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1、铁路7 5 I 掐薹】 I 美词l 1 前言 双灰料填筑及加固既有铁路黄土 路基基床原理及应用 扬有海1苏在朝2 夏琼1 马学宁1 兰州交i 匝大学土木工程学院兰州7 3 0 0 7 0 2 兰州铁路局兰州7 3 0 0 0 0 本文对粉煤灰与石灰拌合料强度特性及水稳定性进行了研究，并将双灰料和双灰桩运用到 既有铁路黄土路基基床病毒治理及基床加固之中，取得了较好的技术、经济效益。 耪煤灰石灰路基黄土病害加固 在我国西北、华北等广大黄土地区，分布着数条铁路干线，如陇海线、兰新线、兰青线、宝中线、 煎延线、西康线、侯月线、神延线等。在这些铁路当中，黄土路基中基本上都是用新黄土甚至还有老黄 土填筑的
2、路基基床，一般都未经过加固处理，因此，均不同程度地存在着基床病害。在这些工程中，由 于黄土填料水稳定性很差”1 ，降雨入渗使基床表层填料强度降低很大，所以在礞季或每年春融季节基床 的病害很多。由于填士压实质量等原因，有些区段路基本体下沉量过大，原来设计的路拱基本上消失， 造成路基面排水不畅，加重了瘸害；管理养护部门基本上采用的是“路基沉，道碴填4 的处理措施，造 成道床厚度过大，严重影响线路稳定性。 本文结合宝中铁路路基防洪加固中，针对部分区段基床表层松散欠密和本体下沉过大，采用双灰料 填筑抬高既有路基面，恢复其设计高程；采用双灰挤密桩加固欠密的基床，增加其密实度，降低渗透性， 提高其剧度和承
3、载力，减小变形，驭达到整治病害的目的，满足铁路运输需要。 2 双灰料填筑既有铁路路基基床原理及应用 2 1 双灰材料工程特性 本文中所指的双灰材料系指将消石灰与粉煤灰按一定比例拌合，在最优含水量条件下压实达到一定 的密实度所形成。 双灰材料的工程特性，既不同于纯粉煤灰的，又不同于石灰。粉煤灰中含有大量的经过焙烧后的 活性S i 0 2 、A 1 2 0 3 、F e 2 0 3 等酸性氧化物，以及少量的C a O 等，其中前三种氧化物含量约占7 5 以上。 由于粉煤灰中C a O 的含量一般比较低，因而其自凝性较差，在抗剪强度方面表现为粘聚力值较低。 而生石灰中的化学成分主要是C a O 。这
4、两种材料经拌台压实后。在一定含水量条件下发生一系列永化 反应，所生成的水化硅酸钙( C a O - S i 0 2 n H 2 0 ) 、水化铝酸钙( C a O - A 1 2 0 3 n H 2 0 ) 以及水化铁酸 钙( C a O T F e 2 0 3 。n H 2 0 ) 等化台物为不溶于水的稳定结晶生成物，可以在空气和水中逐渐硬化，将 双灰拌合物中的固体颗粒胶结在一起，形成了较大的团粒结构，使得双灰拌台物的强度高于纯粉煤灰 的强度。 - 7 ，62 0 0 6 年中国交通土连I 程学术论文鼻 双灰材料强度特性表现为以下两个方面”1 ： 抗剪强度高。配合比为粉煤灰：生石灰= 7 ：
5、3 ( 体积比) 的双灰材料，其抗剪强度指标妒= 3 2 4 。， c = 1 9 6k P a ；而同条件下的人工压实黄土= 2 7 0 2 。，c = 4 9 5k P a 。 水稳定性好。压实系数日= O 9 5 时，饱和黄土= 1 9 8 3 。，C = 2 8k P a ；而配合比为粉煤灰：生 石灰= 7 ：3 的双灰材料在饱和时= 2 8 8 0 。，c = 1 2 7 k P a 。 由于双灰料的强度及水稳定性好于一般人工压实黄土，因此，在铁路周围若有燃煤电厂时，可以使 用双灰料换填铁路路基基床表层，对提高路基工作性能，保证线路稳定是十分有利的。 2 2 双灰料填筑基床表层工程应
6、用 宝中铁路于1 9 9 6 年正式交付运营后到1 9 9 9 年间，沿线很多区段路基本体发生了较大沉降，原 本设计的路拱已基本消失，路基面排水不畅，道碴陷槽、道碴囊、翻浆冒泥随处可见。为了保持线 路标高和轨道几何尺寸，工务部门在养护维修中大多采用。路基沉，道碴填。进行维护，致使很多 区段道床厚度过大，线路结构不稳定，养护维修工作量加大，在每年春融季节或夏、秋季节的每次 大一些的降雨过程中，线路都要发生较大变形，经常需要限速运行，在一定程度上影响了运输生产 正常进行。 在宝中铁路K 1 6 8 和K 1 8 3 附近，路基下沉变形量少则3 0c m ，多则达5 0c m 以上。道床厚度达到 9
7、 0 1 0 0 c m ，两处道碴囊现象较严重。在本次研究中，结合该线大中修项目实施，考虑到平凉市有平凉 电厂所排放的粉煤灰，加之该地区石灰资源丰富，经研究比较，采用了粉煤灰：生石灰= 7 ：3 ( 体积比) 的双灰料填筑基床表层部分，恢复路基面到原有设计标高。设计断面如图l 所示。 卜鲤墅寸 二- 厂_ ，厂 7 L 蠢 o 现路基面 圈1 双灰料填筑既有线黄土路基基床 施工程序及一般注意事项与其他铁路路基基床的病害整治基本相同”1 ，此处不再赘述。但有几点应 说明：对既有铁路存在道碴槽、道碴囊要彻底清理，防止雨水渗入后继续积聚和浸拖路基本体；选 用性能优良的新鲜的生石灰料，消解后与粉煤灰
8、拌台均匀，在最优含水量条件下人工压实填筑基床表层 部分，达到设计的密实度，要求拌台、压实含水量可选在1 7 2 5 左右；设置1 5c m 高的路拱， 以便于路基面排水。 上述加固方案在宝中线K 1 6 8 + 7 0 0 K 1 6 8 + 7 5 0 段和K 1 8 3 + 0 0 0 K 1 8 3 + 0 5 0 段各选5 0m 长进行 试验，从1 9 9 9 年底到2 0 0 5 年1 0 月现场观察和工务部门养护维修情况看，路基及线路结构稳定，无病 害现象发生，大大保证了运输生产正常进行，发挥了较好的技术经济效益。 3 双灰桩加固既有铁路黄土路基基床原理及应用 3 1 双灰桩加固黄
9、土路基基床原理 所谓“双灰桩法”，就是用施工机具在地基或既有铁路路基浅层填土中成孔，将拌合均匀的生石灰 铁路7 f 7 与粉煤灰混合料，分层夯填在所形成的孔洞中，形成双灰桩，用于对松散、软弱的地基土或路基浅层士 体加固。 双灰桩中所使用的材料为生石灰与粉煤灰。用双灰材料所制成的双灰桩，对地基土或铁路路基基床 加固的机理可以概括为以下几方面： 成孔挤密作用：若用沉管成孔或夯锤冲击成孔，在成孔过程中，对桩间士有挤密作用。对于非 饱和土，成孔挤密效果较好。而对于饱和软粘土，成孔挤密效果较差。 对于黄土路堤，因施工期间基床土体含水量不高，处于潮湿状态，因此，成孔挤密作用较好。 吸水、升温和膨胀挤密作用
10、：双灰材料中的生石灰能大量吸收地基土中的水分( 1k g 生石灰吸 水0 8 o 9k g ) ，同时产生大量的热。生石灰在水化过程中伴随有较大的体积膨胀，对桩闻土产生了巨 大的挤压力。这种吸水、升温和膨胀作用使地基土中的含水量下降，孔隙比减小，士体密实度提高，桩 间土抗剪强度提高，因而，提高了地基或路基基床承载力，降低了压缩量。 胶凝、离子交换及碳化作用：生石灰水化后生成了氢氧化钙( C a ( O H ) ：) ；当氢氧化钙浓度过高 时会产生沉淀而成为胶体，这种胶体中的一部分与士中二氧化硅和氧化铝等发生化学反应，生成水化硅 酸钙、水化铝酸钙等具有胶结性和水硬性的水化产物，将士颗粒胶结成紧密
11、结构；生石灰吸水生成的氢 氧化钙中的另一部分与土中C O ：反应生成碳酸钙，使桩周土结硬。这些作用使桩周形成了强痘较高的 硬壳层，提高了桩周土的承载力。 由工程实测资料得知，桩间土的轻型动力触探锤击数v - o 比加固前提高了4 5 击。 置换作用( 桩体效应) ：石灰与粉煤灰的混合料( 即。双灰”) 具有水硬性。由上节研究得知， 双灰料的抗剪强度远高于纯黄土的抗剪强度。以单轴抗压强度为例，配合比为粉煤灰：生石灰= 7 ：3 ( 体积比) 的双灰料，其R 。= 7 1 3k P a ；而同条件的压实黄土凡= 1 6 2k P a 。而在饱和条件下双灰料的抗 剪强度远高于纯压实黄土值。现场轻型动
12、力触探检测结果为双灰桩的v t o 平均值为4 9 击，而桩间士的 l o 为1 3 1 5 击。 因此，用粉煤灰与生石灰拌合夯实后所形成的抗压强度和抗压刚度较大的双灰桩，在黄土地基或黄 土路基基床加固中主要起置换作用。双灰桩与桩周土共同作用，形成复合地基，共同分担荷载，提商了 基床土承载力，提高了基床土抗变形能力，从而可以使上部线路结构保持相对稳定状态。 3 2 双灰桩加固黄土路基基床工程应用 在1 9 9 9 年7 月1 0 日，宝中线局部地区降雨，固原地区3 0 分钟降雨2 2 m m ，对路基工程形成灾害。 暴雨造成了二营三营区间K 3 0 0 + 4 7 5 + 8 0 0 段路基洞
13、穴塌陷两处。路基面排水不畅，雨水下渗， 造成路基下沉严重。同时，此段线路碴囊较深，翻浆冒泥现象严重。 经实测，测得此处地段路肩填土在O 5m 深的范围内平均压实系数口= O 8 1 ，远小于规定的压实系 数口= 0 9 5 ，这种填土属中、高压缩性填土。轻型动力触探捶击数平均值N l o = 8 2 击。因此，在大气降 雨中，基床士体软化现象严重，造成基床承载力不足，道碴陷槽，翻浆冒泥，以及路基下沉等病害，需 要对该区段基床进行病害整治及加固处理。 分析产生上述病害的原因，主要是黄土填料压实度不足，土体松散、密实度不高，黄土填辩水稳定 性差，大气降雨等形成的。经分析研究，决定采用双灰桩加固路基
14、浅层部分土体，提高浅层填料密实度： 同时，在路基浅层部分由双灰料及桩间士形成复合地基，以达到加固路基，提高其防洪能力，保证线路 稳定的目的。 所采用的双灰桩加固方案如图2 所示。桩径1 8c m ，桩长1 5 0c m ，采用粉煤灰：生石灰= 7 ：3 ( 体 积比) ，压实系数达到0 9 5 ，桩孔采用冲击成孔。 上述方案在1 9 9 9 年秋季施工完成后，经过2 0 0 0 年至2 0 0 5 年使用观察，在雨季，路基稳定，线路 变形量小，因此，减少了养护维修工作量，保证了铁路运输生产的正常进行。 7 ，82 0 0 6 年中国交通土建I 程学术论文集 4 结束语 床 肩边 来 头 心 床
15、 边肩 I I 断面图 ( 本图尺寸均以c m 计) 围2 或灰桩加嗣黄土路基基床设计示意圈 本文对粉煤灰与石灰拌合料( 简称。双灰) 强度特性进行了研究，得出其抗剪强度高于一般压实 黄土并且其水稳定性较好的结论；并将其应用到既有铁路黄土路基基床病害整治换填之中；应用双灰挤 密桩加固既有铁路黄土路基基床。这些措旆成功地运用，较好地解决了黄土路基基床病害整治问题，具 有较好的技术、经济效益，值得迸一步研究、推广。 I 】杨有海， 2 2 ( 3 ) ： 2 】冯海宁， 【3 】朱法明 参考文献 王丽琴，苏在朝，柴占聪重塑黄土的强度特性及影响因素的研究【J 】兰州铁道学院学报。2 0 0 3 3 8 4 1 龚骁南，杨有海双灰桩材料工程特性的试验研究【J 】土木工程学报，2 0 0 3 ，3 6 ( 2 ) ：6 7 7 1 正常行车条件下提速路基整治技术 J 】路基工程，1 9 9 9 年，( 2 ) ：1 3
