1、收稿日期：基金项目：中国铁路上海铁路局集团科研项目（）。作者简介：王伟志（），男，年毕业于西南交通大学土建结构专业，工学学士，高级工程师，：。通信作者：徐永福（），男，年毕业于河海大学岩土工程专业，工学博士，教授，：。文章编号：（）高速铁路水泥改良钻渣路用性能研究王伟志 严赪强 徐永福，王 浩（.上海铁路枢纽工程建设指挥部，上海；.上海交通大学土木工程学院，上海；.皖江工学院，安徽马鞍山）摘 要：填料种类直接决定了高速铁路路基的工程造价，为了降低工程造价及减少环境污染，将钻孔灌注桩钻渣进行改良利用，并通过室内土工试验研究钻渣的水泥、石灰改良土的工程性质与改良效果。以沪苏湖高速铁路上海段为工程依
2、托，采用钻孔灌注桩钻渣的水泥改良土作为路基填料，在泥浆状的钻渣中掺加 石灰，压成钻渣泥饼，再采用 水泥改良，试样 饱和无侧限抗压强度均大于，满足高速重载铁路对路基填料的要求。之后选取路基试验段，研究现场填筑施工工艺，分析路基填筑施工关键控制参数、碾压组合以及施工质量评价指标，研究表明，水泥改良钻渣路基施工工艺简单、机械化程度高、质量易于控制。关键词：高速铁路；钻渣；水泥改良土；路用性能；击实特性；碾压工艺中图分类号：；.文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，；，）：，：；铁 道 勘 察 年第 期；引言目前，能直接用于高速铁路路基填筑的天然填料较少，且天然填料的路用性能很难满足工
3、程要求，需要对其进行改良加固。在沪苏湖高速铁路桥梁桩基的钻孔灌注桩施工过程中，产生大量的钻渣，需要运送到指定的纳场所集中处理，处理费用高昂。根据上海市建筑垃圾处理管理规定（沪府令 号）规定，固体废渣的处理原则是：减量化、资源化、无害化和“谁产生、谁承担处理责任”。因此，钻渣最理想的处理方法就是改良利用。钻渣改良利用就是将钻渣与固化剂充分拌合，经压实、养护形成坚固稳定的路基，常采用的固化剂主要有石灰、水泥等。水泥改良土用作高速铁路路基填料的可行性已得到广泛验证，傅代正采用水泥、石灰改良下蜀黏土用作京沪高速铁路徐沪段路基的填料；王素灵采用水泥改良湿陷性黄土，成功应用于郑西高速铁路路基填筑，形成了水
4、泥改良土的施工方法、工艺流程和质量检测的成套技术。对材料进行改良时，水泥掺量是极其重要的指标。张保卫采用水泥改良粉细砂，分析了改良土耐久性的影响因素，提出水泥的最佳掺量为；史卫国等通过在黏性土中掺入 水泥，改善黏土的颗粒级配、塑液限和压缩性，提高强度和水稳性；朱江江等依托浩吉重载铁路工程，采用水泥改良全风化软质岩填料，并分析路基填筑施工关键控制参数和碾压工艺；颜胜才针对高铁路基填料的水泥改良问题，通过室内试验研究了水泥改良土的力学性能，发现水泥改良土具有良好的击实特性和水稳性，并且要求水泥掺量不宜低于。水泥改良土从搅拌、运输、摊铺整平到碾压成型需，还应考虑延迟击实影响，并由此衍生出了对水泥改良
5、土施工工艺的诸多成果。闫登峰和王兰根据室内试验结果指出，延迟击实对水泥改良细砂的最大干密度和 饱和无侧限抗压强度有一定影响，但只要选择的碾压工艺合适、压实含水率控制得当，延迟击实不影响水泥土路基整体性状；颜胜才等介绍了水泥改良土的作用机理，通过室内和现场试验，分析了水泥改良土击实性、水稳性、强度特性、刚度特性等物理力学特性；柳墩利等分析了郑西铁路高速铁路水泥改良土路基压实系数达不到设计要求的原因，建议检测时应考虑碾压延迟影响，采用击实延迟时间相同的最大干密度控制压实系数。相关学者对水泥改良土进行了大量的研究，但对改良土用于路基填筑的具体实际方案研究还相对较少。以下依托沪苏湖高速铁路上海段水泥改
6、良土路基工程，提出采用水泥改良钻渣用于路基填筑的施工方案，为高速铁路路基的钻渣改良利用提供技术支撑。工程背景沪苏湖铁路上海段线路长约.，沿线产生的渣土和泥浆干化后土方总计.万，具体路段产量见表。表 各区渣土和干化泥浆数量万 区县 年 年渣土干化泥浆渣土干化泥浆合计青浦区.松江区.闵行区.合计.根据相关规定，渣土和泥浆必须运至指定的消纳场所进行处理，泥浆在进入消纳场所前还需要进行预处理。上海市重大工程渣土消纳场主要有：浦东机场 号围区：（总库容约 万，接收泥浆）、南汇东滩 库区（容量 万 配套设施完善，渣土和泥浆处置和消纳的费用约为.亿元）。因此，从高速铁路建设的可持续发展角度看，对渣土和泥浆的
7、改良利用具有显著的经济效益和重要的社会意义。沪苏湖铁路上海段施工标段路基填方设计.万，其中承台土改良利用.万，尚缺方 多万，需要外运远购。为了节省工程造价，解决路基填料难题，就近将施工标的钻孔灌注桩产生的钻渣泥浆干化后改良利用，选择石湖荡站货场改路，开展水泥改良土路基填筑施工工艺试验，路基横断面设计横断面见图。试验段土层岩性主要为淤泥质粉质黏土层、粉土粉砂层，具体土层如下。（）素填土（）：稍湿，松散；（）黏土（）：软塑，；（）淤泥质粉质黏土（）：流塑，；（）粉质黏土（）：软塑，。高速铁路水泥改良钻渣路用性能研究：王伟志 严赪强 徐永福等图 路基横断面（单位：）改良土的路用性能.钻渣的基本性质钻
8、渣取自施工标钻孔灌注桩施工现场，钻渣试样呈淡黄色，机质含量为.。钻渣颗粒分布曲线见图，粒径大于.的颗粒含量为，属于细粒土，钻渣在塑限图上的位置见图。由图 可知，钻渣塑性指数一般为 ，可以定名为低液限粉质黏土。图 施工现场钻渣试样图 钻渣颗分曲线.击实特性钻渣掺 水泥和 石灰改良后，改良土的击实曲线见图。钻渣及改良土的最大干密度（）和最优含水率（）见表。由表 可知，经过水泥和石灰改图 钻渣在塑性图上所处位置良后，钻渣具有较好的压实性能。水泥改良土和石灰改良土的击实曲线斜率较小且曲线平缓，表明石灰和水泥改良土的干密度随含水率的变化幅度比钻渣的变化幅度小，即石灰和水泥改良土的干密度随含水率变化迟缓，
9、有利于路基填筑施工过程中石灰和水泥改良土含水率的控制。图 重型击实曲线表 钻渣及其改良土的最大干密度和最有含水率土类最大干密度 （）最佳含水率 钻渣.水泥土.石灰土.表 钻渣改良土的 饱和无侧限抗压强度日期灰剂量平均值 标准差 偏差系数 代表值 石灰.水泥.无侧限抗压强度改良土的无侧限抗压试验见图，试样直径为、高 ，高径比为 ，采用.水泥。饱和无侧限抗压强度见表。经过石灰水泥改良后，钻渣的 龄期的饱和无侧限抗压强度均满足高速铁路路基填料的强度要求，故石灰水泥改良钻渣可以用作高速铁路路基填料。铁 道 勘 察 年第 期图 无侧限压缩试验 龄期的无侧限抗压强度随水泥掺量的关系见图（），随着水泥掺量增
10、加，无侧限抗压强度增加。水泥掺量小于 时，改良土的无侧限抗压强度随水泥掺量增加而增大；水泥掺量大于，改良土的无侧限抗压强度随水泥掺量增加而增大，但幅度有所减小。龄期的无侧限抗压强度随石灰掺量的关系见图（），随着石灰掺量增加，无侧限抗压强度增加，掺量改良效果较为明显，掺量改良的效果减缓。图 无侧限抗压强度随掺量的关系曲线.延迟击实影响延迟击实时间是指水泥掺入与钻渣拌合完成后到击实试验完成后这段时间。延迟击实对水泥改良土无侧限抗压强度的影响见图。由图（）可知，随着延迟击实时间增加，水泥改良土无侧限抗压强度减小，延迟击实 后，水泥改良土无侧限抗压强度仅剩余左右。水稳系数定义为失稳系数 饱和无侧限抗压
11、强度无侧限抗压强度（）如图（）所示，随着延迟击实时间增加，水泥的水稳系数减小，故从水泥改良土的水稳性角度出发，水泥改良土路基要及时压实养护，延迟碾压时间不宜过长。图 延迟击实对无侧限抗压强度的影响.小结以上重点探究了使用石灰及水泥对钻渣这种低液限粉质黏土进行改良的效果，值得注意的是，对于初始为泥浆状的钻渣可以先掺加 石灰，降低水分，方便成型，后续可以掺加 的水泥提高强度，两种材料的综合使用一方面满足了强度要求，另一方面可将经济效益最大化。施工工艺.施工参数施工过程中，具体施工参数见表。高速铁路水泥改良钻渣路用性能研究：王伟志 严赪强 徐永福等表 改良土施工过程中的参数要求施工参数具体要求松铺厚
12、度 水泥掺量含水率颗粒要求 的颗粒，的颗粒，颗粒按 控制压路机速度前两遍为.，后三遍为.碾压组合静压 遍弱振 遍静压 遍.施工工艺水泥改良钻渣用于高速铁路路基填筑时采用路拌法施工，钻渣在原地挤压排水后，运输到施工场地摊铺、翻晒至含水率为（为最优含水率），再采用机械摊铺、整平，按照施工配合比撒布水泥，经过路拌机拌和、压路机碾压后形成一定强度的固结体。水泥改良土路基填筑施工的工艺流程见图。图 改良土路基填筑施工工艺流程（）施工准备原材料准备：泥浆状的钻渣掺加 石灰，经压缩机压缩挤水 ，压成钻渣泥饼，含水率控制在 左右，施工过程见图。图 钻渣压缩排水施工准备：熟悉施工图纸，了解设计标准及要求；对钻渣
13、和掺料取样检测，满足要求方可使用；根据钻渣的物性指标，初步确定改良土的水泥配合比，采用重型击实试验和无侧限抗压强度试验，确定水泥改良土路基的填筑参数，验证 饱和无侧限抗压强度是否满足填料要求。（）测量放线按设计图纸放线，在路基两侧各加宽 ，对放好样的中桩、边桩做好保护。（）基底平整基底表面基本平整，密实，无积水凹陷。根据路基填筑宽度在路基两侧开挖排水沟，排水沟与既有排水沟和河流连接。（）运输钻渣填料由自卸车运输，车辆应加篷布覆盖。（）卸料钻渣卸在备料区及时翻晒，四周挖排水沟。（）晾晒钻渣备料区晾晒，每天用路拌机粉碎两遍，铧犁翻晒 遍，至钻渣含水率达到，运至填筑路段上料，见图（）。（）撒布方格网
14、线按照试验段确定松铺系数和自卸车运输数量，计算方格网尺寸，用滑石粉画出方格网，同时标注车辆行走路径和卸料顺序。（）上料自卸车按照规划线路运输至指定方格网内，均匀卸料。（）摊铺、初平摊铺和初平按照“横向全宽、纵向水平”方式施工，虚铺厚度按松铺系数设置。每层填料卸料完成后，采用推土机摊铺初平，再由路拌机拌粉碎 次，最后采用人工填补和刮平。（）布灰采用袋装水泥，水泥布灰面积的计算公式为：单袋水泥质量（混合料最大干密度理论压实系数（水泥掺量）压实厚度。根据单袋水泥布灰面积画出布灰方格网尺寸，装载机将袋装水泥云至布灰方格网内，人工破袋均匀布灰，见图（）。（）拌和、补灰采用路拌机从两侧向路基中线方向拌和
15、遍，拌和重叠宽度控制在 以上，拌和时设专人跟随拌和机检查拌和深度。拌合后填料色泽均匀，没有灰条、灰团和花面，严禁底部留有“素土”夹层，见图（）。铁 道 勘 察 年第 期图 水泥改良土路基填筑施工（）精平整型先用推土机稳压 遍，再用平地机初平和整型。（）碾压成型采用 压路机由两侧路肩向中心碾压，后轮应重叠 轮宽，必须超过两段的接缝处，路基两侧应多压 遍。终凝前碾压到设计压实度，且没有明显轮迹，见图（）。.质量检测水泥改良土路基填筑质量的控制指标主要有：压实系数、饱和无侧限抗压强度、灰剂量和颗粒粒径，具体说明如下。（）压实系数：采用灌砂法检测，按每 每层检测 个点。实测值均大于.，满足设计要求（.
16、）。（）饱和无侧限抗压强度：现场取样，室内进行无侧限压缩试验，按 每层检测 个点。实测值均大于 ，满足规范规定的填料强度要求的无侧限抗压强度大于 。（）灰剂量：按 每层 个点，根据 滴定法，实测值均大于.。（）颗粒粒径：现场目测和室内筛分法，大于 的颗粒不到，大于 的颗粒不足，满足设计要求。结论钻渣改良利用是变废为宝的集约环保措施，经过水泥改良后，钻渣满足高速铁路路基填料要求，根据沪苏湖高速铁路上海段水泥改良钻渣路基填筑施工实践，得到以下主要结论。（）钻渣利用的难点在于收集和挤压排水。如果有足够场地建设沉淀池，沉淀后的钻渣可以直接运送至填筑场地风干、晾晒，同时解决了收集和挤压排水的难题；若场地不足，可采用机械挤压排水，再压成钻渣泥饼。（）水泥改良钻渣的水稳定性好、强度大、路基整体性强，可满足高速铁路对路基填料的要求。苏湖高速铁路上海段钻渣掺加 水泥改良后，饱和无侧限抗压强度均大于 ，满足规范规定的填料强度要求。（）水泥改良钻渣路基施工工艺简单、机械化程度高、质量易于控制、施工过程污染小，具有广泛的适应性。参考文献 杨滨，顾小安，黄寅春，等 水泥土的强度特性 公路，（）：叶阳升，程爱君，
