路基及支擋結(jié)構(gòu)作業(yè)

1、高速鐵路路基填料的選擇與改良摘要：鐵路的飛速發(fā)展對路基提出了新的要求。要保證鐵路高速、安全、平穩(wěn)的運行，必須對路基的變形進行嚴格的控制，與此直接相關(guān)的就是路基填料的選擇與改良。本文對路基填料的分類做了簡要介紹，提出了三種路基填料改良方法，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求驗證了其改良效果，并介紹了其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。：石灰土、粉煤灰、填料、高速鐵路1路基填料選擇與改良的相關(guān)背景我國幅員遼闊，鐵路經(jīng)過的地區(qū)比較復(fù)雜，路基作為鐵路的重要組成部分，直接承受列車的荷載及各種附加力，鐵路路基本體必須有足夠的強度和一定范圍內(nèi)的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎(chǔ)路基的設(shè)計得到越來越廣泛的重視，把路基作為土工結(jié)構(gòu)物來設(shè)計的理念

2、在路基設(shè)計中逐步得到體現(xiàn)。為了滿足鐵路需要，保證安全，提高鐵路路基質(zhì)量，鐵道部建設(shè)司近十幾年先后幾次對鐵路路基設(shè)計規(guī)范進行了修訂，在我國鐵路末”的要求，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有了很大的提高。式發(fā)展時提出了“強本簡高速鐵路列車的高速、安全、平穩(wěn)運行對路基變形提出了更高的要求，路基變形直接反映在軌面上，它對軌面的影響主要表現(xiàn)為垂直下沉，除路基自重產(chǎn)生的壓密下沉之外，在列車多次重復(fù)荷載下還產(chǎn)生累計變形(塑性殘余變形)，過大的或不均勻下沉將導(dǎo)致路基病害，造成軌道不平順，既加劇列車與線路的動力作用，也不利于列車的高速行駛。因此，填料工程性質(zhì)的好壞將直接關(guān)系到填料路基的質(zhì)量。為控制路基變形，京滬高速鐵路線橋隧站設(shè)計暫行

3、規(guī)定要求使用A，B 組填料或經(jīng)過改良的C，D 組填料。隨著國家鐵路的第六次大提速的完成，快速鐵路對路基的基床承載力與沉降變形要求更高。要達到高速、舒適、安全運行的目的，對線路來說必須確保軌道結(jié)構(gòu)幾何尺寸的高度平順和穩(wěn)定，而這依賴于給軌道結(jié)構(gòu)提供一個強度高、剛度大且縱向變化均勻、長久穩(wěn)定的路基。而僅局限于選線時盡量繞避不良地質(zhì)地段，避免深挖是不夠的，鐵路路基的填料選擇、沉降控制與觀測、路基的防排水能力，以及過渡段設(shè)計等方面顯得更加重要。其路路基的填料種類、壓實標(biāo)準(zhǔn)與鐵路路基的沉降控制有著密切的聯(lián)系。因此，本文就鐵路路基的填料選擇與填料改良這兩方面做簡要的介紹。2路基填料2.1 路基填料的基本要求

4、填料是指鐵路路基等土工建筑物的原材料。多年的工程實踐證明，填料質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到鐵路建筑物的強度的高低與變形，已經(jīng)越來越被工程界所重視。路基填料的基本要求有剛度要求強度要求水穩(wěn)性與排水性要求耐久性要求2.2 填料的分類根據(jù)填料的巖土工程性質(zhì)及其適用條件可以將填料劃分為以下五類：A 組優(yōu)質(zhì)填料，級配良好的碎石、含土碎石，級配良好的粗圓礫、粗角礫、細圓礫、細角礫，級配良好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫，級配良好的礫砂、粗砂、中砂、，含土礫砂、含土粗砂、含土中砂、含土細砂。B 組良好填料，級配不好的碎石、含土碎石，細粒含量 15%30%的土質(zhì)碎石，級配不好的粗圓礫、粗角礫、細圓

5、礫、細角礫，級配不好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫，細粒含量 15%30%的土質(zhì)粗圓礫、土質(zhì)粗角礫、土質(zhì)細圓礫、土質(zhì)細角礫，級配良好的細砂，級配不好的礫砂、粗砂、中砂，細粒含量大于 15%的含土礫砂、含土粗砂、含土中砂。C 組可以使用的填料，細粒含量大于 30%的土質(zhì)碎石，級配不好的細砂，含土細砂，粉砂，低液限粉土、粉質(zhì)粘土、粘土。D 組不應(yīng)使用的填料，高液限粉土、粉質(zhì)粘土、粘土。E 組嚴禁使用的填料，機土。2.3 不同類型填料的工程性質(zhì)（1）堅硬的石塊，如花崗巖、石灰?guī)r、石英巖等巖石塊體，最高的抗壓強度和抗剪強度，作為填料，浸水后強度不變，耐風(fēng)化、抗凍、抗磨，為最佳的路堤填

6、料。適用于各種氣候條件下的路堤，最適宜浸水路堤。在施工時，不應(yīng)亂堆亂填，否則石塊間的孔隙過大，可能引起沉落變性。A、B 類填料路基邊緣和邊坡的散落問題，以及壓實控制問題、坡面防護問題。（2）中砂、粗砂、礫石土、碎石土、卵石土，這些土體無粘聚力或粘聚力很小，其抗剪強度以內(nèi)摩擦角為主，這類砂石土體顆粒之間的摩擦系數(shù)大，壓縮性小，透水性大，強度不受含水量影響，是很好的填料，適用于浸水路堤。這類土體中如果粘性土含量較?。?5%），因顆粒之間無粘聚力，施工時在邊坡表面容易散落，因此應(yīng)該分層填筑。A、B 類填料路基邊緣和邊坡的散落問題，以及壓實控制問題，坡面防護問題。（3）粘土：土體抗剪強度以粘聚力為主，

7、內(nèi)摩擦角較小。土體浸水后，強度將大大降低。當(dāng)粘土的塑性指數(shù)小于 25 時，仍可以用作填料。當(dāng)塑性指數(shù)再大時，浸水后土體膨脹，干燥時龜裂，且冬季凍脹劇烈，雨季容易翻漿冒泥，因而不易用作填料。如果，不得不用時，只能用于路堤料包起來。，周圍用其它較好的填一般粘性土：包括粘砂土和砂粘土，其抗剪強度由內(nèi)摩擦角和粘聚力組成，強度的大小主要取決于土體密實程度和含水量，密實程度越高，強度越大；土體浸水后，其抗剪強度顯著降低，粘土顆粒含量越多，強度降低越顯著。這類土體分布廣泛，是常用的路堤填料之一。按規(guī)定夯填壓密后，得到足夠的強度和穩(wěn)定性，是較好的路堤填料。施工時宜在最佳含水量的條件下進行壓實。粉砂、細紗：這類

8、土的抗剪強度較低，穩(wěn)定性差。干燥時容易被風(fēng)蝕流散，遇到水時容易液化，是較差的填料之一。若不得不用時，應(yīng)該放緩邊坡，并應(yīng)該采取相應(yīng)的邊坡防護。由于這類土體容易發(fā)生振動液化，故不易用作浸水路堤。易風(fēng)化軟巖：這類填料在未風(fēng)化之前強度相對較大，所以在施工時不易被壓實，石塊間孔隙大。運營后，隨著時間的推移，巖石不斷被風(fēng)化，特別是遇水后，產(chǎn)生崩解，強度顯著降低，穩(wěn)定性較差，使路堤產(chǎn)生較大的沉陷，因而易風(fēng)化軟巖是穩(wěn)定性較差的填料。其它填料：如各種礦碴，當(dāng)其強度較大，并有良好的透水性時，也是較好的填料。淤泥、淤泥質(zhì)土、白堊及滑石類土等都是容易吸水，穩(wěn)定性差的土，因此，一般都不用作填料。填料。帶草皮的表層土體因

9、不易壓實，草皮易腐爛，一般也（8）特殊土類型填料，如膨脹土的脹縮性、黃土的濕陷性、凍土的凍脹融沉、鹽漬土的膨脹與腐蝕等，應(yīng)該注意其特殊性，予以考慮減小或消除特殊性質(zhì)對路基穩(wěn)定性的影響。2.4 路基填料的適用性判別高等級鐵路的路基填筑標(biāo)準(zhǔn)及對路基工后沉降的要求均遠高于普通鐵路。因此必須特別重視對路基填料的勘察、鑒定、分類工作，慎重對待取土場的選擇。對填料需嚴格把關(guān)，在勘察設(shè)計階段就應(yīng)當(dāng)作為一項專門的工作來進行，對其工程特性，適用性進行必要的試驗工作后作出專門的評價，以確定該取土場的填料用作路基本體或基床底層是否合格，否則需考慮改良土方案或變更取土場。由于地區(qū)不同，路基填料也千差萬別，根據(jù)鐵路路基

10、設(shè)計規(guī)范相關(guān)規(guī)定，對于巨粒土、粗粒土填料根據(jù)顆粒組成，顆粒形狀，顆粒級配、細粒含量、抗風(fēng)化能力等來分為A、B、C、D 組，細粒土填料根據(jù)液限含水量L 進行填料分組，當(dāng)L40時為粉土，為組，當(dāng)L40時為黏性土，為D 組，有機土為 EC組。根據(jù)京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定的有關(guān)規(guī)定，路基填筑質(zhì)量必須要滿足有關(guān)壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求，事實上不是所有的路基填料都能滿足這一點。通過運專線的實踐證明，的確不是所有的 A、B、C 組填料都能滿足高速鐵路的壓實要求。當(dāng)級配不良或黏粉比過小時就可能達不到壓實要求。這就要求在勘測設(shè)計階段和施工前對土源進行詳細判別。根據(jù)客運專線和高速鐵路有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，采用下列方法對填料進行判

11、別。粒土(礫砂、粗砂、中砂)當(dāng)級配連續(xù)，曲線平滑的粗粒土不均勻系數(shù)Cu12，Cc=0.84 時；與最大干密度相對應(yīng)的最小孔隙率 n31%時。如果能夠滿足以上兩個條件之一時，可初步判定該粗粒土能夠滿足高速鐵路路粒土(粉黏土)黏粉比m0.22；床以下部位的壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求。無側(cè)限抗壓強度 qu160KPa(或黏聚力 c65KPa)；不均勻系數(shù)Cu12，Cc=13。當(dāng)粉黏土符合以上三條中的兩條時，可以初步認為粉黏土能夠達到高速鐵路床以下部位的壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求。針對快速鐵路對填料及壓實標(biāo)準(zhǔn)的高要路求，一方面要在施工中積累資料，同時需要開展大量的室內(nèi)外試驗研究工作，研究制定填料適用性試驗方法與判別標(biāo)準(zhǔn)，建立

12、一套適合我國地域特點，適用于路基設(shè)計、施工的填料分類。3填料的改良及應(yīng)用3.1 填料加固與改良在比較平坦的地區(qū)，鐵路路基取土比較，傳統(tǒng)的做法是在考慮經(jīng)濟成本與可行性的同時，采取部分填料外運與集中挖坑取土或者薄取相結(jié)合，在集中挖坑取土后，再對取土場進行生態(tài)恢復(fù)，比如將取土坑留給當(dāng)?shù)匕傩者M行養(yǎng)魚等經(jīng)濟生產(chǎn)?；蛘哐鼐€與排水溝相結(jié)合，挖深拓寬排水溝。這兩種傳統(tǒng)方法由于簡單便于實施，得到了人們廣泛的認同，并在很多類似線路中得以應(yīng)用。而今，隨著科技發(fā)展，人們對生態(tài)環(huán)境保護意識的增強，在缺乏填料的地區(qū)修建鐵路時，傳統(tǒng)的取土方法被質(zhì)疑對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)的破壞過于嚴重，因此，對鐵路路基新型填料的探索一直沒有停止。3

13、.1.1 路基填料加固的方法機械方法(如壓實)壓實方法是一種最簡單、最基本的加固方法也是其他方法所必須用的技術(shù)措施。它通過一定的壓實功作用，使土粒及粒團相互靠近，土體空隙減少，增大密實度，降低透水性，提高強度與穩(wěn)定性，從而達到加固土體的目的。物理方法(如改善水溫狀況)摻加鹽溶液的方法主要是通過離子交換，降低冰點和提高表面張力等作用，使土的結(jié)構(gòu)得到改善，粘聚力得到提高，抗凍性有所改善，達到加固土體的目的。（3）加入摻加劑(粒料、粘土、鹽溶液、有機結(jié)合料、無機結(jié)合料、高分子化合物及其它化學(xué)添加劑)摻加無機結(jié)合料的方法是利用結(jié)合料自身以及結(jié)合料與土之間的各種化學(xué)反應(yīng)，在土體中形成網(wǎng)狀晶體，把土粒和土

14、的粒團連接成整體，來提高土的強度、剛度和穩(wěn)定性，達到加固土體的目的。摻加有機結(jié)合料的方法是利用各種低稠度的瀝青，煤瀝青或瀝青乳液與天然狀態(tài)的土(不加熱)拌和而成，依靠瀝青與土粒間的各種吸附過程以及在自然作用下瀝青的“稠化”過程，而使土體具有良好的粘彈性和結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性，達到加固土體的目的。摻加高分子的方法是通過單體在土中發(fā)生聚合反應(yīng)形成高度穩(wěn)定的高聚合物，與土粒之間以物理化學(xué)作用而形成堅強穩(wěn)定的鍵合，以達到加固的目的。（4）其他技術(shù)處理(如熱處理、電化學(xué)加固)熱處理方法是在高溫作用下使土的性質(zhì)和成分發(fā)生根本的不可逆的變化，獲得較高的水穩(wěn)定性和力學(xué)強度達到加固土體的目的。電化學(xué)加固方法是土體在長時

15、間直流電的作用下，發(fā)生一系列變化，使土的性質(zhì)改變，穩(wěn)定性提高，達到加固土體的目的。具體加固方法的選擇應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)使用要求、結(jié)構(gòu)物對加固的要求(強度、剛度、穩(wěn)定性)，摻加劑或材料的供應(yīng)情況、施工條件及當(dāng)?shù)氐耐列再|(zhì)等進行詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。3.2 改良填料的應(yīng)用近幾年，改良土在道路與鐵道工程中發(fā)展較快，尤其是無機結(jié)合料，例如用石灰、水泥改良的石灰土、水泥土、石灰水泥土以及二灰土(石灰粉煤灰改良土、水泥粉煤灰改良土)等，這些改良土具有較高的抗壓強度，且強度和模量隨齡期不斷增長，具有良好的穩(wěn)定性。3.2.1 石灰土3.2.1.1 石灰土作用機理石灰土強度形成的機理在于在細粒土中摻入適量的石灰，

16、并在最佳含水量下拌勻壓實，使石灰與土發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本的變化。石灰與土的相互作用一般分四個方面，第一是離子交換作用；第二是結(jié)晶硬化作用；第三是火山灰作用；第四是碳酸化作用。3.2.1.2 影響石灰土強度的灰質(zhì)對石灰土強度的影響石灰質(zhì)量應(yīng)符合 III 級以上，并要盡量縮短石灰的存放時間。在同等石灰劑量下，質(zhì)量好的石灰，改良效果好。實踐證明，應(yīng)用磨細的生石灰改良土效果好于熟石灰。這是因為生石灰在土中消解過程中放出大量的水化熱，促進了石灰與土之間各種反應(yīng)的進行。另外，剛剛消解的石灰具有較高的活性，有利于與土反應(yīng)。石灰劑量對石灰土強度的影響石灰的劑量對石灰土強度影響顯著

17、，石灰的含量較低時，石灰主要其穩(wěn)定作用，使土的塑性、膨脹性降低，初步具有水穩(wěn)性，密實度和強度得到穩(wěn)定。隨著劑量的增加，強度和穩(wěn)定性均提高。但石灰的含量超過一定數(shù)量后，過多的石灰將沉積在土中孔隙而不參加反應(yīng)會導(dǎo)致孔隙比增加、石灰土強度降低。因此，對于石灰改良土，存在最佳石灰劑量。含水量對石灰土強度的影響水是石灰土的重要組成部分，它促使石灰和土發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成強度。施工時水便于土的、拌和和壓實，并且有利于養(yǎng)生.不同土質(zhì)的石灰土各有其自己的最佳含水量。一般通過擊實試驗，來控制施工中的含水量，所用水應(yīng)是干凈的可飲用水。密實度對石灰土強度的影響石灰土的強度隨密實度的增加而增長。實踐證明，石灰土的密

18、實度每增減 1%，強度約增減 4%左右。而且密實的石灰土，其抗凍性、水穩(wěn)性也好，縮裂現(xiàn)象也少，所以提高石灰土的密實度具有重要意義。養(yǎng)生條件對石灰土強度的影響石灰土的強度是在一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)過程中逐漸形成的，而這些反應(yīng)過程需要一定的溫度和濕度條件。養(yǎng)生的影響包括養(yǎng)生條件和齡期兩個方面。試驗證溫和一定的濕度對石灰土強度的形成很重要。空氣養(yǎng)生過程中，石灰土試件的水分逐漸損失，因此其強度最低。恒溫恒濕條件下養(yǎng)生，試件的強度最高。實踐證明，暖和氣候是石灰土養(yǎng)生的良好條件。在夏季高溫天氣，石灰土的強度隨齡期增長很快。在秋末初冬低溫天氣，石灰土的強度隨齡期很少增長。在冬季負溫度的反復(fù)作用下，石灰土

19、的強度還可能顯著降低。石灰土的強度隨齡期的增長較水泥土慢的多。到 28 天齡期時，水泥土可達強度的 70%左右，而石灰土只能達到 30%左右的強度。石灰土的強度增長期很長，可達 8 一 10 年。(6)土的種類和成分對石灰土強度的影響石灰土的強度隨土中粘粒含量的增多和塑性指數(shù)的增大而增加。土中粘土礦物增加或塑性指數(shù)的增大，使得土的化學(xué)活動性增強，有利于石灰與土的相互作用進行。石灰土的強度隨土中有機質(zhì)含量的增多而減少。有機質(zhì)一般呈酸性反應(yīng)，使土的PH 值降低，再者有機質(zhì)本身的水穩(wěn)性差，遇水激烈膨脹，致使土體的強度降低。石灰土的強度隨土的PH 值增大而增大。土中溶液的堿性較大時，有利于土中硅鋁礦物

20、兩性氧化物等的解離，從而促進石灰與土之間的火山灰反應(yīng)以及其他化學(xué)反應(yīng)的進行。3.2.1.3 石灰土的優(yōu)缺點國內(nèi)外都在廣泛使用石灰改良土，這是因為石灰土具有如下優(yōu)點:石灰改良土具有較高的抗壓強度。強度形成好的石灰土是一種整體性材料，具有板體作用，并且具有較好的水穩(wěn)性。石灰特別適宜于其他摻入料不宜改良的塑性指數(shù)高的粘性土。石灰土是一種緩凝慢硬材料，從加水拌和到完成壓實的延遲時間 (2 一 3天)對其強度沒有明顯影響，便于施工。石灰土既可以用路拌法施工，也可以用集中拌和法施工，甚至用人工拌和。雖然石灰土具有以上優(yōu)點，但相對于其他摻入料的改良土，也具有一些缺點: (1)就一般的土而言，石灰改良土的強度

21、有一定限制，強度的可調(diào)節(jié)范圍不大。對于塑性指數(shù)較小的土，既使使用很大比例的石灰進行改良，也達不到很高的強度，并且對特定的石灰土存在一最佳含灰率，當(dāng)含灰率大于最佳含灰率時，強度反而隨含灰率的增加而降低。石灰土的收縮系數(shù)大，在相同條件下，石灰土較水泥土、二灰土的收縮裂縫嚴重，且石灰土遇水易軟化。石灰土的施工強度低于水泥土。主要是石灰土的早期強度低，在溫度較低時，其強度隨齡期增長緩慢。石灰土的水穩(wěn)性和凍穩(wěn)性較水泥土、二灰土要差。3.2.1.4 石灰土改良填料在實踐中的應(yīng)用（1）至孝感城際鐵路采用無砟軌道，對填料的要求高，而至孝感城際鐵路沿線能直接用于填筑的填料嚴重匱乏，沿線附近僅有少量填料只能滿足基

22、床底層的填筑要求，路基本體填料需采用膨脹土作為填料。通過改良試驗研究，確定膨脹土改良是否可以滿足本線的路堤本體填筑以及改良土的合適的摻灰比。天河機場附近膨脹土在摻入 6%生石灰改良后，膨脹土改良土可以作為無砟軌道鐵路路基本體的填料。通過改良試驗可以證明，石灰的摻入能有效地改善膨脹土的水穩(wěn)定性和力學(xué)性質(zhì)，而且改良效果是長期的。天河機場附近膨脹土在摻入 6%比例生石灰時，膨脹土的改良土可以滿足時速 200250km 無砟軌道鐵路對路基本體填料要求，但在實際進行填筑時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場填筑工藝試驗進行適當(dāng)調(diào)整。（2）新建鐵路鄭州至西安高速客運專線對路基填筑質(zhì)量和工后沉降提出了很高要求，由于該線路在三門峽市

23、轄區(qū)段處于低山丘陵區(qū)，沿線大部分地段通過黃土堆積的地貌單元，合格的A，B 組填料很少，若以黃土直接作為填料，一旦遇水由于黃土的濕陷性和水敏性將造成路基的承載力突然下降，壓縮沉降增大，從而不能滿足高速鐵路對路基強度和剛度的要求。若要采用黃土，必須在填筑施工中嚴格控制其含水量和壓實質(zhì)量，并在工程運營中采取適當(dāng)?shù)姆浪羲胧?。石灰的摻入能有效改善黃土的力學(xué)性能，石灰改良黃土隨著摻入量的增加，最優(yōu)含水量逐漸增大，最大干密度逐漸減小，擊實曲線較黃土平緩，可以使石灰在比較大的含水量范圍內(nèi)達到要求的擊實度，有利于施工中控制含水量，使其能滿足路基填料的要求。黃土中加入石灰后塑性顯著降低，親水性減弱，工程性質(zhì)得

24、到改善。石灰改良黃土在一定的壓實度下隨著含灰率增加，壓縮性減小，剛度增加，這會減小路基變形，有利于線路平順和高速行車的實現(xiàn)。密實度較高的石灰改良黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的峰值點，在達到峰值點以前曲線急劇上升，達到峰值點以后，土的強度隨應(yīng)變增加而降低。黃土經(jīng)石灰改良后塑性明顯降低，工程性質(zhì)得到改善。石灰改良黃土抗剪強度、無側(cè)限抗壓強度受密實度、摻和比以及齡期等的影響。石灰改良土存在最佳含灰率，盲目的加大或減小石灰含量，不一定達到最佳的工程效果，在大量應(yīng)用之前，應(yīng)在試驗基礎(chǔ)上綜合考慮確定合理的摻和比。3.2.2 水泥土3.2.2.1 水泥土強度形成機理水泥與土拌和后，水泥的礦物成分在土中先與水進行水

25、解和水化反應(yīng)，同時在溶液中分解出氫氧化鈣并形成其他水化物。當(dāng)各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成具有強度的水泥骨架。水泥土強度增長基于水泥與土之間的物理化學(xué)反應(yīng)，不僅有水泥的水化硬化，而且伴隨著土體與水泥水化物的相互作用。水泥土的強度主要有 4 個層次:土固有結(jié)構(gòu)，物理改良，水泥硬化，硬凝反應(yīng)。其中水泥硬化對強度的貢獻最大。土樣中影響水泥土強度發(fā)展的很多，如容重、含水量、孔隙比、塑性指數(shù)、塑限、粒徑、有機質(zhì)種類及含量、土樣的陽離子交換容量、土中可溶鹽的種類及含量、土樣PH 值、粘土礦物種類和非晶質(zhì)含量，以及非晶質(zhì)的鋁硅比等。3.2.2.2 水泥土材料要求(l)適合水泥改良的土的類型除有機質(zhì)

26、含量大及硫酸鹽含量大的土外，幾乎各種類型的土都可用水泥改良。但考慮到經(jīng)濟性和施工的可能性，實際上各國對適宜于水泥改良的土的顆粒組成范圍都有一定的限制。認為，含有 10%一 35%粉粒和粘粒的砂土和砂礫用水泥穩(wěn)定最好。英國認為，液限大于 45%、塑性指數(shù)大于 20%的土，用水泥穩(wěn)定是不經(jīng)濟的。我國公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范(JTJ034 一 93)中，對水泥改良土用作路面底基層有如下規(guī)定:土的顆粒級配如下表，且土的均勻系數(shù)大于 5，液限小于 40，塑性指數(shù)小于 17。實際應(yīng)用中，宜選用均勻系數(shù)大于 10，塑性指數(shù)小于 12 的細粒土。(2)水泥材料要求普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽

27、水泥都可用于改良土，但應(yīng)選用終凝時間較長(宜在 6 小時以上)的水泥?？煊菜?、早強水泥以及以受潮變質(zhì)的水泥不應(yīng)使用。宜采用標(biāo)號較低(如 325)的水泥。3.2.2.3 影響水泥土強度的(1)水泥成分和劑量對水泥土強度的影響：各種類型的水泥都可以用于改良土。對于同一種土，水泥礦物成分是決定水泥土強度的主導(dǎo)。在通常情況下，硅酸鹽水泥的改良效果較好，而鋁酸鹽水泥的改良效果則較差。當(dāng)水泥的礦物成分相同時，水泥土的強度隨水泥比表面積和活性的增大而提高。在硬化條件相似的情況下，當(dāng)水泥的礦物成分相同時，隨著水泥分散度的增大，其化學(xué)活性程度和硬化能力也有所增長，從而水泥土的強度也大大提高。水泥土的強度還在很

28、大程度上取決于水泥的數(shù)量。即隨著水泥劑量的增加，水泥土的物理一力學(xué)性質(zhì)也將顯著地改善，但不存在最佳水泥劑量。齡期(養(yǎng)生時間)對水泥土強度的影響水泥土的強度隨養(yǎng)生時間而增長，至少在齡期 1 一 2 個月之內(nèi)，在抗壓強度和試件齡期的對數(shù)間通常是直線關(guān)系。含水量對水泥土強度的影響水泥土混合料中的含水量對水泥土的強度有很大的影響。當(dāng)混合料中含水量時，水泥就要與土爭水。若土對水有更大的親和力，就不能保證水泥的完全水化和水解作用，發(fā)揮不了水泥對土的改良作用，影響強度形成。同時，含水量小，達不到最佳含水量也影響水泥土的壓實度。水泥正常水化所需要的水量約為水泥重量的 20%。對于砂性土，完全水化達到最高強度的

29、含水量較最佳干容重時對應(yīng)的含水量要小;而對于粘性土則相反。(4)試件尺寸及方法對水泥土強度的影響用水泥改良粘性土?xí)r，粘性土中的單個土顆粒較水泥顆粒小的多。因此，水泥不可能土顆粒。實際上，粘性土被后成為一個個小土塊。小土塊被水泥漿，然后在壓實作用下被壓成一整體。在水泥水化作用之前，整個土體的強度與粘土的粘結(jié)強度相同。但在水化作用之后，土體的強度將與相互連接的包裹水泥所形成的骨架結(jié)構(gòu)的強度有關(guān)。在這種情況下，整個改良土的強度隨土塊尺寸的減小而增大。從加水拌合到成型的延遲時間對水泥土強度的影響水泥遇到水就要開始水化作用。因此，水一旦加入到水泥土混合料中，就應(yīng)該盡快完成壓實。如果不立即進行制件，水泥就

30、會產(chǎn)生部分結(jié)硬作用。壓實時，為了破壞已經(jīng)形成的水泥的這種膠結(jié)作用，就要花費額外的壓實功，從而影響水泥土的壓實度，導(dǎo)致水泥土強度的損失。強度損失的程度與水泥水化的速度有關(guān)，而水泥的水化速度則與水泥的類型、溫度以及土的化學(xué)成分有關(guān)。因此，在施工實踐中，當(dāng)延遲時間長時，實際上是不可能達到較高的干容重和強度的。水泥劑量越高，影響程度越大，所以，在實際施工中，應(yīng)該使用拌合效率高的機械，并使拌合、整平、碾壓幾道工序緊緊相接，盡可能縮短從加水拌和到壓實的間隔時間，特別對路拌法施工特別重要。為了減輕延遲時間的影響，保證水泥土達到應(yīng)有的強度，美、英、法等國規(guī)定必須在加水拌和后 2 小時內(nèi)完成壓實。養(yǎng)生溫度對水泥

31、土強度的影響?zhàn)B生溫度對水泥土的強度有明顯的影響。養(yǎng)生溫度越高，水泥土的強度也越高。試驗表明:水泥改良粘性土的強度增長率隨溫度而增加，而水泥改良均勻砂的強度增長率卻保持不變。其原因可能是由于粘土與水泥水化時所出的石灰發(fā)生灰結(jié)作用的結(jié)果。因此，在試驗室內(nèi)評定某種材料是否適宜用水泥改良或根據(jù)抗壓強度確定應(yīng)該采用的水泥劑量時，試件應(yīng)該在一定的溫度下進行養(yǎng)生。這個溫度在寒帶、溫帶、帶、熱帶地區(qū)應(yīng)該是不一樣的。我國公路路面基層施工規(guī)程規(guī)定，當(dāng)按照強度標(biāo)準(zhǔn)進行水泥土的混合料設(shè)計時，水泥土試件必須在規(guī)定的溫度下進行保濕養(yǎng)生:在冰凍地區(qū)，此溫度為 20 土 2，在非冰凍地區(qū)，此溫度為 2327。實際上，在施工現(xiàn)

32、場水泥土的養(yǎng)生不是在恒溫下進行的。在一天內(nèi)，它要經(jīng)受中午前后的高溫和夜間的低溫的影響。晝夜的溫度差在不同的地區(qū)可能達 1015。由于養(yǎng)生溫度與抗壓強度不是直線關(guān)系，幾個小時的高水泥土強度的影響要比長時間的低溫影響大。(7)養(yǎng)生濕度對水泥土強度的影響?zhàn)B生濕度對水泥土強度也有影響。試驗證明:濕氣養(yǎng)生試件的強度高于空氣養(yǎng)生的試件的強度。特別是當(dāng)水泥劑量大時，養(yǎng)生濕度的影響更大。確定水泥土 7 天(或 28 天)齡期的抗壓強度時，有兩種方法:一種是水泥土試件經(jīng) 7 天(或 28 天)濕氣養(yǎng)生(或蠟封保濕養(yǎng)生)后，立即進行抗壓強度試驗，測定其抗壓強度。另一種方法是，水泥土試件經(jīng)過 6 天(或 27 天)

33、濕氣養(yǎng)生(或蠟封保濕養(yǎng)生)后，浸水 l天，然后進行抗壓強度試驗，測定其抗壓強度。實踐證明，對于水泥土試件，僅用濕氣養(yǎng)生的方法不能真正混合料的性能，只有采用濕氣養(yǎng)生后再浸水一天的方法才能真正混合料的潛在的性能。對于石灰土或其他化學(xué)材料改良土，同樣如此。因此我國公路路面基層施工規(guī)范規(guī)定，在對各種半剛性材料進行混合料組成設(shè)計時，試件經(jīng)過 6 天(或 27 天)濕氣養(yǎng)生后，必須浸水一天，然后進行抗壓強度試驗。3.2.2.4 水泥土的優(yōu)缺點水泥土的優(yōu)點:(l)強度高，穩(wěn)定性好，受水分變化的影響不大，而且其強度越高，穩(wěn)定性越好。(2)強度的可調(diào)整范圍較大，7 天的抗壓強度可在幾百千帕至 10 兆帕之間調(diào)整

34、。幾乎各種土都可以用水泥進行適當(dāng)?shù)母牧?。水泥土拌合既可以適用路拌法也可以使用集中拌和法或使用移動式拌合機沿線進行拌合，便于機械化施工。水泥土的缺點:水泥土在施工過程中容易產(chǎn)生收縮裂縫，特別是水泥標(biāo)號越高，裂縫越多。由于水泥的水化和硬結(jié)作用進行的比較快，因此對施工要求比較嚴格。要求在較短的時間內(nèi)(一些國家要求在 2 小時以內(nèi))完成從加水拌和到碾壓成型的幾個主要工序。(3)水泥土不適宜在雨季施工，或在雨季施工比較。(4)水泥土施工用水和養(yǎng)生用水比較多，在干早地區(qū)和缺水地區(qū)使用水泥土較多。3.2.3 粉煤灰材料3.2.3.1 粉煤灰材料強度形成機理粉煤灰是火力發(fā)電廠排出的一種工業(yè)廢渣，主要由三部分組

35、成，即由飛灰 (FlyAsh)，底灰(BottomAsh)和爐渣(Slay)三部分組成。飛灰是極細塵粒，它的數(shù)量約占粉煤灰總量的 80%，其中 45%的粒徑小于 0.01mm，粉煤灰一般指飛灰。粉煤灰的化學(xué)成分主要為氧化硅、氧化鋁。石灰、粉煤灰、砂(或土)按比例混型后，發(fā)生了物理、化學(xué)反應(yīng)，使他的抗壓強度提高。3.2.3.2 粉煤灰材料要求粉煤灰改良材料的質(zhì)量在很大程度上取決于被改良的材料。石灰粉煤灰適宜于改良礦渣、碎石、礫石、各種粒狀廢渣、砂等集料，也可改良粉土，但不適于改良高粘粒含量的細粒土。改良細粒土?xí)r細粒土宜采用塑性指數(shù) 1220 的粘性土；土塊的最大尺寸不應(yīng)大于 15mm；有機質(zhì)含量

36、超過 10%的土不宜采用。粉煤灰材料要求粉煤灰中 SiO2、Al2O3、Fe2O3 的總含量應(yīng)大于 70%，粉煤灰的燒矢量不應(yīng)超過 20%，粉煤灰的比面積宜大于 2500cm2/g。3.2.3.3 粉煤灰材料的優(yōu)點(1)節(jié)省取土、減少占地:公路路基填筑需要征地取土，合理利用工業(yè)廢渣修筑公路路基，既能夠節(jié)省取土，又減少占地。對粉煤灰如此利用，解決了熱電廠定期要花費大量的人力、物力進行儲灰池的和廢料的覆蓋，同時就粉煤灰本身與普通土比較，成本也較普通土低(包蘭線分析結(jié)果)，它還能減少地基處理費用 40%60%(高速鐵路地基處理費用一般大于路基總造價的 30%)，按我國現(xiàn)狀統(tǒng)計，每年排放的粉煤灰可填筑 100km 以上的高速鐵路(13m 寬，6m 高)，節(jié)省用地 12000 畝以上。(2)有利于提高