爐渣改良高含水量粘性土用于鐵路路基填筑技術(shù)

李維宇

摘 要：盤錦某鐵路路基填筑在當(dāng)?shù)赝猎磪T乏的情況下，采用當(dāng)?shù)厮畮斓母吆空承酝磷鳛槁坊盍?，土體天然含水量高達(dá)25%～35%，幾乎接近液限狀態(tài)，采用傳統(tǒng)的翻曬工藝不能滿足工期要求。采用熱電廠排放的爐渣對高含水量粘性土進(jìn)行改良，滿足了路基設(shè)計(jì)地基系數(shù)要求，加快了工程進(jìn)度，并節(jié)省了填料改良成本和施工成本。

關(guān)鍵詞：爐渣；含水量；粘性土；改良；地基系數(shù)

1 序言

盤錦地區(qū)作為沿海濕地缺少合格的土源，為解決土源問題，盤錦某鐵路工程Ⅱ級線路在路基施工填筑中，利用冬季取附近八一水庫中的高含水量粘性土C組料作為路基填料，由于其含水量高，采用傳統(tǒng)的施工翻曬工藝，施工效率低、周期長，不能滿足工期要求。為提高施工效率，路基填筑過程中采取了當(dāng)?shù)仉姀S排放的廢棄爐渣改良高含水量粘性土后做為路基填料，并采取合理的施工工藝和科學(xué)的檢測方法使施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2 爐渣改良高含水量粘性土施工工藝技術(shù)路線

2.1 工藝原理

利用熱電廠排放的固體顆粒廢棄物爐渣的強(qiáng)吸水性，降低填料的含水量，改良高含水量粘性土的檢測K30地基系數(shù)不達(dá)標(biāo)的問題，按爐渣體積與干土體積之比為25%～50%的比例，將爐渣和高含水量粘性土拌合均勻得到混合土，經(jīng)過爐渣改良后的高含水量粘性土可以快速吸收粘性土中的水份并使粘性土體很快達(dá)到最優(yōu)含水量范圍，進(jìn)而進(jìn)行碾壓施工，同時(shí)提高了高含水量粘性土的K30地基系數(shù)，滿足鐵路路基工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)標(biāo)所要求的地基承載力。

2.2 爐渣改良土改良原理分析

2.2.1 原材料特性分析

2.2.2 爐渣改良土摻配比例的確定

（1）摻配比計(jì)算。先分別測定粘性土和爐渣的含水量，再根據(jù)粘性土的含水量計(jì)算爐渣摻量，計(jì)算公式推倒如下：W優(yōu)=W高-[（W高-P）+（P×W吸）] 經(jīng)移項(xiàng)合并后，上述公式簡化為：

P=（ W高- W優(yōu)）/ （W高- W吸）

式中：P—爐渣摻量（%）；W高—高含水量粘性土的自然含水量（%）；W優(yōu) —粘性土的最優(yōu)含水量（%）；W吸—爐渣的吸水率（%）。

（2）摻配試驗(yàn)。

2.3 摻配試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 爐渣：粉土（體積比1：3）

摻配比：爐渣摻25%，低液限粉質(zhì)粘土摻75%。由于爐渣成本高且存量小，設(shè)計(jì)摻配比宜小，改良土的物理性能主要反應(yīng)的是低液限粉質(zhì)粘土的物理性能。

水庫取土低液限粉質(zhì)粘土的天然含水量為28%左右，按體積比1：3混合后含水量為21%，比低液限粉質(zhì)粘土的最佳含水量高5.8%，由于電廠爐渣為干料，有時(shí)溫度達(dá)50℃以上，且吸水性強(qiáng)（吸水率9.7%），翻拌均勻涼曬后，粉土水分被蒸發(fā)、吸收，含水量可降為17%以下，接近粉土的最佳含水量，詳見25%爐渣物理改良土12h后的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表5。

2.3.2 爐渣：粉土（體積比1：2）

爐渣：粉土摻配體積比1：2，爐渣占33.3%，低液限粉質(zhì)粘土占66.7%，改良土的物理性能主要反應(yīng)的是低液限粉質(zhì)粘土的物理性能。高含水量低液限粉質(zhì)粘土的天然含水量為28%左右，混合后含水量為18%左右，比低液限粉質(zhì)粘土的最佳含水量高2.8%，雖然總含水量接近最佳含水量上限，但由于粘土與爐渣的含水量沒有經(jīng)過悶料，分布不勻，粘土為高含水量，爐渣仍為干料。爐渣吸水性強(qiáng)，翻拌均勻后經(jīng)12小時(shí)以上時(shí)間悶料低液限粉質(zhì)粘土的含水量被吸收一部分，粘土的含水量可降為17%左右，已接近物理改良土的最佳含水量上限，因此摻爐渣33.3%（體積比1：2）的爐渣改良土施工工藝是旋耕攪拌均勻后需要晾曬碾壓，施工周期相應(yīng)延長一天。

2.3.3 爐渣：粉土（體積比1：1）

爐渣占50%，低液限粉質(zhì)粘土占50%，改良土定名為中砂，屬B組填料，可用于基床及基床以下部分。改良土反應(yīng)的是中砂土的物理性能。低液限粉質(zhì)粘土的天然含水量為28%左右，兩種土按體積比1：1混合后含水量為14%，比低液限粉質(zhì)粘土的最佳含水量低1.2%，由于爐渣為干料，且吸水性強(qiáng)，翻拌均勻后粉土的含水量被吸收一部分，粉土的含水量可降為14%以下，接近粉土的最佳含水量下限，因此摻爐渣50%（體積比1：1）的改良土施工工藝是旋耕均勻后可立即碾壓，詳見表6。

從以上試驗(yàn)結(jié)果分析： 爐渣摻量越大含水量降低越明顯，爐渣摻量越大視密度增大，摻量超過55%以后擊實(shí)效果有加大松散趨勢，摻量達(dá)50%滿足基床填料要求，摻量超過55%填料性能反而變差。

2.3.4 確定悶料時(shí)間

摻爐渣25%（體積比1：3）的改良土攪拌均勻后粉土水分被蒸發(fā)、吸收，含水量可降為17%以下，接近粉土的最佳含水量，可即時(shí)碾壓施工；摻爐渣33.3%，摻配體積比1：2，改良土需悶料一天，次日碾壓施工，需延長施工周期；摻爐渣50%（體積比1：1）的改良土攪拌均勻后，粉土的含水量降為14%以下，可即時(shí)混料即時(shí)碾壓。

3 爐渣改良土填筑路基施工工藝流程

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→基地處理→上土初平→取渣攤鋪→旋耕攪拌→推土機(jī)初平→整平碾壓→標(biāo)高檢查→檢測驗(yàn)收→下一層施工。施工工藝流程圖如下所示：

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前，先按照設(shè)計(jì)要求對天然原地面進(jìn)行處理，對填料進(jìn)行檢測，完成爐渣改良土的室內(nèi)試驗(yàn)和工藝試驗(yàn)工作，根據(jù)粘性土的含水量確定不同的爐渣摻量。依照現(xiàn)場實(shí)際情況合理劃分作業(yè)區(qū)段，每一作業(yè)區(qū)段以100～200m為宜。

4.2 混合料攤鋪

路基填筑采用水平分層填筑法，路基兩側(cè)各超填30～50cm，以便將來收邊。施工中要控制好混合料摻拌比例，基床以下路堤部分路基混合料爐渣摻量按%25控制，基床底層部分路基混合料爐渣摻量按%50控制。按推平攤鋪后計(jì)算松鋪系數(shù)，一個(gè)碾壓層松鋪50cm。經(jīng)過現(xiàn)場測量統(tǒng)計(jì)分析，爐渣摻量25%物理改良土填筑基床以下路堤最佳松鋪厚度為50cm，壓實(shí)厚度42cm，松鋪系數(shù)為1.19；爐渣摻量50%物理改良土填筑基床最佳松鋪厚度為50cm，壓實(shí)厚度41cm，松鋪系數(shù)為1.22。根據(jù)不同比例混合料的壓實(shí)厚度、松鋪系數(shù)確定混合料的的松鋪面積，然后在地面打方格，用自卸汽車運(yùn)粘性土及爐渣，挖掘機(jī)均勻混料攤鋪。

4.3 混合料攪拌

攤鋪好的混合料采用農(nóng)用旋耕機(jī)進(jìn)行攪拌，沿路基縱向進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)候注意橫向搭接寬度及縱向搭接長度，在攪拌過程中要專人負(fù)責(zé)，勻速攪拌，避免原土和爐渣拌和不均勻現(xiàn)象，旋耕犁旋耕深度30cm，旋耕四遍可達(dá)到均勻要求。

4.4 爐渣改良土含水率控制

當(dāng)爐渣改良土含水率在13%-18%之間時(shí)，壓實(shí)系數(shù)及地基系數(shù)K30值根據(jù)合適的碾壓遍數(shù)可滿足驗(yàn)標(biāo)要求，當(dāng)含水率≥18%時(shí)，則容易液化翻漿；當(dāng)含水率≤13%時(shí)，爐渣物理改良土呈松散狀態(tài)，難以壓實(shí)。故現(xiàn)場施工爐渣物理改良土的含水率控制在13%-18%范圍內(nèi)，必要時(shí)尚需晾曬或增加爐渣摻量。

4.5 整平碾壓

基床以下部分路堤25%摻量爐渣物理改良土，采用LT625B型壓路機(jī)及人工配合精平進(jìn)行碾壓，碾壓7遍（靜壓一遍，弱振兩遍，強(qiáng)振二遍，再弱振一遍，收光一遍），基床以下部分路堤25%摻量爐渣物理改良土地基系數(shù)K30、壓實(shí)系數(shù)均滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

基床部分50%摻量爐渣物理改良土，采用LT625B型壓路機(jī)及人工配合精平進(jìn)行碾壓；碾壓8遍（靜壓一遍，弱振兩遍，強(qiáng)振三遍，再弱振一遍，收光一遍），基床部分50%摻量爐渣物理改良土地基系數(shù)K30、壓實(shí)系數(shù)均滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

4.6 檢測

按照路基驗(yàn)標(biāo)要求，地基系數(shù)K30每填筑90cm檢測一次，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，壓實(shí)厚度40cm一層，每填筑2層（80cm左右）檢測地基系數(shù)K30（對填高≥8米的路基壓實(shí)厚度需按鋪設(shè)單向土工格柵的要求進(jìn)行調(diào)整）。

5 小結(jié)

（1）使用熱電廠廢棄的爐渣改良高含水量粘性土，解決了土源匱乏問題，既節(jié)約工程成本，又保護(hù)了環(huán)境。

（2）廢棄的爐渣作為骨料添加到高含水量粘性土中起到骨架作用，還可以改善填土的級配，爐渣在高含水量粘性土中均勻分布，具有優(yōu)良的物理性能，屬于物理改良方法。

（3）爐渣的吸水性強(qiáng)，高含水量粘性土經(jīng)過爐渣改良后，可以快速吸收粘性土中的水份很快達(dá)到最優(yōu)含水量范圍，可即時(shí)進(jìn)行碾壓施工，大大提高了高含水量粘性土的K30地基系數(shù)，滿足工程所需的地基承載力。

（4）爐渣改良高含水量粘性土工藝縮短了填料碾壓成型的施工周期，當(dāng)天改良，當(dāng)日碾壓，次日板結(jié)，檢測達(dá)標(biāo)。相對于水泥改良土施工周期縮短3天，提高了機(jī)械的作業(yè)效率，加快了施工進(jìn)度，由于爐渣成本低廉，還節(jié)省了大量填料和施工成本，

參考文獻(xiàn)：

[1] TB 10001-2005.鐵路路基施工規(guī)范[S].中國鐵道出版社.

[2] TZ 202-2008.客貨共線鐵路路基工程施工技術(shù)指南[S].中國鐵道出版社.

[3] TB 10414-2003.鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].中國鐵道出版社.