高速铁路石灰改良路基的填料试验

高速铁路石灰改良路基的填料试验

目前，高速铁路以较快速度发展。为满足日益严格的高速铁路路基的变形要求，现急需找到对现有高速铁路路基适用的路基改良方案。本文通过理论与实践相结合的方法分析，对比石灰改良黄土前后的击实特性、压缩特性、强度特性以及其他工程力学特性的主要因素，为铁路路基的改良提供部分参考。

标签：铁路试验石灰改良路基填料试验

0 引言

现阶段，高速铁路要求在高速、安全、平稳运行环境下，满足比以往更为严格的要求，因此提出了进一步对高速铁路进行质量改良，以提升高速铁路的整体质量。铁路路基变形超限时，铁轨将垂直沉降，不但破坏了路基，也造成了路基经多次重复荷载下产生的累积永久变形，成为高速铁路的运行中的安全隐患。为此，工程施工时，须将提高铁路路基质量作为重要任务，改良路基主要从路基填料的质量提高方面着手。本文以黄土路基作为研究对象，黄土有湿陷性和水敏性，即黄土和水作用后，土质大大失去原有的工程性质，这对路基的承载力造成巨大不利影响，不但路面坍塌增大，造成路基强度和刚度的状况不良等不利影响。

文章从提出将石灰用于改良路基的方法，结合室内试验对添加石灰改良后的路基填料进行综合研究和检测，给出最终修改路基填料的实施方案。并分别进行石灰改良土的各项工程性质指标测试，最终得出综合性试验结论。

1 石灰改良路基土试验方案

1.1 试验原料。试验所需原料黄土呈黄色发白，具有大孔隙，土体疏松，其各项物理性质参数如下：天然含水量23.73%，比重

2.66，天然密度1.730g·cm-3，天然孔隙比0.910，压缩系数0.882MPA-1，液限34.5%，塑限18.7%，塑性指数15.8，无侧限抗压强度3

3.22KPA，内摩擦角10.82°，粘聚力17.19KPA。试验用会为消石灰，因其具备相当的干燥性和活性，其氧化钙、镁的含量也符合标准规定。

1.2 试验内容。采用石灰掺和比在10%以内，设三组对照试验。（分别设6%、8%、10%的石灰渗比量）和压实度按照90%和95%制备试件，在标准条件下( 温度20±2℃、湿度＞90%的恒温恒湿养护箱中) 分别养生7d、14d和28d。该试验过程严格遵守《铁路工程土工试验规程》(TB10102- 2004)进行。

1.2.1 击实试验。通过击实试验得到参数ρ干max和ω水是决定路基填料效果的重要指标。通过击实试验可以确立填料的压实特性，能有效控制路基填筑质量。试验采用重型击实标准，按不同比例分别制备试样五份，每份均为2.5kg，取略小于各种配比下改良土的塑限含水量6%～10%作为击实试验中值，另取高于中值的含水量或低于中值含水量的式样各两个，每个相差2%左右，加水闷料24h，该击实试验严格按照《无机结合料试验规程》试验内容进行。

1.2.2 液塑限试验。土体的液塑限指标Ip、IL是重要的衡量土体与水作用程度指标，可以间接反映土的状态。对石灰改良土液塑限试验本文采用光电式液塑限联合测定仪进行测定。

1.2.3 压缩试验。压缩性即确定土体刚度，是分析土体受力状态的重要指标。进行压缩试验时，可以获得不同配比改良土的压缩系数和压缩模量，以此来判断土体的抗折的能力，土体压缩性是路基结构稳定性的有力保障。该试验如下操作法：添加石灰后测定土壤的最佳含水量ω水和最大干密度ρ干max制备试件，养生28d后，测其在直接压缩、压缩后浸水测湿陷系数和浸水饱和后再进行压缩试验三种条件下的压缩系数、压缩模量、湿陷系数。

1.2.4 强度试验。强度是衡量土体的重要指标之一。确定改良路基的强度，有助于分析改良效果及改进方向等。石灰改良土强度性能测试一般通过无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验来实现。本文按无侧限抗压强度试验方法，采用改良土重型击实试验结果，以静压法制备试件，通过7d、14d、28d龄期的养护，经浸水饱和(即将试件浸入温度20±2℃的水中24h) 后进行对石灰改良土的强度试验，得出相关结论。

2 石灰改良路基土试验评价

2.1 路基改良土的击实性。结合黄土及石灰改良土的击实曲线图和击实特性与石灰掺量的关系曲线图，分析结论如下：随着石灰掺入量的增大，石灰改良土的最大干密度减小，最优含水率增大。石灰改良土的最大干密度比黄土小，最优含水率比黄土大。这说明了试验过程石灰与土拌合后，细小的颗粒通过凝聚和絮凝作用结合成大颗粒，土体结构发生明显改变，加强了土的密实性，及其相关工程特性，使得压实性也大幅度提高。加上石灰与土的水化反应消耗了水分，低颗粒间的摩擦阻力不受太大变化。

2.2 土質的液塑限的变化。结合石灰改良土的液塑限与石灰掺和比的关系曲线一图，得出结论如下：石灰改良土中，石灰与土发生强烈的相互作用，通过离子交换，使细颗粒形成团粒结构。不难发现，石灰土的塑性指数和掺入石灰剂量间呈负相关关系。其原因是石灰土塑限的提高所致。可见在黄土中加入一定量的石灰后，塑性显著降低，亲水性大大减弱，黄土与水作用后的工程质量有所提高。

2.3 路基改良土的压缩性。由不同石灰掺合比、不同密实度的石灰改良土在进行标准养护28d 后的试样后进行压缩试验得出的如下结论：石灰在黄土中作用降低土的压缩性。一定程度减小土的孔隙率，改善黄土的湿陷性。试验说明，同一石灰掺和比下，随着密实度的增加，压缩系数减小，压缩模量增大。石灰改良土在渗入10%左右的含灰率时达到最高，即与石灰添入量的增加而增加。试验的压缩系数减小趋势

不明显，这主要是因为不同掺和比的石灰改良土是在各自的最优含水量下制备的，即存在含水量的差别，引起压缩系数与石灰量之前的变化。

2.4 路基改良土的强度特性。强度试验结果表明：①原本黄土的应力应变特性及抗剪强度特性得到明显改良。石灰改良土在强度、弹性模量方面明显增强，塑性显著降低，工程性质得到改善。②据观察，石灰的渗入量影响路基土的抗剪度。当渗入一定少量石灰，土质发生初步变化，对土的塑性、膨胀性有一定抑制作用，初步具有水稳性，密实度和强度的稳定。接着观察试件某的石灰量相对较大，路基土的强度和稳定性均有一定程度的提高。根据对比各试件的实验数据，发现路基土的强度和稳定性在达到某个石灰渗入量时，趋于峰值。分析表示多于的石灰将沉积在孔隙中而不参加反应，是导致路基土强度下降的原因。这可见，对改良后的路基土的含灰率是有严格控制要求范围的。③龄期对改良土强度的影响。随着养生龄期的增加，改良土的强度在不断提高。并且改良土的强度增长期较长，而且在低温环境下强度增长缓慢，工程中在养护时应严格控制温度范围。④密实度对石灰改良土的抗剪强度影响。在相同条件下进行的试验中，发现随土体密实度的增加，试件破坏时的大主应力值随之增加，抗剪强度指标也相应增加，其中内摩擦角增长幅度较小，而粘聚力增长较明显。由此可见，高密实度的试件其强度值较高。

3 结语

总的说来，石灰改良黄土，效果不错。不但改善了黄土原本的湿陷性和水敏性，还帮助提高了其他工程性质。如对土体液限和塑限提高，水稳定性的范围增大，增加了石灰渗入量，改良土最佳含水量等，使最大干密度减少；掺入石灰后，土的压缩模量普遍提高，压缩性系数普遍降低，同时均未出现黄土的湿陷；石灰改良黄土的无侧限抗压强度随龄期的增长而增长、随土质的孔隙率减小而提高。改良土强度随一定程度的石灰量而增长，达到某个限定值改良土的强度达到峰值。综上分析，石灰改良黄土试验的改良效果十分显著，应广泛应用于路基土质的改良上。

参考文献：

[1]赵青海.梁波.马学宁.高速铁路石灰改良路基填料试验研究[J].铁道科学与工程学报.2005.12.

[2]毛红梅.高速铁路石灰改良黄土路基填料试验研究[J].山东交通科技.2010.

[3]程平.生石灰改良高速公路膨胀土路基的试验研究[J].2002.