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1、铁路过渡段改良级配碎石试验研究黄佑军 赵 群 路郑郑摘要：高速铁路过渡段采用的填筑材料为级配碎石掺5%水泥，受到不均匀沉降及列车动荷载的作用后倒梯形过渡段与路堤本体结合处易出现级配碎石填筑体断裂，最后影响与路基间的平顺过渡，对高速铁路路基整体平顺性产生不利影响。为解决以上的问题我们在过渡段填筑中引入了水工中“碾压混凝土”的理念、通过改变过渡段填筑材料来解决以上问题。关键词：高速铁路；过渡段；改良级配碎石；施工；技术研究Abstract: The high speed railway transition section use the filling materials for graded
2、crushed stone mixed with cement by5%, uneven settlement and dynamic train loading file after transition section and the embankment noumenon with easy gradation crushed stone filling fracture, last effect and the subgrade of high speed railway subgrade of smooth transition, the overall smoothness of
3、the adverse effects. In order to solve the above problem, in the transition section construction introduces hydraulic RCC” concept, through changing the transition section embankment material to solve the above problem.Key words: high speed railway; transition section; improvement of graded broken s
4、tone; construction; technology research中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1前言京沪高速铁路工程路桥过渡段设计中，由刚性桥台经过刚度较低的掺水泥的级配碎石向柔性的路堤本体过渡，通过类于级配碎石与路堤本体倒梯形的连接形式。其中刚性的桥台经过刚度较低的掺水泥级配碎石向路堤本体过渡时，掺水泥的级配碎石段面逐步减小，柔性的路堤本体段面逐步增大，以达到平顺过渡的目的。采用掺5%水泥的级配碎石碾压后两小时的检测结果能够满足设计和规范要求；但在第二天进行检测时，由于水泥凝结后，级配碎石具有一定的强度，各项检测结果远大于第一天的检测结果。水泥凝结后强度较高和
5、水泥掺量较大，是造成检测结果增大较多的原因。为此我们引入了采用部分粉煤灰替代水泥的改良级配碎石，着重从满足碾压施工密实要求并适当降低过渡段与路堤相邻一侧的刚度进行研究，寻找出具有合适的强度、一定变形能力的改良级配碎石施工配合比。通过对施工工艺的研究，确保过渡段连接处的施工质量。3 研究内容3.1原材料的选择水泥选用某新型水泥发展有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，检验结果满足GB1752007标准要求；粉煤灰采用某电厂提供的原灰、级粉煤灰、级粉煤灰三个品种进行试验，检验结果均满足GB/T 1596-2005标准要求；级配碎石采用某石材厂生产的碎石。3.2级配碎石组合试验颗粒级配决定于各
6、粒组相对含量的比例关系，按照土工试验规程的颗粒分析方法确定。就所研究的级配碎石填料而言，级配对填料的力学性能和路用性能有较大的影响，选择级配良好的填料具有优良的力学性能和路用性能。根据以上要求，级配碎石分别选取五个配合比为（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=55:15:15:15、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=50:15:20:15、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=45:20:20:15、（0.075
7、-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=45:15:20:20、（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=40:20:20:20，根据筛分结果绘制筛分曲线图见图2。 图2 不同比列级配碎石的筛分曲线根据客运专线铁路路基工程施工技术指南TZ212-2005对过渡段级配碎石混合料的要求。以上几种比列的级配碎石配合比均符合要求。为此我们在室内进行了不同比列级配碎石的紧密密度试验，试验结果见表4，选取紧密密度最大的组合（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-4
8、0.0mm=50:15:20:15）进行以下试验研究。表4 不同比列级配碎石的紧密密度试验结果表级配比例30:25:25:2045:20:20:1545:15:20:2055:15:15:1550:15:20:15紧密密度（kg/m3)16801715176516901835根据客运专线铁路路基工程施工技术指南TZ212-2005，对某石材厂生产的级配碎石混合料进行检测。不同级配经调配后（0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm）=50:15:20:15的级配碎石颗粒组成满足技术要求，试验结果见表5， 表5 级配检测检测结果检测项目颗粒级配针
9、片状含量（%）易软易破碎石（%）黏土团及有机物含量（%）颗粒密度g/cm3最大干密度g/cm3最优含水率（%）标准要求符合20102检测结果符合4.60.0 0.0 2.68 2.2 6.1从上述结果来看该组合的级配碎石满足客运专线铁路路基工程施工技术指南TZ212-2005对过渡段级配碎石的技术要求。3.3级配碎石击实试验待添加的隐藏文字内容3依据铁路工程土工试验规程TB 10102-2004试验方法，进行水泥掺量和粉煤灰掺量为4.5%的击实试验，同时采用水工碾压混凝土的试验方法检测其工作度（VC值），试验结果见表6。表6击实试验结果表试验方法锤重（Kg）落高（cm）筒容积（cm3）锤击层数
10、每层锤击次数容许最大粒径（mm）重型4.545210439837.5水泥掺量（%）4.5粉煤灰掺量（%）4.5最大湿密度（g/cm3）2.41最大湿密度（g/cm3）2.40最优含水率（%）6.4最优含水率（%）6.8工作度（VC值）53工作度（VC值）49从上表的试验结果来看，掺水泥或掺粉煤灰对级配碎石的最大干密度、最优含水率及工作度的试验结果影响不大。由此可见采用部分粉煤灰取代水泥对级配碎石压实质量无太大影响，室内击实曲线见图3和图4。图3水泥掺量4.5击实曲线 图4粉煤灰掺量4.5击实曲线考虑到现场施工条件和施工工艺，确定掺合料剂量比室内设计试验掺合料剂量增加0.5%-1.0%，即过渡段
11、级配碎石混合料配合比掺合料剂量为5.0%，最大干密度为2400kg/m3、最优含水率为6.5 %。组合级配为(0.075-5.0mm：5.0-10.0mm：10.0-20.0mm：20.0-40.0mm)=50:15:20:15的级配碎石混合料进行试验研究。在固定用水量的前提下，通过容重法计算每方改良级配碎石的材料用量，对胶材不同的掺入比例进行力学性能试验。3.4 改良级配碎石性能试验3.4.1粉煤灰掺量对级配碎石工作度（VC值）的影响试验依据水工碾压混凝土施工规范SL53-94，水工碾压混凝土试验规范SL48-94进行试验，试验采用试模尺寸为150mm150mm150mm混凝土试模成型，成型
12、时在上面加配重模型。采用维勃稠度仪方法测定改良级配碎石工作度（VC值）。改良级配碎石工作度（VC值）控制在4555s。对总掺合料占5%的不同水泥和粉煤灰比例下的级配碎石进行性能试验，试验结果见表7。 表7不同粉煤灰掺量级配碎石试验结果表掺合料掺量5.0（%）水泥：粉煤灰100：0水泥：粉煤灰70：30水泥：粉煤灰50：50水泥：粉煤灰40:60水泥:粉煤灰30:70Vc值（s）5548465052Vc值（拟采用值）455545554555455545553.4.2粉煤灰掺量对改良级配碎石力学性能的影响依据铁路工程土工试验规程TB10102-2004，普通混凝土力学性能试验方法标GB/T5008
13、1-2002，铁路混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设2005160号，采用级粉煤灰对改良级配碎石混合料室内进行7天、28天抗压强度及弹性模量试验，试验结果见表8。表8抗压强度、弹性模量试验结果表用水量(kg/m3)粉煤灰掺量（%）水泥用量(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)级配碎石混合料(kg/m3)抗压强度（MPa）弹性模量（GPa）7d28d7d28d15640724821247.214.54.713.515650606021246.811.23.89.615660487221244.68.72.46.315670368421243.25.72.64.31560120021248.515.
14、37.613.53.5配合比试验 考到各地区各工程在材料选择过程中有较大差异，因此分别采用三种灰（原灰、级灰、级灰）进行了室内配合比试验及性能试验，考察其出机口性能、强度及弹性模量等指标，本报告只研究改良级配碎石的不同力学性能。配合比试验结果见表9、性能试验结果见表10表9 改良级配碎石配合比参数表编号粉煤灰品种水胶比W/C+F F掺量（%） 每方材料用量(kg/m3)水水泥粉煤灰级配碎石JP-6原灰0.7560156831252036JP-7级灰0.7560145771162062JP-8级灰0.7560150801202050表10 改良级配碎石性能试验成果表编号粉煤灰品种设计VC值(S)
15、出机性能强度(MPa)静压弹模（GPa）VC值S含气量%3d7d28d3d7dJP-6原灰455549/3.44.712.49.110.3JP-7级灰455550/4.25.513.610.412.0JP-8级灰455548/3.64.612.79.811.9从以上试验结果可以看出三种粉煤灰（原灰、级灰、级灰），在水胶比和粉煤灰掺量相同的条件下，级灰的用水量最低，且拌和物的出机口性能及力学性能都较好，级灰次之，所以建议改良级配碎石中掺级粉灰取代部分水泥。3.6 现场施工与应用改良级配碎石中要加入一定比例的粉煤灰，原有的级配料站只有一个水泥罐，不能满足改良级配碎石的生产，为此我们对级配料站进行了
16、改装，增加了一个150吨粉煤灰存储罐，在控制系统，增加一个变频器，控制粉煤灰的用量。3.6.1施工方案通过试验论证施工方法及碾压设备的类型是否满足改良级配碎石的施工需要，推荐合理的施工程序、良好的施工工艺、最优的级配碎石配合比、最佳的机械组合模式。提供虚铺厚度、碾压遍数、碾压时间及压实后的填料厚度等施工参数，并制定与之相适应的施工工法。该试验分两个铺层进行：第一层分别以改良级配碎石不同的工作度（VC值）305s、405s、505s、605s四种参数分四个条带摊铺，相同施工设备和碾压遍数进行碾压，然后检测各项技术指标，找出改良级配碎石施工设备最适应的工作度。第二层分别以改良级配碎石不同的粉煤灰掺
17、量（0%、40%、50%、60%、70%）分五个条带摊铺，验证改良级配碎石最合理的粉煤灰掺量。工艺试验具体步骤：（1）标出填筑四个角标高，并用自制标尺和尼龙绳标出第一层摊铺厚度35cm（压实厚度30cm）。（2）沿线路横向每10m用白灰划出510m方格网，纵向平均分4个条带。（3）自卸汽车由级配料站装料，运输至施工现场，按照划定的网格卸料，每个网格内卸1车料，挖掘机按照标杆和尼龙绳标出的厚度进行摊铺，粗平。（4）粗平后，采用人工精平，确保摊铺面与标杆标示厚度一致。（5）精平后用26t振动压路机碾压，采用1遍静压+1遍弱振+2遍强振+1遍静压的碾压方式；压路机行走速度24km/h。碾压时以压路机
18、在同一路面上进退一次为1遍。碾压时采用从一侧向另一侧的顺序，纵向进退式碾压，行与行轮迹重叠40cm。冲击夯痕迹重叠20cm。示意图见下图5。 图5 桥台示意图 图6 涵洞示意图3.6.2试验检测按照上述方案施工碾压完成后24h分别进行K30、Evd、Ev2、n各项指标检测，各项指标每条带检测3个点，检测点布置为左、中、右各一个点，检测结果见表3-4和表3-5。表11 不同VC值的试验检测结果统计表层次指标工作度（VC值）检测点的位置左中右第1层K3015035145.890.6120.3Evd5045.8451.455.64Ev28079.676.285.3n28211919K30150451
19、50.7169.6158.4Evd5050.7954.4760.31Ev28081.385.882.4n28222019K3015055175.2178192Evd5062.1565.6966.37Ev28085.990.492.5n28161717K3015065211.2220.6234.2Evd5078.7997.3799.68Ev280120.5235.3229.8n28191819从上表中的检测结果可以看出，随着改良级配碎石工作度（VC值）的增加K30、Evd、Ev2、n各项指标无明显变化趋势。VC值控制在55S左右时各项指标均满足设计标准要求，孔隙率相比最小，且其它检测值和设计标准
20、值偏离不大。表12 不同粉煤灰掺量试验检测结果层次指标粉煤灰掺量 （%）检测点的位置左中右第2层K301500252.6243.3220.7Evd5076.580.475.3Ev280156.5184.3175.5n28161515K3015040190.7209.6218.4Evd5080.7974.4770.31Ev280151.3145.8142.4n28161717K3015050179.2188192.8Evd5072.1375.6476.07Ev280115.9140.4132.5n28161717K3015060179.2180.3174.2Evd5068.7967.3779.6
21、8Ev280120.595.3119.8n28161615K3015070165.2170.8170.4Evd5058.6260.5555.45Ev28088.3290.1292.3n28171616从上表中的检测结果可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，K30、Evd、Ev2、n各项指标变化趋势不明显。当粉煤灰掺量为70%时各项指标有下降的趋势，为了确保改良级配碎石的压实质量，改良级配碎石粉煤灰掺量不宜大于70%为宜。4 总结从上述各项结果可以看出，在过渡段级配碎石中，掺用一定比例的粉煤灰代替水泥，各项检测指标均满足设计要求。且掺加适量的粉煤灰可以改善改良级配碎石拌和料的工作性能，使改良级配碎石拌和料易于碾压，并可减少工作度的经时损失。随着粉煤灰掺量的增加，水泥用量的减少，粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时的改良级配碎石温升降低，可减少温度裂缝带来的病害，这对过渡工程特别有利。掺入粉煤灰后带来的二次水化作用，改良级配碎石的密实度提高，界面结构得到改善。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应，通常适量的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。掺入粉煤灰的徐变低且更经济，因此把常规的级配碎石改良后掺入部分粉煤灰取代水泥是非常有利的，并值得推广和应用。更多参考论文及论文发表就在中国99期刊网
