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高速yabo88亚博app路堤改良填料现场试验研究

2015-07-15 08:36:22中国yabo88亚博app招标网

  高速yabo88亚博app路堤改良填料现场试验研究丁庭,周锡九,史培新(北方交通大学土木建筑工程学院,北京100044)填料的击实试验、小型承载板试验、无侧限强度试验及静三轴试验,并给出了部分试验结果。

  高速yabo88亚博app改良土填筑路基地基底层的现场试验是根据铁道部科技司京沪高速yabo88亚博app路基结构形式及填料改良优化研究科研项目进行的。京沪高速yabo88亚博app京徐段沿线分布的多为粉质粘土或砂质粘土,特别是粉质粘土属于C类填料,如不进行改良将会严重影响高速yabo88亚博app路基的工程质量。现场试验主要是对室内研究成果的检验,研究对不同改良土的拌和、压实方法和施工工艺,探索合理的改良土施工压实质量的检测方法。

  1现场试验的内容现场试验地点选择在朔黄线肃宁段。现场试验分两个阶段进行,即先检验室内试验效果并根据现场试验情况对原设计配比进行适当的调整。其次是现场检测,即检验不同类型的改良填料加固填土的效果,方法是通过小型承载板试验、无侧限压缩试验以及压实度试验对地基系数、无侧限强度q、压实度K及含水量ω等指标进行测定。

  北方交通大学学报1.1工地试验依据现场实地考察,试验地段路基改良填料中施工用土采用混合土。挖掘取土时竖向一次性取到预定深度,并适当掺和后运至施工试验地段,以免由于土质不同,影响试验结果。作为对比,也作了一些表层粘砂土改良填料的击实试验和无侧限抗压强度试验。根据设计要求,击实试验采用修正普氏标准,平均单位击实功2 687 J .击实试验各项技术参数见参考文献 .

  试验工点对各种改良土的配比优化提出了两种可供选择的方案,若在工地试验中按第一方案配比掺和的改良土无侧限强度不能满足设计要求,则采用第二方案配比设计。两种设计配配比方案石灰∶土水泥∶土石灰∶粉煤灰∶土水泥∶粉煤灰∶土比的比例 ,配比为质量百分比。

  考虑施工检测的准确和方便,分别确定各种改良土的两种设计配比中最佳含水量和最大干密度,比较不同添加剂对粉粘土物理性质的影响。

  无侧限抗压强度试验采用高径比为1∶1 ,直径为10 cm的大试件,按最大干密度的95 在标准模具中压制成型,养护7 d后测得无侧限抗压强度q 1 .2现场检测试验现场检测试验和施工工艺研究是这次试验研究工作的主要内容,除了对几个不同施工工艺的填筑效率和人员调配状况进行比较外,主要是对改良填料压实质量的检测和粉粘土改良后路基填筑效果的评价。同时,对不同的压实质量检测方法进行比较和评价。现场试验包括施工压实的含水量ω、密度ρ、压实度K的检测、地基系数K、无侧限抗压强度q、无侧限变形模量E以及三轴剪切强度C等试验。另外,还作了EDTA滴定试验以测定改良填料中添加剂含量。

  (1)小型承载板试验小型承载板试验是测定K的主要手段,它可以比较真实地反映压实土的强度和变形间关系,因而得到比较广泛的应用。首先用承载板试验对试验段路堤改良土以下部分进行检验。规范要求,路堤底部地基系数应不小于90 M Pa/m ,压实度大于90 .达到预定标高后,填筑改良填料,施工时每层填筑厚度以30 cm左右为宜。用承载板试验测定地基系数时,前三层每种填料随机选取两个断面,每个断面取左、中、右三个点检测。因同一种填料中两个断面的检测结果差别不大,所以,第三层填土以后每种填料取一个断面,检测三个点,左、右侧距路肩边坡均为1 .5m .对不同种类的改良填料,要求K(2)无侧限抗压强度和静三轴试验在施工检测试验中,无侧限抗压强度与三轴试验采用同一种试件,即试件的直径为3 .5cm ,高度为9 cm .制件条件尽可能地模拟现场路基填筑压实后的状态。无侧限和三轴试验的土样试件制件工作与承载板试验同时进行,首先,用核子密度仪或环刀(也可用灌砂法代替)测出K试验点的密度和含水量,然后按照土样模具的容积计算出每个试件所用土量,放入养护箱中养护。在现场测试试验中无侧限压缩试验采用小试件的主要目的是为了得到试件的应力应变关系曲线,统计改良土的无侧限变形模量E 50.该参数是无侧限强度一半处的切线模量,利用这个参数可更为简便地实现施工质量控制。值得指出的是,小试件的无侧限抗压强度试验结果可能偏小。无侧限抗压强度试验试件的养护时间为7 d ,三轴试件的养护时间有7 d和28 d两种,以检测各种添加剂的改良效果随时间的变化情况。室内设计要求现场改良土压实路堤养护时间为的28 d ,三轴强度不小于360 kPa .

  (3)压实度检测试验由于无机结合料改性的填料重塑性较差,因而对填料压实过程要求比较严格。对水泥和水泥粉煤灰改性土,由于水泥有终凝时间的限制,如果从拌和到压实完成的时间超过水泥的终凝时间,改良效果会大大降低。改良填料施工时,用核子密度仪对压实过程进行跟踪检查,检测压路机压实遍数与压实度的关系,找出最佳的压实遍数。另外在强度试验时为更准确地测量压实路基的含水量和密度等参数,还要用环刀或灌砂法与核子密度仪进行比较。实践证明,用核子密度仪测得的含水量和干密度与实际有一定的差距,但是环刀或灌砂法测量比较费工费时,而且还影响一些施工工序的进行。不同试验要求、不同场合应该用不同的试验方法。

  (4)灰份剂量测定试验(EDTA试验)为了保证各种添加材料拌和的均匀性,进行了改良土样的EDTA试验。以快速测定水泥和石灰稳定土中水泥和石灰的剂量,并检查拌和的均匀性。这一方法不受水泥和石灰稳定土龄期(7 d以内)的影响。工地水泥和石灰稳定土含水量的少量变化(2 )不影响测定结果。用这种方法能比较方便地控制掺和料中灰份的含量2试验结果和数据处理过程2 .1工地试验结果工地试验首先对土的各项物理性质指标进行分析,试验用土液限24 .5、塑限14 .7、塑性指数9 .8,根据我国yabo88亚博app土工试验规程,该土属于粉粘土,是C级填料,用作高速yabo88亚博app路基填料时必须经过改良,因而试验选材满足改良试验的要求。各改良填料采用第一种设计配比时的无侧限强度如表2所列。试验结果证实,第一种配比方案设计能满足试验设计的改良土强度要求,因而在实际施工时采用表1所列的第一种方案。考虑人为因素以及各种原因引起的材料损失,各种改良土添加剂的配比在具体施工时都应增加1 .

  类型土地试验结果设计规定值石灰土水泥土水泥粉煤灰土石灰粉煤灰土工地试验的另一个主要内容是击实试验,土的各项物理性质指标表明,不同的添加剂对混合填料最大干密度ρ和最佳含水量ω有不同的影响。和素土相比,添加剂的掺入使得填料的干密度ρ有所降低,特别是添加了石灰和粉煤灰的填料。相反,ω的变化规律则不是特别明显。图1是不同改良填料的击实曲线,可以明显看出石灰土、石灰粉煤灰土和水泥粉煤灰土干密度的减小。另外,从图1中可最直观地观察到不同改良土最佳含水量的变化,同素土相比,改良填料的最大特点是击实曲线变化平缓,最佳含水量点不明显,鉴于此,对此类改良填料在施工含水量控制时可以考虑将ω的变化范围适当扩大,而且在填土压实时,应使填料的含水量大于可供选择范围的最小值。

  2 .2现场填筑质量检测和试验数据整理(1)不同检测试验的数据处理方法在承载板试验中,根据加载荷载的各个等级和相应的下沉量,而后根据关系式K(MPa)计算出各检测点的地基系数。在改良土试验中,使用的胶凝材料是水泥和石灰,这两种材料的强度增长期均很长。水泥是水硬性胶凝材料,标准强度以28 d为基准石灰是气硬性胶凝材料,强度增长期更为漫长。进行K试验时距压实完毕后的时间仅约10 h ,这时检测出来的K明显偏低。特别是使用水泥的改良土, 10 h后正是强度高速增长时期,过12 h后再进行试验,K值就有明显的增加,所以测试时间的差异对K值还是有一定的影响的。

  同是一种填料,由于测试的顺序时间不同, K值也有差异。

  确定q和E的方法是采用拟合求导的方法,如图2所示,首先计算试样不同轴向变形时抗拉强度,根据计算结果作抗拉强度和轴向应变ε点图,然后用多项式曲线拟合。为保证曲线拟合的精度,在数据处理时采用三次多项式(图2中拟合多项式为:中求出土样的最大抗压强度。计算E时,对该多项式求导,用做图法求出最大抗压强度1/2处的应变值,代入求导后的式子就得到E 50.图2中拟合曲线相关系数的平方值达到0 .9992 ,能够反映应力应变关系的基本情况,曲线拟合的效果比较好。

  (2)现场检测试验结果表3给出了部分试验结果,实验点编号字母表示改良土类型,前面的数字表示路基填筑层数,后面的数字是该层中同一断面的不同位置。通过对各种检测试验结果的分析,表明试验段的施工检测工作基本达到了目的,实现了对路基填筑质量的控制。

  从试验结果看,首先,除了石灰改良土部分检测点的填筑压实度小于规范要求的95 以外,其改良土类型试验点物理性质指标力学性质指标灰分含量石灰改良土水泥粉煤灰改良土石灰粉煤灰改良土他实验点都满足要求。另外,各类改良土的地基系数K达到≥ M Pa的要求。三轴快剪试验也满足设计的要求。

  从试验结果看,凡是碾压完成后停滞一段时间再作检测试验的均明显高于碾压完成后立即进行试验的值。这说明改良土的强度在压实后随着时间增加而增大,但是若在填料拌和后不立即碾压则会使得压实后的改良效果不明显。资料表明,石灰水泥等无机结合料改良土的强度跟拌压间隔时间成降幂关系。故现场检测时得到的无侧限强度值较低。

  应当指出,无侧限强度试验和灰份含量测定的检测结果不太令人满意。这是由于施工拌和采用了路拌工艺,各个检测点的灰份含量差异较大。试验结果普遍高于设计配比,这和施工中拌和深度没有达到设计要求有关,正是由于实际施工中灰份含量较大,使得填料脆性变大,因而填土压实时在振动压路机强振条件下易于开裂、变脆。这正是路拌工艺的不足。

  3结束语本次试验主要是检测几类改良填料作为高速yabo88亚博app路堤填料时的各项特性,试验结果显示除无侧限强度试验值偏低以外,地基系数、压实度以及三轴快剪试验都满足设计要求,现场试验取得了一定的成果,在现场试验中也发现了下述规律:(1)改良填料在填筑含水量的控制和素土有差异,对普通土根据施工经验认为填料含水量应尽量控制在ω1 范围内。但在改良填料施工时,由于水泥和石灰和土中水发生反应,因此应使含水量稍高于最佳含水量以避免在震动压实时脆裂,破坏土壤结构。

  (2)采用路拌施工,添加剂的量不能很好的控制,只能估算,因而建议在规模施工时采用大型综合厂拌设备。

  (3)改良土压实后强度和密度都随时间的增长而增长,因而对各项指标的检测时间应仔细把握。在压实完成后进行试验要满足设计要求是比较困难的,根据现场观测,一般不是由于压路机械重量不足,而是由于改良土本身的脆硬性造成的。

   JTJ 057―94,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[ S] .

  杨广庆。高速yabo88亚博app路基设计与施工[ M] .北京:中国铁道出版社, 1999.21~32.

  尹华。对机械压实施工控制含水量测定的探讨[ J] .铁道建筑技术, 1999 , 102(4):1~3.

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