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1、石灰改良膨胀土拌和工艺,中铁三局工程检测中心徐建明2010年3月6日,目 录第1章 工艺目标第2章 工艺方案2.1 集中路拌法2.2 集中预拌路拌法拌和工艺2.3 路拌法2.4 二次掺灰预拌路拌法2.5 厂拌法第3章 不同改良拌和工艺方案综合比较3.1 适用性对比3.2 拌和质量对比3.3 工效特点对比3.4 经济指标对比3.5 环保比较第4章 小结,一、工艺目标 合宁线路基占线路总长的84.5%，全段用于基床底层填筑的石灰改良土为270万方，用于基床以下路堤的石灰改良土约为712万方。如此大规模的改良土施工，施工质量控制尤其关键。再者，石灰改良膨胀土路基施工与一般路基施工相比，主要是增加了石
2、灰掺入的过程，即增加了拌和工艺。不同的拌和工艺对施工质量、工效、环保、造价的影响都是最显著的。通过肥东试验段试验和生产实践，探寻最为合理有效的石灰改良拌和方法，是本课题研究的重点。石灰改良膨胀土的拌和工艺目标有以下几方面：(1)质量目标：配合比符合改良设计，拌和质量符合设计及验标要求。拌和料均匀，色泽一致，无灰团、灰条、花面，不含有土块和生石灰块。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,表 21 改良土填料质量标准,(2)工效目标：通过工艺控制，最大程度地发挥各种机械效能，合理利用施工机械，达到提高单位时间内产量的目的。(3)环保目标：通过合适的作业方法和防止粉末飞扬措施，控制改良土拌和过程对环境的影响
3、，减少环境污染。(4)成本目标：采用合适的施工机械和作业方法，把拌和作业单方造价控制在最低水平，实现经济效益最大化。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,二、工艺方案 合肥南京线肥东试验段施工工艺试验研究过程中，对5种石灰改良膨胀土拌和工艺进行了系统研究，并选用其中三种拌和工艺组织施工生产，即：基床以下路堤采用集中路拌法、集中预拌路拌法拌和工艺；基床底层采用厂拌法拌和工艺。三、集中路拌法 集中路拌法拌和工艺流程 集中路拌法拌和是把土料铺在定点拌和场地上，按施工掺灰比掺入石灰，路拌机就地拌和均匀，再集堆待运。拌和工艺流程图见图 21。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,图 21 集
4、中路拌法拌和工序流程图,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,主要机械设备配置 表 22 施工工艺试验主要机械配备表,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,技术参数 石灰颗粒粒径 工程使用的消石灰由块状生石灰现场消解。石灰品质均不小于级石灰标准和设计要求。使用消石灰时，石灰消解不完全，夹杂较大未消化生石灰块，填筑完的路基上会产生“爆花”现象。因此，使用消石灰时，需充分消解，过10mm筛后方可使用。生石灰采用磨细石灰粉，颗粒粒径不大于1mm。掺灰比 采用的改良土最佳掺灰比的控制性标准为：改良土强度满足路基填筑质量要求；无荷膨胀率1%，50kPa荷载下有荷膨胀率0，胀缩总率0；浸水72h无明显崩解。通过室内配比试验，
5、提供的掺灰比为：大榆树取土场采用石灰改良的掺灰比为6%(路基本体、基床底层)，王财取土场采用石灰改良的掺灰比为7%(路基本体、基床底层)。石灰品质不低于级。改良土石灰掺入的剂量按干土质量的百分率计算。经现场取样，室内试验验证，试验段路基采用的改良土填料均满足上述控制标准。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,含水率 试验是先将平均含水率为23%的膨胀土填料运至30m50m的集中路拌场地上，摊铺初平，用旋耕犁翻晒2天后，再平整、静压、精平后布灰路拌。摊铺厚度35cm。布灰后，路拌6遍，再用推土机集堆。每拌和1遍取样30组。共取得扰动土、拌和土有效数据210组。含水量随拌和遍数变化见图 22，分析如下：拌
6、和5遍以前数据较离散；拌和5遍以后，离散区间基本稳定。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,含灰量 布灰后，路拌6遍。每拌和1遍取样30组，取得有效数据180组。数据分析及图表分析(图 23)如下：试验数据离散区间宽度：2.8%-2.8%-3.2%-2.8%-1.6%-2.1%。区间宽度变化不大，试验数据基本在一定的宽度范围内。含灰量平均值在路拌3遍前，降低0.7%，降低明显。以后基本保持不变。拌和5遍，含灰量达到均匀。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,颗粒粒径 试验是在与上述含水率研究相同的条件下，取得180组数据，对179组有效数据进行分析(图 24)如下：a、离散情况试验数据离散区间宽度：19.4%
7、-18.9%-14.9%-16.1%-10.8%-8%。随拌和过程有不太明显的逐渐缩小趋势。拌和四遍前，区间宽度随拌和遍数增加降幅变化不大，拌和到第五遍，降幅明显，以后区间宽度略有降幅。这与拌和四遍后，拌和深度基本达到全深有关。b、颗粒情况大于15mm颗粒含量有随拌和遍数增加，持续下降的趋势，其中拌和第四遍到第五遍的过程大颗粒减少最快，以后减少趋势逐渐平缓。拌和6遍后，大于15mm颗粒含量基本满足要求。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,集中路拌法颗粒变化图,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,用路拌机拌和，路拌机纵向匀速行驶。先将定点场地基面整平，填料摊铺，快速静压后精平，在划分的网格内均匀布灰后开始用路
8、拌机拌和。最佳拌和深度为35cm，拌和遍数为六遍，路拌机行驶速度为1.5km/h2.0km/h，匀速行驶。拌和完毕，采用推土机集堆，以便装运。集堆过程要严格控制推土机的推土厚度，使其与拌和深度保持一致。质量控制技术 集中路拌拌和质量控制以现行的验收标准和设计文件执行，采用的规范标准有：(1)设计文件；(2)铁路路基工程施工质量验收标准(TB10414-2003/J285-2004)；(3)新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收暂行标准(铁建设20048号)；(4)铁路工程土工试验规程(TB10102-2004/J338-2004)；(5)合同文件。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,改良膨胀
9、土质量控制按以下要求：1 石灰检验 石灰品质为主控项目，符合设计要求。每2000t做一次有效钙、氧化镁检验。石灰颗粒检验为一般项目，每2000t做一次细度检验。消石灰石灰含水率在消解时加以控制，含水率应在20%以内。消石灰及时使用。确需储存，应妥善覆盖保管，不得日晒雨淋，气硬变质。2 取土场膨胀土检验 每5000m3做一次液、塑限检测，每个取土场做土的自由膨胀率试验不少于6组。3 掺灰比试验施工中，每5000m3复核无侧限抗压强度一组。无荷膨胀率、50kPa荷载下有荷膨胀率、胀缩总率、浸水72h崩解试验同一压实标准下、同一取土场、同种填料、不少于6组。4拌和场地检查拌和场地四周应有排水系统，拌
10、和场地平整、密实。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,5填料摊铺和布灰检查布灰前，检查松铺厚度，填料干密度。划分网格布灰，检查布灰厚度和均匀度。施工单位每个布灰面1000m2等间距检查10点，监理单位抽查。6集中路拌质量检查(1)颗粒粒径以“颗粒最大粒径不宜超过40mm，大于15mm颗粒含量不应超过20%”控制，采用筛分、尺量；混合料含水率宜略大于最优含水率12%。检查数量：施工单位沿线路纵向每100m每层抽样检查6处；监理单位抽查3处。(2)含灰量偏差为-0.5%1%，采用EDTA滴定法。检查数量：施工单位每层每100m检查6处；监理单位抽查3处。(3)颗粒粒径、含灰量和含水率检查应在填料到达路基
11、面后进行，以确保最终质量。7集堆过程检查检查集堆过程中推土深度。推土深度不应超过拌和深度。施工单位跟班人员目视检查。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,四、集中预拌路拌法拌和工艺集中预拌路拌法拌和工艺流程 集中预拌路拌法拌和是在取土场取土面按施工掺灰比均匀布灰，用挖掘机集中预拌，再将混合料运输摊铺到路基填筑面，用路拌机拌制均匀。拌和工艺流程见图 27。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,作业方法 预拌作业方法 预拌过程是用挖掘机来完成的，布灰以后的取土过程就是第一遍预拌过程。取土拌和深度由机械参数确定。以PC200挖掘机为例，铲斗高度1m，一次取土拌和深度宜为1m。同时，预拌过
12、程应尽可能使土块粉碎至15cm以内，需要挖掘机破碎较大土块。预拌过程宜将混合料堆成大堆，拌和时从土堆锥顶卸料，使混合料沿锥坡向下流动，提高拌和质量。路拌作业方法 用路拌机拌和，路拌机应纵向匀速行驶，否则会引起拌和面坑洼不平，造成拌和效果不良。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,照片21 工作中的全液压稳定土拌和机,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,试验是把预拌完的填料，在路基上用推土机和平地机摊铺后即开始路拌。质量控制技术 集中预拌路拌法拌和改良膨胀土质量按以下要求控制：1 原材料、土的检验和掺灰比试验同前。2 布灰控制 土的含水率、消石灰含水率布灰前每班检查一次。布灰前应平整场地，布灰采用网格法。布灰完
13、毕，施工单位每5m2检查1处布灰厚度，监理每20m2抽查1处布灰厚度。3 预拌质量检查预拌过程，专人检查取土深度。预拌完毕，检查拌和物外观，要求大面上色泽均匀一致，无灰团灰条和大于15cm的素土块。监理应测量拌和前原地面标高和拌和后取土坑标高，误差不超过5%。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,4 路拌质量检查 路拌作业完毕后，检查颗粒粒径、含灰量和含水率。(1)颗粒粒径以“颗粒最大粒径不宜超过40mm，大于15mm颗粒含量不应超过20%”控制，采用筛分、尺量。含灰量偏差为-0.5%1%，采用EDTA滴定法。检查数量：施工单位沿线路纵向每检测层每100m等间距检查 6处；监理单位抽查检验3处。(2)
14、含水率控制在高于最优含水率的12%。检查数量：检查数量：施工单位沿线路纵向每100m每层抽样检查6处；监理单位抽查10%。(3)路拌深度应达到底层，不得留有“素土”层。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,五、路拌法 路拌法拌和工艺流程 路拌法拌和是把土料铺在路基填筑面上，按施工掺灰比掺入石灰，路拌机就地拌和均匀。拌和工艺流程图见图 212。技术参数 石灰颗粒粒径、掺灰比要求与集中路拌法相同；拌和过程中含水率、含灰量、颗粒粒径及均匀性随拌和遍数增加的变化趋势与集中路拌法相同。作业方法 路拌作业面在路基填筑面上。下承层合格后，将膨胀土填料用挖掘机取土，自卸汽车运输至路基填筑面，推土机按35cm松铺厚度初
15、平，含水率合适时，压路机快速静压一遍，暴露出潜在不平整后，人工配合，平地机精确整平，在划分的网格内均匀布灰后开始路拌。路拌作业方式与集中路拌法相同。区别在于，集中路拌法的填料摊铺、布灰基面要平整；路拌法的基面有排水横坡要求。质量控制技术：同前,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,图 212 路拌法拌和工序流程图,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,六、二次掺灰预拌路拌法 二次掺灰预拌路拌法拌和工艺流程 施工工序流程见图 213。技术参数 石灰颗粒粒径、总掺灰比与路拌法相同。掺灰分两次：预拌掺灰比为3%，剩余部分在路拌时掺入。含水率、含灰量、改良土颗粒粒径及均匀性变化，在预拌阶段，参数变化趋势和集中预拌路拌法预
16、拌阶段一致，路拌阶段，与路拌法变化趋势相似。作业方法 预拌在取土场进行，掺灰比按3%控制，采用挖掘机拌和，作业方法和集中预拌路拌法预拌相同。路拌在路基填筑面上进行，一般不需要专门晾晒混合料。布灰以后，用路拌机拌和，路拌机作业方法与路拌法相同。质量控制技术：同前,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,图 213 二次掺灰预拌路拌法拌和工序流程图,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,七、厂拌法 厂拌法拌和工艺流程 厂拌法拌和是将待拌和的填料先进行破碎、稳定土搅拌站按配比自动配料拌和。本试验段由于膨胀土填料天然含水率大，破碎困难，采用了预掺灰后碎土的施工方法。其工艺流程见图 214。技术参数 石灰颗粒粒径 使用消石灰
17、时，需充分消解，使用时宜过10mm筛。使用生石灰改良膨胀土时颗粒粒径不大于1mm。掺灰比 分二次掺入石灰。第一次是预拌掺灰，按2%掺灰比掺灰。厂拌时将剩余剂量的石灰掺入拌和。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,作业方法 碎土采用YST-600型液压碎土设备(照片22)，该机械主要由液压碎土设备(主机)和皮带运输机(辅机)两部分组成。它是一种齿鼓式碎土设备，通过液压驱动、高速旋转的合金破碎头，对土壤进行切削、抛甩、拍击、挤压，使粒度达到要求，是集破碎、筛分、排石、输送为一体的设备，可单独使用，也可作为厂拌配套设备联合使用。,照片22 YST-600型液压碎土设备,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,预拌采用挖
18、掘机，掺2%石灰，作业方法与集中预拌路拌法预拌过程相同。厂拌采用WDB650稳定土拌和站设备(照片23)，该设备由骨料配料供给计量系统、粉料供给计量系统、供水系统、搅拌装置、储料装置、控制系统六部分组成，其中搅拌装置为连续强制式搅拌，可将粒径60mm以内各种稳定材料充分混合。现场试验显示，用此设备拌和级配碎石或改良土，均可达到其最大额定产量：级配碎石650t/h，改良土400t/h。,照片23 WDB650稳定土拌和站,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,八、适用性对比 对五种石灰改良膨胀土拌和工艺分别从适用性、拌和质量、工效及特点、造价、环保特点等五方面进行综合比较。1、集中预拌路拌法：该法适用于含
19、水率较高（16%26%）的膨胀土，适用范围较广。2、集中路拌法：该法适用于含水率16%22%的膨胀土时，基本可正常生产。其适用的膨胀土含水率上限高出最优含水率5%，适用范围较小。如果采用晾晒工艺降低含水率，生产周期和效率会大大降低。3、二次掺灰预拌路拌法综合了集中预拌路拌法和路拌法的特点，适用的膨胀土含水率范围较广。4、厂拌法主要是对膨胀土破碎效率的要求。两个取土场的膨胀土在天然含水率下均难以用碎土机直接破碎，需要预掺灰。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,九、拌和质量对比 通过适宜的拌和参数控制，采用一定含水率范围内的膨胀土，各种改良土拌和方法均可将拌和质量控制在最终确定的质量指标内。厂拌法拌和，
20、颗粒、含灰量和均匀性指标能达到最优。集中预拌路拌法和二次掺灰预拌路拌法拌和质量略优于集中路拌法和路拌法。十、工效特点对比 1、厂拌法是工厂化的拌和作业方式，便于组织流水作业和集中管理。由于取土场膨胀土直接破碎困难，碎土机效率难以发挥，需预掺灰降低含水率。另外机械故障多。2、集中预拌路拌法：施工组织简单，施工机械独立作业，便于平行作业。可直接采用天然土，布灰以原状土干密度为参数，施工配比和计量误差小。在取土场直接预拌作业，路拌则在路基上，不需要大面积专用场地。挖掘机预拌单机每台班300m3左右，效率不高；路拌机需要作业时间短，单机每台班900m3左右，工效发挥充分。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,
21、3、集中路拌法拌和：机械组合多，机械效率降低多。施工组织较繁琐，施工机械流水作业时间长。一次拌和深度35cm，拌和深度小，布灰施工配比和计量误差大。土方需增加一次倒运，需要大面积专用晾晒、拌和场地。路拌机拌和作业时间长，单机产量每台班600m3左右，4、二次掺灰预拌路拌法机械组合多，配合机械过多，不便组织。施工需布灰两次，工艺控制繁琐，较费时费工。第二次布灰在路基面上，拌和物干密度离散区间大，布灰施工配比和计量误差大。挖掘机预拌单机每台班300m3左右，效率不高；路拌机需要作业时间短，单机每台班900m3左右，工效发挥充分。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,十一、经济指标对比 通过试验，对集中路拌
22、法、路拌法、集中预拌路拌法、二次掺灰预拌路拌法、厂拌法五种施工工艺，进行经济指标分析。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,十二、环保比较 石灰改良膨胀土土路基施工使用大量的石灰，容易造成环境污染。因为石灰粉末很细，施工时石灰粉颗粒容易悬浮于空气中，增大了空气中扬尘浓度，使空气质量下降。粉尘落入周围耕地，有可能造成耕地碱化，农作物减产。此外，消解石灰还会产生少量废水污染和固体废物污染。石灰改良工艺关键是如何降低石灰扬尘浓度并减少石灰扬尘。按照“谁施工，谁保护”，“谁污染，谁治理”的原则，严格
23、施工环保管理制度和程序，增加环境保护投资和预算，把施工各环节的污染降到最低程度。五种拌和方法在石灰装卸、运输、储存、研磨、消解、过筛等过程的控制上是一致的。注意按以下原则控制：装卸石灰，尽量避免过大自由落体高度；长距离运输粉灰宜罐装或袋装，杜绝敞口运输；自卸车辆短距离运输粉石灰要加盖。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,石灰储存、消解、过筛地点设在低洼避风地点，或在专门的密闭场所和坑池内，集中作业场所周围采取遮挡措施。施工现场尽量不研磨施工，确需研磨施工，应密闭生产。要重视场内道路养护，保持道路平整，减少石灰粉应装运机械颠簸造成粉料洒落引起扬尘；场地和道路要经常撒水防尘；场地布置时，尽可能注意减小石
24、灰倒运运距。此外，使用消石灰时，适当增加含水率，可减少粉尘。撒布石灰粉应使用专用环保型机械。大风天气避免石灰露天作业。五种改良土拌和方法在拌和环节控制上具有不同特点：(1)污染地点不同各种方法的主要污染地点在其主要的作业地点。厂拌法、集中路拌法、集中预拌路拌法布灰、拌和过程场所在相对固定的集中场地内，污染范围相对集中，污染区域较小。路拌法和二次掺灰预拌路拌法沿线匀为作业场所，污染区域较大。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,(2)污染源不同 厂拌法污染主要来自向骨料仓供灰环节和皮带运输、搅拌环节；集中路拌法和路拌法污染主要来自布灰、路拌第一、第二遍时路拌机高速旋转引起的扬尘。集中预拌路拌法污染主要来
25、自布灰、预拌过程；二次掺灰预拌路拌法污染主要来自量次布灰、预拌、路拌第一、第二遍时路拌机高速旋转引起的扬尘。(3)污染程度不同 污染程度可用作业时污染源周围的可见扬尘、可感知的悬浮石灰粉末，以及拌和过程含灰量检测值的减小等综合因素定性判断对比。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,厂拌法是各种方法中石灰额外消耗最少的拌和方式。拌和时的可见扬尘在十多米范围内，可感知石灰粉末一般在百米以内，石灰散失可忽略不计；集中预拌路拌法预拌时可见扬尘一般在百米之内，浓度较小，可感知石灰粉末一般在2km范围；集中路拌法路拌时可见扬尘一般在200米之内，扬尘集中，浓度高，可感知扬尘一般在2km范围；路拌法和集中路拌法类似
26、；二次掺灰预拌路拌法预拌阶段与集中预拌路拌法类似，路拌阶段和集中路拌法类似。后四种方法石灰散失约0.5%1%。污染情况还与环境风力等因素有关。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,对研究的四种路拌改良土工艺而言：路拌法环境污染最大，二次掺灰预拌路拌法次之，集中路拌法在相对小范围内环境污染大，集中预拌路拌法在相对小范围内环境污染较大，厂拌法造成的环境污染可忽略。对改良土高路堤填筑而言，应尽量避免使用直接在路基上布灰拌和的方法。另外，石灰是碱性物质，直接接触对皮肤造成伤害；生石灰消解会产生大量热量，接触会造成烫伤。因此，石灰作业人员和长期在石灰作业区域施工的人员，应按劳动保护规定，佩带防尘口罩、防护服、防护手套和防护靴等劳动保护用品，并使用相应的劳保用具。此外，石灰粉尘对长期在高粉尘环境中的机械设备会产生一定影响，注意机械防护和定期保养。,石灰改良膨胀土拌和工艺研究,谢谢大家,
