6高速铁路路基填料

首先，不同的土成分对火山灰 反应其这至关重要的作用。研究表 明，其火山灰反应的氧化物只是具 有活性的二氧化硅和三氧化二铝， 这些活性的氧化物与石灰作用，生 成凝胶物质，而那些非活性的原生 矿物，如石英、云母、长石类在碱 条件下是不发生反应的。
因此经过物理的和化学的作用，石 灰改良土发生团聚，由于胶凝物生 成，构成了凝胶团聚结构。随着龄 期的增长，棒状及纤维状结晶体形 成，并不断生长，构成了结晶体的 网架结构。随着龄期的继续增长， 胶凝结构层加厚，结晶的网架结构 加密，形成了胶凝——结晶的网状 混合结构。
•图6-9 基床表层填筑施工工艺流程
1）验收基床底层区段 测量中线水平，检查几何尺寸， 核对压实标准，使其达到基床底层验 收标准。对不符合标准的基床底层进 行修整，使其达到基床底层标准要求。
2）拌和运输区段 （1) 基床表层搅拌采用厂拌，原材 料必须进行材质及级配试验，材质及 级配均要符合设计及规范要求。 （2) 正式拌和前，必须先调试所用 厂拌设备，使混和料的颗粒组成及含 水量符合规定要求。
• （3)碾压采用振动压路机，先静压 后振动碾压，碾压要遵循先轻后重、 先慢后快的原则。直线段由两侧路 肩向路中心碾压，即先边后中；曲 线段由内侧路肩向外侧路肩进行碾 压。碾压时沿纵向重叠0.4m，横缝 衔接处应搭接，搭接长度不少于2m。
4）检测试验区段 （1）基床表层检测：按照基床表 层压实质量标准及检测方法和频度进 行检测。基床压实若达不到要求，要 分析原因，重新补压，直到满足要求。 （2）基床表面修整养护：局部表 面不平整要洒水补平并补压，使其外 形质量达到设计要求。已经施工的基 床表面禁止任何车辆通行。
• 石灰改良土早期强度的形成关键在于离 子交换和火山灰反应的程度大小。 • 根据离子交换反应的原理，土颗粒上进 行反应能力的大小之一是取决于土的表 面积的大小，二是取决于土的交换容量 的多少。当石灰中的钙离子与土粒之间 发生离子交换反应时，交换的部位都是 在土颗粒的表面上进行的，所以，土粒 的表面积越大，可交换的部位也就越多， 从而造成的效果也就越显著。
18.4 16.5
14.6
18.5 12.6 12.7 18.0 13.2 12.6

15.8
17.6 12.4 12.6 18.0 13.0 12.4
15.3
19.2 12.5 12.9 18.7 13.0 13.2
15.2
18.8 12.8 12.8 18.2 12.9 12.8
126
128 142 130 120 182 120
（3) 拌和好的混和料要尽快运到铺 筑现场，并进行碾压。用平地机摊 铺混和料的，根据运输车的运输能 力，计算每车混和料摊铺面积，等 距离堆放成堆；用摊铺机摊铺的， 则与摊铺机能力相互协调，减少停 机待料情况。
3）摊铺碾压区段 （1)基床表层摊铺第一层采用 平地机进行摊铺。用平地机将混和 料按松铺厚度摊铺均匀，对不均匀 处及坑洼处人工进行调整。 （2)基床表层摊铺第二层，采 用摊铺机进行摊铺。摊铺方法由试 验段确定。
• 离子交换反应使泥土胶体絮凝，土 的湿坍性得到了改善，使石灰土获 得初期的水稳性；碳酸化反应与火 山灰反应对提高石灰土的强度与稳 定性起决定性作用。当他们的生成 物处于胶凝状态时，石灰土结构属 凝聚结构，随着结晶网架的形成， 逐渐向结晶缩合结构转化，其刚度 不断增加。
水泥土强度形成机理
• 水泥与土拌和后，由于土的影响，水 化反应进行较缓慢。水泥的矿物成分 在土中先与水进行强烈的水解和水化 反应，同时在溶液中分解出氢氧化钙 并形成其他水化物。当各种水化物生 成后，有的自身继续硬化形成水泥骨 架具有强度；有的则同有活性的土进 行反应。
编
压实方法
n′（核子密度仪） 第一天 第三天 18.0 15.2
n′（灌水法） 第一天 19.2 17.3 第三天 19.2 16.8
K30/Mpa/m 第一天 112 135 第三天 163 196
静压2+弱振1+强振 2+弱振1+静压2
1# 静压2+弱振1+强振 3+弱振1+静压2 静压2+弱振1+强振 4+弱振2+静压2 静压2+弱振1+强振 2+弱振1+静压2 2# 静压2+弱振1+强振 3+弱振1+静压2 静压2+弱振1+强振 4+弱振2+静压2 静压2+弱振1+强振 2+弱振1+静压2 3#
185
172 221 189 164 234 186
静压2+弱振1+强振 3+弱振1+静压2
静压2+弱振1+强振 4+弱振2+静压2
级配碎石的配合比宜选为20～40mm 碎石：10～20mm碎石：小于10mm砂砾 =25:25:50或30:20:50。 不宜20:30:50
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，过大的含水量会浸软基床底层填 料，从而对碾压后的测试结果产生很 大影响，因此级配碎石宜随拌随用。
高速铁路路基填料 选择与施工技术
基床表层
• 级配材料的准备 级配材料可外购碎石和石屑。 或采用天然的砂卵石或砂砾破碎配 制。 分20～40mm,10～20mm，10mm以 下三种集料。
破碎机
品种调整 ＞4cm
加
水
给
料
一
级
斗
振
动
2~4cm 二 ≤4cm 拌 配 级 1~2cm 1~2cm 双 合 料 层 ＜1cm ＜1cm 机 斗 振 动 筛
•
在细粒土中掺入适量的石灰，并在 最佳含水量下拌匀压实，使石灰与土 发生一系列的物理、化学作用，从而 使土的性质发生根本的变化。 一般分四个方面，第一是离子交换 作用；第二是结晶硬化作用；第三是 火山灰作用；第四是碳酸化作用。
• 离子交换后使粘土胶团双电层中的电 动电位降低，扩散层减薄，增加了土 粒间的范德瓦尔力； • 火山灰反应将生成含水硅酸钙、铝酸 钙等胶凝物质； • 石灰碳化后变为碳酸钙晶粒； • 石灰结晶是指氢氧化钙由原来的松散 的无定型状态变为晶体状态，只要有 水和空气存在，不论石灰土混合料处 于松散状态或密实状态，
物理吸附 离子交换 水泥水化
粘土 Ca2+ CaO，
OH CSH
CSH
粘土 Ca(OH)2
减 少
物理吸附离子交 换 物理改良 土 硬凝反应 CSH CSH等水化物
图1
水泥硬化反应模式示意图
水泥与粘土拌和后，水化产生Ca(OH)2和 CSH等水化物，Ca(OH)2随即被土质吸收。 如果水泥土孔隙水仍处于Ca(OH)2过饱和状 态，则CSH等水泥水化物将正常生成；且由 于有充裕的Ca(OH)2存在，土中活性物质变 得以与Ca(OH)2进行充分的硬凝反应，生成 CSH等水化物。在这种情况下，水泥土可得 到较高的强度。
几点体会
• 级配碎石的大小颗粒配比对施工质 量有重要影响，只有通过试验才能 确定不同粒径的配合比。 • 严格控制填料的含水量，并通过试 验确定合理的碾压遍数。 • 采用颗粒间孔隙率n′控制级配碎 石的压实质量更为合理。 • 含水量对K30的测试结果有重要影 响。
基床底层改良土施工技术
石灰土强度形成机理
合理的碾压遍数
• 基床表层下层：先静压2遍，再弱 振1遍，强振3遍，弱振1遍，最后 再静压2遍收光平整表面。 • 基床表层上层：先静压2遍，再弱 振1遍，强振2遍，弱振1遍，最后 再静压2遍收光平整表面
施工控制
• 级配碎石铺筑碾压的含水量应在3.5%以 上。小于3.5%时，一则碾压困难，二则 地基系数 K30和颗粒间孔隙率n达不到 要求。考虑水分损失，生产时含水量可 适当提高1~2%。含水量为3.5~5%时，碾 压后马上达到很高强度，达到地基系数 检测要求所需放置时间短，在2天以内。 含水量为7~8%时，碾压后不能很快达到 很高强度，达到地基系数K30检测要求所 需放置时间在3天左右。
火山灰反应生成的产物是一种具 有很高水稳性的凝胶物质，依靠这种 产物将土的颗粒胶连、包裹在一起， 形成石灰土的早期强度。影响这一过 程的因素一是取决于外因条件，如周 围环境的温度和湿度，石灰的质量与 剂量；二是取决于内因条件，主要是 指土自身的土质因素。当外界条件充 分满足的条件下，内因即土质因素就 起着决定性的作用了。
改良土的施工要求
改良土的施工目的是要得到一个 掺入料剂量符合规定、水和掺入料分 布均匀、密实度大的混合料，经过养 生后，改良土成为一种结硬的整体性 材料，而且表面平整、具有规定的路 拱，能满足结构的使用要求。
改良土的施工拌和方法
• 第一种方法是就地拌和法或称路拌法。采 用这种方法时，先将要改良的土（沿线路 挖的就地土或从附近取土坑中挖的经选择 的土）摊铺在下承层上，整形后在上摊铺 掺入料，然后用拌和机进行拌和，并进行 整平和压实。 • 第二种方法是用移动式拌和机沿线路拌和。 这种方法经常用于大的工程，在美国使用 的最多。
上述4个物理化学变化总是不断进行，直 到石灰中的活性氧化钙、活性氧化镁反应完毕 为止。石灰本身的碳化与结晶作用主要是石灰 自身反应的结果，反应的程度与土质的变化影 响不大。即无论石灰与何种土进行改良加固， 只要石灰剂量保证，石灰的剂量满足要求，石 灰的碳化与结晶过程是不会有太大的差异的。 离子交换、火山灰反应不仅受石灰质量、剂量 的影响，而且土本身的各种性能将显著地影响 到这两种作用的程度和结果，不同的土质与这 两种反应过程会有显著的差异。
2~4cm
出 料 斗
筛
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.01 《规范》下限 《规范》上限 1# 2# 3#