区,地势低平,地面高程4～6m,多为农田,盐碱地较多;齐庄至黄骅港(DK572 + 100～DK589 +100)滨海平原区,地势低平,地面高程2～4 m,多盐田;分布在黄骅港至终点(DK589 + 100～DK594 +400)滨海洼地,地面高程1～2 m,属海潮淹没区。

2 路基加固技术方案试验研究朔黄铁路列车牵引定数6 000 t和5 000 t,并预留开行10 000 t列车的条件,为重载铁路根据 《 铁路路基设计规范》(T B 10001299) (以下简称 《 设规 》)规定的填料分类标准,沿线取土场均属粉黏土、C组填料,粒径小,亲水性强,水稳定性差,遇水抗剪强度降低,承载力减小快,按照 《 设规 》 和重载铁路的有关规定,这种土不得直接用作重载铁路路基基床表层填料在朔黄公司的组织下,与设计、 科研单位共同研究,提出了基床表层换填渗水土(A、B组填料)、表层土质改良和复合土工膜加固等3个方案肃黄段沿线A、B组填料奇缺,换填需远运解决,与复合土工膜加固相比,每km增加造价20～25万元,因此,换填方案在本段特殊条件下不经济,方案论证阶段即被否决,凸现了后二种方案的试验研究的必要性和重要性,也是特殊土和特殊条件下重载铁路路基建设的关键技术朔黄公司及设计、 科研单位根据铁道部铁鉴函[1996 ]402号文关于新建朔黄线初步设计的批复,安排了肃宁北至太师庄区间的正线和联络线2. 8 km的路基试验段(工程数量见表1)表1 路基试验段主要工程数量序号工程项目数量序号工程项目数量1土方205 725 m37土工格栅132 000 m22改良土8 330 m38C13混凝土1 153 m33框架涵3座67. 38 延长m9聚胺脂溶液2 000 kg4M5浆砌片石2 430 m310不透水土工布3 528 m25植紫穗槐84 711棵11种草31 496 m6固土网垫8 891 m22. 1 试验目的(1)通过对代表土样分别进行掺固化剂、 石灰、水泥等改良土试验,提出满足重载铁路技术要求及1·铁道工程与铁道工务 ·铁道建筑技术 RA I LWAY CONSTRUCTI ON TECHNOLO GY 2006(增)经济有效的土质改良方法;通过不透水土工布基床 加固试验,指导肃黄段路基工程; (2)通过多种边坡防护试验,提出适合本地区的防护形式; (3)通过在路基试验段上进行改良土及不透水土工布基床加固试验和通车后进一步检测验证,指导肃 黄段特殊土和特殊条件下重载路基工程设计与施工。

试验分室内试验和现场试验2步进行,室内仅 对土质改良进行试验,对3种掺加剂做初步配比设 计,指导现场试验验证时使用现场试验,除进行3 种改良土试验外,还对复合土工膜进行试验2. 2 室内试验 试验内容主要是土及改良土的物理、 化学性质 试验;素土及改良土的力学性质试验 通过试验分析,朔黄线试验段的改良土掺合料质 量设计配比:石灰土6%,水泥土4%,固化剂土3%, 但考虑施工现场与室内试验条件的差异,施工配比是 在上述配比的基础上另加1% (改良土的配比均为质 量百分比,即掺合料质量 ∶ 干土质量=n∶100)这样 的改良土湿化后均不崩解,满足水稳定性要求 按朔黄线要求,基床表层压实系数K≥0.91(重 型击实试验) ,地基系数K30≥1. 0 MPa/cm,为满足 要求,改良土强度必须满足表2的要求表2 改良土强度要求kPa掺合料指标石灰水泥奥特赛特固化剂quσcuquσcuquσcu7 12的粉黏土采用石灰、 固化剂改良效果较好3种改良土经济指标 分析,石灰改良土为30元/m3,水泥改 良土为56元/m3,固化剂改良土为43元/m3,可见,石灰改 良土造价较低,而水泥改良土造价较高。

综合上述分析,建议朔黄铁路肃黄段路基基床表层土改良,塑性指数为Ip≤12的粉黏土采用固化 剂,塑性指数I>12的粉黏土采用石灰 固化剂是一种新型土壤改良材料通过本次室 内、 外试验的结果说明,用固化剂改良的效果较佳,能 满足基床强度和稳定性要求但其初凝时间通过配方应进行调整,根据本次施工经验,以不小于8 h为宜 (2)复合土工膜加固基床表层试验土工合成材料是一种很有前景的新材料,具有 重量轻,整体连续性好,施工方便,抗拉强度高,有 很好的韧性和耐磨性,耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好,质地柔软,能与土很好地结合的优点,因此,肃 黄段路基应用土工合成材料数量大,范围广,类型 多,是其它重载铁路上未曾有过的共使用两布一 膜土工布819 052 m2,各种土工格栅1 459 395 m2, 土工格室57 244 m2,固土网垫159 769 m2两布一膜土工布加固C组土基床表层,设计为 厚5 cm中粗砂垫层上铺设不透水的两布一膜土工 布,再铺厚15 cm中粗砂保护层,填压土到路基高程, 两侧设厚0. 5 m的干砌护肩试验段经临管运营后, 观测和检测数据表明,路基整体稳定,无病害发生,满 足重载铁路承载能力的要求,使用效果良好。

3 肃黄段基床施工技术研究路基基床分为表层和底层,总厚度2. 5 m,其中 表层厚0. 6 m根据有关资料介绍,路基最易出现基 床病害而产生基床病害的内外因素主要有基床土的性质、 水与动载等要减轻基床变形的产生,除了 排水条件和路基的压实度方面改善提高外,还应采取 其它措施本段基床表层工程措施在室内试验和现 场试验的基础上,更深层次组织了研究和论证2·铁道工程与铁道工务 ·铁道建筑技术 RA I LWAY CONSTRUCTI ON TECHNOLO GY 2006(增)3. 1 固化剂改良方案 目前国内外采用的填料改良方案比较多,但就路堤填料而言,主要方法是把粉碎了的土、 改良剂和水 进行充分拌和,经机械压实、 养护而形成改性基床 使用的改良剂主要有石灰、 水泥等日本熊田公司推 出的奥特赛特系列土壤固化剂,分为主固化剂和助固 化剂,呈固体粉状主固化剂多采用石灰、 石膏、 水泥等材料,助固化剂则采用高聚物,如聚丙烯酰胺、 聚丙 稀酸或含有活性基因的有机化合物土壤固化剂适 应不同类型的土壤加固,不受有机质含量限制,与其 它工程设施相比,可大幅降低造价 铁道第三勘察设计院在本段进行了室内试验和大量的现场试验,试验证明改良土与素土相比强 度增大,水稳定性增强(较长时间浸水不崩解) ,渗 透系数减小(小于10- 4m /s) ,有利于阻止表层水向下渗透,对塑性指数小的土体(Ip< 12)掺土壤固化 剂比掺石灰可获得更好的改良效果。

由于固化剂改良土用于路基基床表层加固仍是一项有争议的 课题,铁道部至今没有将改良土的设计标准纳入相 应设计规范,目前也只是在某些铁路的小范围内试 验大量的试验表明,改良土随着改良剂的增加,其 压缩模量增加较快,脆性破坏的某些特征表现更加明显,这一点对基床表层材料,特别是地基有较大沉降 变形时的路基基床填料是十分不利的上海铁道大 学曾对基床表层采用改良土的地基条件进行了土工 离心模型试验,提出:如果路基面沉降量能控制在75 cm以内,路基面中心与路肩沉降差小于20 cm,改良土将保持良好状态,不会出现开裂现象虽然离心 模型试验与实际情况有区别,但有一点是肯定的,地 基较大的沉降差必然导致基床土开裂 朔黄铁路是我国西煤东运的重要通道,综合考虑 该线的地质条件、 填料性质以及改良土存在的问题, 考虑到固化剂作为一种新型材料,此前还没有在其它铁路上应用的成功经验,而本试验段固化剂土实际行 车检验还不够充分,日后如果路基下沉引起固化剂改 良土开裂,势必难以修复,为确保肃黄段重载铁路的 可靠性,朔黄铁路公司反复研究决定,除在DK430 +500～DK432 +600等8段共14. 4 km采用石灰改良土加固基床表层外,其余路段采用填筑中粗砂内铺两布 一膜土工布柔性层加固基床表层 。

3. 2 复合土工合成材料加固基床表层方案 路基基床病害主要有翻浆冒泥和基床下沉外挤基床翻浆冒泥多发生在基床排水不良、 表面软化、 土 质较为密实的粉质黏土或风化严重的软质岩基床基床下沉外挤则是由于土质不良和水的作用造成基 床土软弱、 抗剪强度降低,导致基床剪切破坏显而 易见,采用粉黏土填筑基床表层,上述病害都可能发 生而在基床内铺设复合土工膜,则可起到隔离(隔 水、 隔浆、 隔碴)和排水作用,从而保证了复合土工膜以下的基床具有稳定的含水量和抗剪强度 自上世纪60年代,我国铁路部门开始研究将土 工合成材料用于防治翻浆冒泥,至今有近30年的成 功经验,土工合成材料的可用性与优越性已被认 可,积累了丰富的资料和数据,《 铁路路基土工合成材料应用技术规范 》(TB 10118 - 99)已于1999年3 月1日起施行 经过经济、 技术比较,朔黄铁路肃黄段,路基基 床表层除砂井地基采用换填渗水土和部分采用石 灰改良土地段外,其他地段均决定采用复合土工膜加固路基基床表层3. 3 施工组织原则 肃黄段应用土工合成材料多,范围广施工单位 制定作业指导书,详列工艺流程,施工组织设计要针对 特殊工序安排 人、 机、 料等资源配置。

监理单位要尽快熟悉新工艺,掌握检测和试验要点、 重点,把好各环节 各参建单位就最终方案,均要求拿出自己实施方案4 结束语朔黄铁路肃宁至黄骅港重载路基基床加固技术研究于2000年10月初开始, 2001年4月底结束, 各施工单位精心组织施工,铺设质量基本达到设计 要求,经过近5年雨季观察和50年不遇的大暴潮袭 击考验,基床排水良好,路基无明显沉降、 变形及基 床病害发生, 2004年应用于黄(骅南)万(家码头) 铁路,取得了明显的社会效益和经济效益 形成了包括软土地基加固技术、 路堤边坡防护技术、 基床 表层采用中粗砂夹两布一膜不透水土工布加固技 术、 利用盐渍土在盐池中填筑路堤技术、 滨海路堤 修建技术等为主的《 特殊土和特殊条件下重载铁路 路基修建综合技术 》,是《朔黄铁路建设与运营技术 》 的一部分, 2006年2月25日通过科技成果鉴 定,该成果总体上达到了国际先进水平,在重载铁 路盐渍土路基施工技术等方面达到国际领先水平, 为相同条件下工程施工提供了一项新技术。