谈铁路路基水泥改良土施工技术

黄陵至韩城至侯马铁路（西安局管内）HHZQ-1标段为国铁Ⅰ级双线铁路，北塬至澄城（DK0+481.54～DK44+500）及新黄河特大桥(DK78+482），线路全长44.66km，包括迁改、路基、桥涵、隧道、轨道、房屋、其他运营生产设施、大临设施和过渡工程等。本标段路基处于黄土高原梁峁沟壑区，地形起伏，冲沟发育。施工范围内地层主要为第四系砂质黄土（Q3eol3），分布于地表，厚度大于20m，浅黄色—褐黄色，土质不均，局部夹有钙质结核，结构疏松，具针状孔隙及虫孔，中密，潮湿，Ⅱ级普通土，σ0=150kpa。工点处场地具有自重湿陷性，湿陷等级为Ⅳ级，湿陷土层厚度为10～30m。路基填筑前采用重型碾压、强夯或灰土挤密桩等地基处理形式进行处理后，再换填50cm厚的5%水泥改良土， 5%水泥改良土共30万m3，压实标准：路基基床以下水泥改良土地基系数K30≥100MPa/m, 压实系数K≥0.95。

2 改良土试验段设计

2.1 试验段概况

黄韩侯铁路HHZQ-1标二工区基床以下路堤换填水泥改良土试验段位于DK17+400～DK17+600段，试验段长200m，地形平坦，地势开阔，线路以低填浅挖形式通过，路堤中心最大填高4.1m，该段路基基床以下换填0.5m厚的5%水泥改良土垫层，基床以下路堤为C组填料，基床表层为5%水泥改良土，厚0.6m，基床底层为C组填料填筑，厚1.9m。该段路基基床以下换填0.5m厚的5%水泥改良土垫层即为此次填筑工艺试验研究对象。

2.2 室内试验

改良土施工前，首先对素土的物理力学性质指标、素土和水泥改良土的击实性质进行室内试验研究。

2.2.1 细粒土的物理指标试验

土源取自于DK16+405～DK17+170路堑挖方的粉质粘土，填料性质为C组填土，见表1。

表1 素土的各项物理力学指标

该段试验改良研究对象的是C组的粉质粘土，而粉质粘土分布范围很广，塑性指数相差很大。根据以往对粉质粘土化学改良的试验研究结果表明，对Ip＜10的粉质粘土更适用于掺加水泥进行改良。为更好的研究水泥改良土的施工工艺，该试验段选用土源均为一致路堑挖方取土地点，以限定所用素土塑性指数Ip小于10。

2.2.2 水泥改良土的时效性试验

填料最大干密度及最优含水率是影响压实效果的重要因素之一。为了更好的控制改良黄土填料的压实质量，缩小现场施工和室内试验的差异，在路基填料填筑压实前，进行5%水泥改良土不同击实延迟时间的重型击实试验，即水泥与土均匀拌合后分别延迟1,2,3,4,5h再进行重型击实试验。不同击实延迟时间改良黄土最大干密度和最优含水率的试验结果见表2，相应击实曲线如图1所示。

表2 不同时间间隔最大干密度及最优含水率

图1

由表2可知，随着延迟时间的增加，水泥改良黄土最大干密度先快速减小后并趋于稳定，最优含水率呈上升趋势。可见水泥改良黄土的最大干密度指标是个具有一定时效性的动态指标。由于《铁路工程土工试验规程》规定的击实时间（小于1h）与《铁路路基施工指南》规定的现场施工到碾压完成所用的时间（小于5h）相差较大，因此用即时试验得到的较高最大干密度衡量延时压实后检测得到的干密度，会存在很大的误差，有可能出现质量较好路基达不到规范及图纸设计要求的压实标准的情况（此类情况在本标段白水车站路堤填筑施工现场中已出现）。因此，考虑现场施工从拌合到压实完成的时间约为3h，改良土用水泥的初凝时间约3h45min，采用改良黄土拌合后3h击实得到的最大干密度（1.86 g·cm-3）作为现场压实度检测控制标准比较合理，相应的最优含水率为15.2%左右。

3 施工过程

3.1.1 工艺流程

基底平整碾压→测量放样→布格填土→摊铺整平→检测天然土含水量→布格、摊铺水泥→旋拌→检测含水量、深度→碾压→检测压实度→洒水养护。

3.1.2 布格上土与摊铺整平

根据松铺厚度计算每车料所摊铺的面积，然后用石灰在填筑底层画格子，格子的宽度依据每车卸料的摊开宽度和推土机的宽度确定一个合适的尺寸，布料时注意每车料都能卸在格子的固定位置，一般保持在格子上方居中处，所推开的长度基本一致，这样有利于保证填筑厚度统一，压实系数一致和平整度良好。

在两侧设置的指标桩上用红布条等标示推土机平整后的标高，推土机按标示出的高度进行填料初平，最后平地机进行精平。

依据试验配合比得出每格改良土水泥含量，水泥开始采用人工平铺，每格水泥平铺均匀后再用路拌机拌和均匀。上料长约50m后，推土机摊铺整平，要求摊铺后的平均厚度均匀，摊铺后的土料高度以指标桩为准。

3.1.3 混合料含水量控制

由于在水泥掺入后、拌和、摊铺、碾压等过程含水量均存在损失，经现场实测，综合含水量损失约在2%～3%，为了保证改良土在最优含水量的情况下碾压，素土含水量按较最佳含水量大3%控制。

当含水量偏高时，提前进行晾晒。

3.1.4 碾压过程

为确定水泥改良土的压实质量与碾压机械、松铺厚度及碾压方式的关系，试验采用不同碾压方式对不同松铺厚度的改良土填料逐层压实，松铺厚度分别选取25、30cm，压实机械主要为龙工-20t压路机，碾压方式遵循先两侧后中间、先慢后快、先静压后振压最后静压的原则进行。碾压完成后测定每个断面不同检测点路基填土含水率及干密度，取其平均值作为检测结果，并确定其最佳碾压方式。具体碾压方案及检测结果见表3、表4。

表3

表4

试验结果表明：强振碾压将导致改良土填料表面10～20cm范围内的土体发生剪切破坏及起皮、横向裂纹等现象，因此，水泥改良土填料不适合采用强振碾压。松铺厚度接近25cm时，采用静压与弱振相结合，强振至多一遍的碾压方式能取得较好的压实效果；当松铺厚度增大到30cm时，可适当增加碾压遍数以及强振遍数，以满足底层的压实。水泥改良土填料松铺厚度较薄或较厚时均不能取得良好的压实效果，在保证压实质量及适当的填筑效率前提下，一般控制在松铺30cm可取得良好的压实效果。最佳的碾压方式为静压1遍（基本稳定土体和压实表层），弱振1～2遍，强振2遍（保证深层土体压实），继续静压1～2遍（压实强振时被破坏的表层，并使之平整、光洁）。

3.1.5 养生

当一层水泥改良土填筑合格后，若不能立即填筑上层的或暴露与表层的改良土必须保湿养护。如果随即在其上面进行下一层的施工，可以不进行特别的养护。

养护采用土工布覆盖洒水的方式进行，养护龄期一般不小于7d。养护期间要保持表层面湿润，并严格禁止除洒水车外的任何车辆机械通行。

当改良土分层施工时，下层检验如压实度、平整度等指标合格后，上层填土能连续施工时，可留置专门的凝结期。

4 结论

（1）水泥改良土随着击实时间的延迟，最大干密度逐渐减小，然后趋于稳定，即具有一定的时效性。

（2）水泥改良土路基填料松铺厚度较薄或过厚均不能取得良好的压实效果，一般以30cm为宜；碾压4～5遍时压实效果最好；最佳的碾压方式为：静压1遍，弱振1～2遍，强振2遍，继续静压1～2遍；含水率过多或过少均不能达到较好的压实效果，含水率控制在15%的最优含水率附近的压实效果最好。

（3）在气温较高的时段施工时素土的含水量控制要比最佳含水量大3%，而在阳光不是很强或早晚时段，素土的含水量控制要比最佳含水量大2%。根据现场实践得出，夜晚室外湿度相对较大，更适宜进行改良土施工。

5 结束语

经过对路基基床以下换填5%水泥改良土的施工实践，能结合实际切实的总结分析出一套水泥改良土施工工艺方法，从而为今后黄韩侯铁路HHZQ-1标二工区所属路基工程即将开始的路基基床表层改良土的施工积累了经验。