- 2022-04-26 发布 |
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文档介绍
京沪高速铁路填筑路基施工工艺与压实质量检验研究
西南交通大学硕士学位论文京沪高速铁路填筑路基施工工艺与压实质量检验研究姓名:计宝忠申请学位级别:硕士专业:土木工程指导教师:吴光;罗传义20031201n西南交通大学工程硕士学位论文第1页摘要高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好,并能抵抗各种自然因素的影响,在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内。选择何种经济、安全、有效的填筑施工工艺和质量检验方法以保证高速铁路的正常运营,是目前急需解决的问题,也是本文主要解决的问题。本文选择宁沪段代表性填料下蜀粘土,在室内改良优化试验的基础上,进行现场填筑试验,研究满足高速铁路路基技术参数要求的路基填筑施工工艺标准,包括改良填料的粉碎、拌和、压实工艺及质量检验方法等;从技术、经济上对不同类型壤料的路堤进行综合比较评价。最后在填筑路基的施工工艺参数、改良土压实质量检验验收标准等方面提出指导高速铁路路基设计及施工的有关建议。关键词:高速铁路:路基:填筑:施工工艺n西南交通大学工程硕士学位论文第1I页AbstractHighspeedrailwaymustprovidesalowertrackfoundationofhighkilterandstabilityforthehighspeedoftrains,butasthesubgradeoftrackcontracture,theroadbedmustbeofhi出strength,highrigidity,wellstabilityandendurance.Andalsoitshouldresistvariouseffectsofnaturalfactors.Itshouldselecteconomic,safeandeffectiveconstructtechnicsandwayofqualitytestSOastoensuretheordinaryofthehighrailway.Sonowadaysitiscurioustosolvethisquestion,meanwhileitisthisthesis’Smajorproblem.Inthispaper,itwasselectedtherepresentativefillingsofclayonNingHu.Onthebaseofmeliorativeoptimizationindoortest,wehavecarriedthroughthesitefillingtest,andalsostudiedthestandardsofsubgradefillingconstructtechnics,whichmeetsthedemandsofhighrailwaysubgradetechnicsparameters,includingcrush,mill,presstechnicsofmeliorativefillingsandwaysofqualitytest,andSOon.Comprehensivecompareevalumefromtechnologyandeconomytovariousoffillingsubgrades.Baseontheresultofanalysis,thenputforwardsomesuggestionsofdesignandconstructofhighrailwaysubgrade’Sinstructoraboutstandardsofsubgradefillingconstructtechnicsandtheparametersofhighrailwaysubgradetechnics.Keywords:highrailway;subgrade;fillings;constructtechnicsn西南交通大学工程硕士学位论文第1页1.1前言第1章绪论高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好,并能抵抗各种自然因素的影响,在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内。选择何种经济、安全、有效的填筑施工工艺和质量检验方法以保证高速铁路的正常运营,是目前急需解决的问题。1.2国内外研究现状1.2.1路基填料分类及质量控制要求1.2.1.1路基填料分类的依据及方法自然界的土是在各种不同环境下形成的,其成分组成、结构以及物理、水理、力学性质千差万别,再加之成土作用所经历的年代不同,因而土的种类繁多。在工程建设中为了正确评价土的工程特性,以便采取合理的设计、施工方案,必须对土进行工程分类。目前,同本、德国、法国等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。但对土质分类的原则基本类似,土质分类的依据主要为:土颗粒组成及特征、土的塑性指标、土中有机质含量。如:日本按颗粒试验(粒径大小试验,粗细颗粒试验)、稠度试验(液限、塑限)等土质试验结果,按土质分类的方法确定土的分类体系。我国《铁路路基设计规范》对填料土质也进行了较系统的分类,并根据其划分路堤填料组别。1.2.1.2国外高速铁路路基填料质量控制标准路堤填料必须满足:(1)压实施工容易;(2)压缩性小:(3)外力(列车荷载、地震、降雨)作用下保持稳定;(4)作为路堤上部填料还必须具有合适的弹性。日本对路堤不同部位填料的质量要求如下:上部填土:A组、B组,改良的C组、改良的D1组及改良的V组。下部填土:最大限度地就地取土,但是D2组以及以下类型的土原则上不可以使用:膨胀土、酸性白士、温泉余土等膨胀性岩土。蛇纹岩、泥岩等吸水膨胀易风化的岩石。高有机质土等压缩性高的土。冻土。使用的路堤填料不能满足填料所需的条件时,其处理措施之一就是进行改良处理。不满足条件的填料一般是指C组、D1组、vn西南交通大学工程硕士学位论文第2页组中的土。改良方法一般包括:水泥改良处理、石灰改良处理。1.2.1.3京沪高速铁路路堤填料质量控制标准按照《铁路路基设计规范》路堤填料分类标准,在《京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定》中,规定了路堤填料质量控制要求如表1-1所示:表1.1京沪高速铁路路堤填料质量控制标准一览表路堤上部(基床底层):A、B组填料及改良土。路堤下部:A、B、C组填料或改良土。1.2.2相关施工工艺为保证改良剂与粘性土拌和的均匀性,改良土拌和前应首先对原填料进行粉碎。粘性土的粉碎方法主要有两种:一是灰土破碎机粉碎,二是轮式拌和机粉碎,采用筛分法对粉碎质量检验结果分析表明,灰土破碎机的粉碎质量要优于轮式拌和机。改良填料拌和是改良土路堤填筑施工中非常重要的一个环节,改良剂与粘性土拌和的均匀性,直接影响改良土的实际改良效果。目前对改良填料拌和常用的方法归纳为两种:厂拌法和路拌法。对拌和质量检验可以采用EDTA剂量滴定分析方法。路堤填筑压实是路基工程的一个关键程序,有效地压实路堤填筑土才能保证路基工程的施工质量。改良填料或原填料经初平、整形检验合格后,就要对填料进行及时碾压。影响路堤压实的主要参数包括:填料含水量、松铺层厚度、碾压机械性能参数及碾压遍数、滞压时间等。各国对路堤填筑压实质量的检验方法及标准有所差别,但期望通过压实来满足路堤的稳定,减少沉降以及对基床要具有足够的刚度等这些目的是一致的。因此,从本质上讲,路堤填筑质量控制的重点应放在施工全过程的每n西南交通大学工程硕士学位论文第3页一道工序上,而填筑压实质量检验应尽量简单、快捷并有针对性,这也是各国不断探索压实质量检验新技术、新方法的主要目的。目前国内外对路堤压实质量检验基本可分为二类,一类是密实度检验,包括压实度、压实系数,相对密度、孔隙率等等。这些指标与土的基本性状有着直接的联系。因此,它能准确地反映填土被压实的程度,是路堤填筑压实检验中使用历史最久,应用最广的检验指标,检验方法主要有环刀法、灌砂法、核子密度仪法等。但这些物理指标仅能间接反映土层的力学性能,因此,除需检验压实系数以外,仍需检验被压实土体的力学指标;第二类是力学指标检验,主要包括地基系数K。变形模量、动态变形模量、动刚度,承载比试验等。由于它反映路堤填土的强度、变形性能。因此,可根据这些指标直接评价路堤的承载能力,判断能否满足线路上部结构对路基的要求。另外,影响填土力学强度最重要的因素是填料本身的物理力学性质,若单纯采用强度指标来评判压实质量是不严密的。而勘测设计过程中在选择填料时采用合理的力学指标来评判填料的质量是非常重要的。目前我国公路部门已经把承载比(CBR)试验作为路基填料选择的依据,并纳入相应的规范中。1.3选题意义高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好,并能抵抗各种自然因素的影响,在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内。发达国家通过对高速铁路几十年的研究和实践,为有效地控制路基工程的变形,在高速铁路路基结构形式、路堤填料质量控制要求及施工填筑压实标准等方面已经形成了系统的规范标准。我国将要建设的京沪高速铁路,通过吸收国外高速铁路的经验教训并结合我国铁路发展的现状,进行了大量的前期研究工作,并制订了《京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定》,在这其中,对京沪高速铁路路基结构形式、路堤填料质量控制及施工填筑压实等提出了严格的规定。同时对全线进行了多次勘测调查、可行性研究、初步设计及技术设计等工作。通过对徐州至上海段沿线填料分布状况的调查分析,可利用的填料可归纳4种类型:硬质岩岩块类、软岩及风化岩石碎块类、粉土类、粘土类。其中粘土类型填料沿线分布较广,数量大,是全线的主要填料类型。其岩性为第四系上更新统(Q3)粘土,这类高塑性粘土,工程性质较特殊,在普n西南交通大学工程硕士学位论文第4页通铁路中因其引起的路基基床病害相当普遍。常见的病害有:基床翻浆冒泥、路肩鼓胀、路堑侧沟壁挤出等。该类填料一般属c组填料,长江以北部分属D组填料。按照《京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定》大部分填料满足路堤下部填料质量要求,但符合路堤上部基床底层填料质量要求的数量较少,在技术设计中,多采用第四系粘性土经改良处理后用作基床底层填筑,徐宁段用于基床底层的改良土为604.5万方,宁沪段为486.1万方。因此,有必要研究并选择相关施工工艺和路基压实质量的检验方法,这对指导高速铁路的设计与施工,保证高速铁路的正常运营具有重要理论与实际意义。1.4论文研究内容及研究思路1.4.1论文研究内容(1)收集国内外相关资料。包括高速铁路路基结构形式,填料质量控制要求,不良填料改良方法及其填筑施工工艺,压实质量检验方法等相关资料。(2)现场调查取样。对镇江下蜀粘土进行室内试验,研究填料的物理力学特性。选择确定改良剂类型,进行室内改良配比、物理力学性质等项试验。(3)对下蜀粘土及其改良填料进行现场填筑试验。通过对水泥改良土、生石狄改良土、熟石灰改良土、加筋土、不改良土五种不同填料类型的现场填筑试验,从技术上、经济上、施工工艺等方面进行研究评价,对高速铁路的设计、施工提出建议和意见。(4)研究满足高速铁路要求的压实施工工艺及压实质量检验方法、评判标准等。对水泥、石灰改良土进行原填料粉碎、拌和的施工工艺的试验研究,提出合理的施工参数及评判标准。1.4.2论文研究思路选择宁沪段代表性填料下蜀粘土,在室内改良优化试验的基础上,进行现场填筑试验,研究满足高速铁路路基技术参数要求的路基填筑施工工艺标准,包括改良填料的粉碎、拌和、压实工艺及质量检验方法等;从技术、经济上对不同类型填料的路堤进行综合比较评价,提出指导高速铁路路基设计及施工的有关建议。n西南交通大学工程硕士学位论文第5页以上主要研究思路可以用图1一l表示:现场勘察取样H现场填筑试验研究H室内改良试验研究j&料粉碎T艺填料拌和T艺填料鹾实T艺填料压实质量歼究珂f究研究检验方法研究』i&料粉碎rT艺填料拌和工艺填料压实工艺填科压实质量}数参数榆验方法l京沪高速铁路路基填筑施工工艺压实质量检验方法图1-1主要研究思路流程图1.5主要工作及时间安排(1)收集国内外相关资料。大量收集相关文献资料,主要为国内外铁路、高速公路等有关道路工程填筑压实质量检验方法的标准、规范及最新的研究动态等等。(2)现场调查取样和室内试验。(3)现场填筑试验。(4)施II艺及压实质量检验方法、评判标准等研究。f51论文撰写n西南交通大学工程硕士学位论文第6页第2章工程概况2.1京沪高速铁路徐州至上海段填料分布状况及工程性质京沪高速铁路徐州至上海段经过江苏、安徽、上海二省一市,全长632Km,徐州至南京段主要位于黄淮冲积平原、淮河一、二级阶地、长江一、二级阶地和局部低山丘陵区。路基土石方工程中,填方为2970.21万方,挖方为331.18万方。该段路基填料分布情况如下:徐州至棠张段:路基填料均由鸡毛山和洞山两处集中取土,填料为白云质灰岩,属A组填料。棠张至大店段:设集中取土场七个,分别为曹村镇取土场、栏杆镇国艺场取土场、蚌埠铁路分局采石场弃碴、安徽白云矿弃碴、蒿沟孙瓦房取土场、大店镇昌圩子取土场、大店镇大顾家取土场。填料性质主要有:④第四系全新统(Q4)冲积砂粘土、粘砂土,属c组填料;③第四系上更新统(Q3)粘土,具弱膨胀性,属C、D组填料;③采石场弃碴,属B组填料。大店至大庙段:设集中取土场五个,分别为齐庄取土场、方坑取土场、陈坝取土场、王庄取士场、徐家岗取土场。填料性质主要为第四系全新统(Q4)和上更新统(Q3)粘土,分别属c、D组填料。大庙至珠龙段:DK254+000以北设集中取土场三个,分别为风阳殷涧镇一顶山取土(石)场、定远刘铺乡青岗取土场、定远岱山镇大董取土场。除风阳为钙质片岩,属A、B组填料,其它两处为第四系上更新统(Q3)粘土,属C、D组填料。DK254+000以南沿线利用挖方作填料,填料性质为花岗岩极严重风化层和千枚岩,属C组填料。珠龙至南京段:DK290+000以北移挖作填,珠龙至DK280+000沿线分布千枚岩、泥质砂岩、第四系上更新统(Q3)粘土,属C、D组填料。DK280+000~DK290+000沿线分布安山岩、石灰岩等属A、B组填料。DK290+000至南京,设集中取士场三处,分别为皖东水泥厂新庄采石场弃碴、蚌埠铁路分局滁州采石场弃碴、南京铁路分局南京采石场弃碴,三处弃碴主要成分为灰岩,属A、B组填料。南京至上海段主要位于长江及支流冲积阶地、宁镇丘陵区及长江三角洲平原区。路基土石方中:填方1513.3l万方:挖方434.70万方。该段路基填料分布状况如下:n西南交通大学工程硕士学位论文第7页南京至丹阳段:主要为移挖作填,填料类型有:第四系上更新统(Q3)粘土,属c组:石灰岩、石英砂岩等岩碴,属A、B组填料。泥质砂岩、页岩、长石英砂岩及闪长岩风化物,属c组填料。丹阳至常卅I段:集中取土场为镇江东坎山取土场,填料性质为:第四系上更新统(Q3)粘土,属c组填料。无锡至上海段:设集中取土场,为苏,Z'T市阳山取土场、其填料性质为:泥质砂岩、石英砂岩风化碎块夹粘性土,属C组填料、第四系中下更新统Q卜2粘土,属C组填料。从京沪高速铁路徐州至上海段填料分布状况分析,沿线可利用的填料可归纳如下类型:第一类:硬质岩岩块类:主要分布在丘陵区路堑挖方及采石场弃碴,岩性主要有:石英砂岩、灰岩、白云质灰岩、安山岩等等,该类属A、B组填料,级配良好时,可直接用于路堤填筑。第二类:软岩及风化岩石碎块类:主要分布在丘陵山区路堑挖方,苏州市阳山取土场等,成分为:千枚岩、页岩、泥质砂岩、长石砂岩,泥质砂岩及石英砂岩风化碎块,闪长岩、花岗岩等岩石风化物。该类填料一般应属c、D组填料。第三类:粉土类:主要分布在黄淮冲积平原,岩性为第四系全新统(Q4)粘砂土,砂粘土,属C组填料。第四类:粘土类:主要分布在长江高阶地岗地区及丘陵山坡坡脚附近,该类型填料沿线分布较广,数量大,是全线的主要填料类型,其岩性为第四系上更新统(Q3)粘土,通称:下蜀粘土,局部丘陵坡脚分布的属第四系中下更统(Ql~2)粘土。该类填料一般应属c组填料,长江以北部分为D组填料。综上所述,全线填料类型较多,但A、B组填料较少,大部分属C组填料,部分为D组填料。按照《京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定》大部分填料满足路堤下部填料质量要求。但满足路堤上部基床底层填料质量要求的数量很少,在技术设计中,一般采用经改良处理后的第四系粘性土用于基床底层填筑,徐宁段用于基床底层的改良土为604.5万方,宁沪段为486.1万方。因此有必要选择代表性工点进行路堤填筑试验。针对不同类型填料的试验资料,从技术、经济等方面进行综合评价。研究改良土粉碎、拌和及压实施工工艺的试验成果及路堤压实质量的检验方法。这对指导高速铁路的设计n西南交通大学工程硕士学位论文第8页与施工具有重要意义a2.2已有的基础研究工作通过对下蜀粘土物理力学性质的室内试验研究,认为含水量对土体的强度、变形模量有非常显著的影响,当其含水量接近最优含水量时,可以获得较高的压实强度和变形模量。含水量增大时,力学强度、变形模量明显降低。而当其在浸水饱和情况下,强度衰减幅度达90%左右。因此下蜀粘土属于一种水稳性较差的高塑性粘土,这种性质决定了用作高速铁路路基填料必须慎重对待。必须采取针对性的措施处理,如:在填筑施工中严格控制含水量,用作基床底层填料时宜采取改良或隔水措施,对其边坡采取加强防护措施。土壤改良是指在原土壤中添加某种材料,使之与土壤发生一定的物理化学反应,以改变原土的物理力学性质。路堤填料改良是将粉碎的土和其它添加剂、水进行充分拌合后,再用机械压实养护而形成稳定的路堤。目前常采用的添加剂主要有:石灰、水泥、粉煤灰、沥青、合成固化剂、合成树脂等。综合分析各种改良方法已有成果和经验教训,考虑京沪高速铁路沿线被改良土质的特性、料源、施工设备以及试验成果的推广前景等各种条件,本次室内改良试验选用的改良剂有:石灰(生、熟石灰)、水泥、固化剂、粉煤灰。代表性土样取自京沪高速铁路宁沪段镇江东坎山取土场的下蜀粘土。本次试验石灰(包括生石灰、熟石灰)、水泥与土掺合重量比分别为3%、5%、7%、9%四种类型,固化剂与土掺合质量比分别为2%、3%二种类型,粉煤灰与土的掺合重量比分别为10%、15%、20%三种类型。试验项目包括改良土的物理性质、粒度分析、水理性质、无侧限抗压强度和土的膨胀性指标测定等。n西南交通大学工程硕士学位论文第9页第3章现场填筑试验工程概况按照《京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究B(徐沪段)》科研合同要求,选择宁沪段代表性填料下蜀粘土,在室内改良优化试验的基础上,进行现场填筑试验。验证室内试验成果,研究满足高速铁路路基技术参数要求的路基填筑施工工艺标准,包括改良填料的粉碎、拌和、压实工艺及质量检验方法等。从技术、经济上对不同类型填料的路堤进行综合比较评价,提出指导高速铁路路基设计及施工的有关建议。为了达到上述目的,以满足试验工点地基条件与京沪高速铁路宁沪段相似,填料工程性质与镇江东坎山取土场下蜀粘土接近的要求为基本原则,经过调查、勘察,确定新长铁路海安~藕塘段DKl8+920~DKl9+220正线长300m作为现场填筑试验路堤,附近峭歧村砖瓦厂作为试验路堤集中取土场。3.1试验工程类型及完成主要工作量试验路堤填高4.67m~5.13m。路堤地基采用粉喷桩及塑料排水板二种地基处理方案。路堤填料可分为:水泥改良土、加筋土(A、B)、不改良土、生石灰改良土、熟石灰改良土五种类型。路堤地基处理在2000年4月20日开工,7月10日竣工,共施工粉喷桩8384m,塑料排水板58229m。粉喷桩加固段DKl8+930、+965两处路基中心设深层沉降仪,路肩处设沉降板进行地基土分层沉降观测和地表沉降观测:塑料排水板加固段DKl9+020、+050、+105、+135、+155、+185路基中心、路肩处设沉降板进行地表沉降观测;在各观测断面路基面设观测桩进行路基面沉降观测,DKl9+130、+150生石灰改良段路基本体内布置柔性传感器进行路基本体变形观测。试验路堤于2000年9月7曰开始填筑施工,历时74天,于11月22日完成全部土方填筑。共填筑土方21917m3。见表3-1:表3-1试验路堤填筑工程数量一览表里程范围填料类型施工方法及工程数量DKl8+920’+975水泥改良土路拌法1384m3;厂拌法2077m3DKl8+975’+995加筋土h直接填筑1279Ill31)K18+995。DKl9+070加筋土B直接填筑4952m3DKl9+070’+120未改良土直接填筑3475in3n西南交通大学工程硕士学位论文第10页注:加筋士^:每填筑三层铺一层土工格栅;加筋土B:每填筑二层铺一层土工格栅.3.2主要机具设备及测试仪器配置按照京沪高速铁路路基的技术标准和现场填筑试验确定的试验研究目的、试验研究项目、内容。首先对改良土的粉碎、拌和、压实、养生等机械进行了调研。结合施工单位的实际情况并根据试验路堤工程数量、工期及现场施工条件等因素,施工中选择了负荷大、功率高的大型施工机械,并进行了设备生产能力间的配套优化组合,旋工现场机具配置见表3.2表3-2施工机具配置一览表序名称规格型号数量序名称规格型号数量号(台、套)号(台、套)稳定十厂lYWCB-200A111装载机966Dl拌设各灰十破碎2PC-200l12装载机WL-501机轮式稳定3WBL21一II113自卸汽车EQl4021十拌和机4平地机PYl60Bl14小型自卸车FCIA2自行式振5YZl8GD一2l15电动夯实机HW402动碾拖式振动6YZTl6Bl16旋耕机5042碾7推十机T一140217三铧犁28推土机120118洒水车EQl41l9挖掘机TC一200219加长东风车110挖捌机18l1根据测试试验项目,对填筑现场和工地试验室的试验测试仪器进行了配置,如表3—3:表3-3测试仪器配置一览表序名称规格型号数量序号名称规格型数量号(台、套)光电式塑液核子湿度1Wx-2212MC一31限测定仪密度仪n西南交通大学工程硕士学位论文第11页无侧限抗压2l13灌砂仪由1502强度仪电热恒温干K30平板3214载荷试验2燥箱仪动态变形4土壤固结仪三联WG-2l15模量测试DBMl仪轻便动力5土壤击实仪重型216NlO2触探仪标准恒温恒深层沉降6YH一40B1172温养护箱仪钙剂量测定柔性传感711812仪器TB8分析天平(1/10009119沉降板24JJS00光电测距T2.Tcl69电子天平120l(1/lOOg)仪00精密水准10电动压力机NYL-200D121AN2l仪般表式电动11WE300B1压力机3.3原填料工程特性及改良的室内试验3.3.1原填料的工程特性通过对试验工点附近土源的现场调查、取样、室内试验,经综合比选确定工点附近峭歧村砖瓦厂作为试验路堤集中取土场。取土场的土属第四系(QM)粘土,褐黄色,硬塑,厚度大于5m。对该土进行了物理力学特性、胀缩特性等多项室内试验,主要物理力学指标见表3—4:n西南交通大学工程硕士学位论文第12页表:3-4物理力学指标试验结果汇总表\验数值一般值平均值、、\试验数值平均试验项爪试验项目、\一般值值\天然含水量19.79’22.0620.93无荷膨胀量(%)15.O天然密度1.94’2.062.00体缩量(%)(g/cm3)9.7天然孔隙比0.504’0.6910.598缩限(%)9.9液限(%)35.8’41.038.4压缩系数(ttPa)‘10.02’0.10.06塑限(%)16.1’18.317.2压缩模量(MPa)15.51’79.0547.28塑性指数无侧限抗压强度18.8’22.721.3766、786776(kPa)直C(kPa)179饱和无侧限抗压强剪度(kPa)中(度)颗粘粒查看更多