论文部分内容阅读
摘要：随着我国国民经济的发展，作为基础交通设施的高速铁路建设也得到了长足的发展，而为满足高速铁路路基的变形要求，需要对现有路基进行改良。文章针对黄土路基，选用石灰为填料，研究了路基改良前后的工程力学特性对比，以期为我国高速铁路路基改良提供一些参考。
关键词：高速铁路；路基改良；填料试验
随着铁路的不断提速，我国铁路建设对路基稳定性、强度等性能要求越来越高。高速铁路不仅需要平顺、稳定的路基以保障列车的高速、稳定行驶，还需要强度大、耐久性好的路基以抵抗自然因素的侵蚀，能够在运营期间将线路轨道的各项参数控制在标准范围之内。路基的性能直接制约了列车运行的安全性、稳定性、舒适度和提速的范围，因此高速铁路对路基的要求不再仅关注于路基的强度上，更关注于路基变形的控制上。文章结合理论与实践，针对高速铁路路基改良填料试验，作如下论述。
一、石灰改良黄土路基填料试验
由于黄土具备水敏性特征，一旦和水作用将导致工程性质大幅度降低，因而黄土地基极容易受水影响而出现承载力不足导致的路面坍塌等不良影响。使用石灰能够对黄土地基进行有效的改良，文章结合室内试验研究了石灰改良后的填料，提出了路基填料的具体方案，通过测试石灰改良土的工程性质，得出了最终的试验结论。
1.填料试验原料
试验用的黄土具体物理性质如下：天然密度为1.73g/cm3，天然含水量为24%，天然孔隙比为0.90，比重为2.65，液限和塑限分别为35%、19%，无侧限抗压强度为33KPA，粘聚力为17KPA，塑性指数为16.0，压缩系数为0.88MPA。试验用的石灰为消石灰，较为干燥，具备相当的活性，氧化钙等含量均符合相关规定。
2.试验内容
石灰掺和比控制在10%以下，分别选择6%石灰掺和比、8%石灰掺和比、10%石灰掺和比做三组对照试验，选择90%压实度制备试件和95%压实度制备试件，在湿度大于90%、温度控制在18℃到22℃之间的恒温恒湿养护箱内进行养生，时间分别为7天、14天、28天。试验的整个过程完全遵守铁路土工试验相关的规程进行。
第一，击实试验。击实试验能够获得体现填料压实性能的重要指标，从而可以对路基填筑质量进行控制。本试验按照重型击实标准，制备不同的试样共五份，各试样质量均控制在2.5kg，根据塑限含水量不同取一个击实试验中值和高于、低于中值的试样各两个，各试样含水量相差2%，加水闷料保持1天。击实试验的整个过程完全遵守无机结合料相关的试验规程进行。
第二，液塑限试验。液塑限试验能够得到体现填料与水作用程度的液塑限指标，本试验利用光电式液塑限联合测定仪对石灰改良土进行测定。
第三，压缩试验。压缩试验能够确定土体刚度，可以用来确定土体受力状态。在压缩试验中，能够得到各试样的压缩模量、系数，能够以此分析试样的抗折能力，具体操作如下：先添加石灰，再测定试样的最佳含水量与最大干密度，制备试件，然后养生28天，最后测试试件在直接压缩下的压缩模量、系数和湿陷系数，并测试试件在直接压缩后浸水、浸水饱和后再次压缩两种情况下的参数。
第四，强度试验。强度试验能够获得试样的强度，能够确定路基改良效果与后续的改进方向。强度试验包括无侧限抗压强度与三轴剪切试验，本文选用前一种方法，根据重型击实试验所取得的结果，通过静压法制备试件，在7天、14天、28天的養护后，将试件置于温度维持在18℃到22℃的水中1天，浸水饱和后进行强度试验。
二、石灰改良黄土路基填料试验分析
通过击实试验、液塑限试验、压缩试验和强度试验，得出以下结论：
第一，石灰改良黄土路基的击实性。根据黄土与试件的击实曲线图、石灰掺和比与击实性的曲线图，得出以下结论：石灰掺和比越高，试件的最大干密度越低，而最优含水率越高；试件与黄土相比，最大干密度低而最优含水率高。由此可知黄土中掺入石灰后，小颗粒在凝聚作用和絮凝作用下构成大颗粒，使土体结构得到改变，密实性增强，压缩性增高。
第二，石灰改良黄土路基的液塑限。根据石灰掺和比和试件液塑限的曲线图，可以得出以下结论：在黄土中掺入石灰，能够通过石灰与黄土的强烈化学作用，使土质结构由细颗粒变为团粒结构，试件的塑性指数与石灰掺和比为负相关关系。由此可见，在黄土中添加石灰后，石灰改良土的塑性大幅度下降，导致亲水性减弱，与水作用后工程性质受到的影响有所降低。
第三，石灰改良黄土路基的压缩性。通过对各试件的压缩试验得到的数据，得出以下结论：黄土中添加石灰后能够降低孔隙率，降低压缩性，改善湿陷性。在石灰掺和比一样的条件下，密实度越高，压缩系数越小，而压缩模量越大，当石灰掺和比为10%时石灰改良土的压缩模量达到最高。由于试件是在最优含水量条件下制备的，虽然呈现出随石灰掺和比提高而减小的趋势，却并不明显。
第四，石灰改良黄土路基的强度特性。通过对各试件的强度试验得到的数据，得出以下结论：石灰改良土与黄土相比，应力应变、抗剪强度特性和弹性模量等性能上得到增强，土质塑性降低，整体的工程性质得到提高；石灰掺和比与试件的抗剪度有紧密关系，加入少量石灰后抑制了土体的塑性，强度、水稳性得到增强，当石灰掺和比达到一定值时，改良土的工程性质趋于峰值，过多的石灰也仅会在孔隙中沉积导致强度下降，因此需要严格控制改良土的含灰率；养护龄期与试件强度是正相关关系，低温环境对强度有不良影响，因此应控制养护期间的温度范围；密实度与抗剪强度是正相关关系，密实度越高，则抗剪强度越高。
总结：
综上所述，使用石灰改良黄土路基，能够改善黄土的水敏性，提高水稳定性、最佳含水量、压缩模量、无侧限抗压强度等工程性质。为保障高速铁路路基改良效果，在改良方案中，需要确定合适的石灰掺和比并控制养护温度等参数，严格遵守相关的标准、规范。
参考文献
[1] 王心顺. 客运专线大跨度连续梁桥施工监控[J]. 铁道勘察, 2011,(04) .
[2] 吴海涛, 李鲁黑. 客运专线基床表层级配碎石施工技术要点[J]. 价值工程, 2011,(23) .
[3] 刘和能. 铁路客运专线桥梁工程技术及建议[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2011,(08) .
[4] 文望青,罗世东. 京沪高速铁路桥梁设计关键技术[J]. 铁道建筑技术, 2009,(02) .
关键词：高速铁路；路基改良；填料试验
随着铁路的不断提速，我国铁路建设对路基稳定性、强度等性能要求越来越高。高速铁路不仅需要平顺、稳定的路基以保障列车的高速、稳定行驶，还需要强度大、耐久性好的路基以抵抗自然因素的侵蚀，能够在运营期间将线路轨道的各项参数控制在标准范围之内。路基的性能直接制约了列车运行的安全性、稳定性、舒适度和提速的范围，因此高速铁路对路基的要求不再仅关注于路基的强度上，更关注于路基变形的控制上。文章结合理论与实践，针对高速铁路路基改良填料试验，作如下论述。
一、石灰改良黄土路基填料试验
由于黄土具备水敏性特征，一旦和水作用将导致工程性质大幅度降低，因而黄土地基极容易受水影响而出现承载力不足导致的路面坍塌等不良影响。使用石灰能够对黄土地基进行有效的改良，文章结合室内试验研究了石灰改良后的填料，提出了路基填料的具体方案，通过测试石灰改良土的工程性质，得出了最终的试验结论。
1.填料试验原料
试验用的黄土具体物理性质如下：天然密度为1.73g/cm3，天然含水量为24%，天然孔隙比为0.90，比重为2.65，液限和塑限分别为35%、19%，无侧限抗压强度为33KPA，粘聚力为17KPA，塑性指数为16.0，压缩系数为0.88MPA。试验用的石灰为消石灰，较为干燥，具备相当的活性，氧化钙等含量均符合相关规定。
2.试验内容
石灰掺和比控制在10%以下，分别选择6%石灰掺和比、8%石灰掺和比、10%石灰掺和比做三组对照试验，选择90%压实度制备试件和95%压实度制备试件，在湿度大于90%、温度控制在18℃到22℃之间的恒温恒湿养护箱内进行养生，时间分别为7天、14天、28天。试验的整个过程完全遵守铁路土工试验相关的规程进行。
第一，击实试验。击实试验能够获得体现填料压实性能的重要指标，从而可以对路基填筑质量进行控制。本试验按照重型击实标准，制备不同的试样共五份，各试样质量均控制在2.5kg，根据塑限含水量不同取一个击实试验中值和高于、低于中值的试样各两个，各试样含水量相差2%，加水闷料保持1天。击实试验的整个过程完全遵守无机结合料相关的试验规程进行。
第二，液塑限试验。液塑限试验能够得到体现填料与水作用程度的液塑限指标，本试验利用光电式液塑限联合测定仪对石灰改良土进行测定。
第三，压缩试验。压缩试验能够确定土体刚度，可以用来确定土体受力状态。在压缩试验中，能够得到各试样的压缩模量、系数，能够以此分析试样的抗折能力，具体操作如下：先添加石灰，再测定试样的最佳含水量与最大干密度，制备试件，然后养生28天，最后测试试件在直接压缩下的压缩模量、系数和湿陷系数，并测试试件在直接压缩后浸水、浸水饱和后再次压缩两种情况下的参数。
第四，强度试验。强度试验能够获得试样的强度，能够确定路基改良效果与后续的改进方向。强度试验包括无侧限抗压强度与三轴剪切试验，本文选用前一种方法，根据重型击实试验所取得的结果，通过静压法制备试件，在7天、14天、28天的養护后，将试件置于温度维持在18℃到22℃的水中1天，浸水饱和后进行强度试验。
二、石灰改良黄土路基填料试验分析
通过击实试验、液塑限试验、压缩试验和强度试验，得出以下结论：
第一，石灰改良黄土路基的击实性。根据黄土与试件的击实曲线图、石灰掺和比与击实性的曲线图，得出以下结论：石灰掺和比越高，试件的最大干密度越低，而最优含水率越高；试件与黄土相比，最大干密度低而最优含水率高。由此可知黄土中掺入石灰后，小颗粒在凝聚作用和絮凝作用下构成大颗粒，使土体结构得到改变，密实性增强，压缩性增高。
第二，石灰改良黄土路基的液塑限。根据石灰掺和比和试件液塑限的曲线图，可以得出以下结论：在黄土中掺入石灰，能够通过石灰与黄土的强烈化学作用，使土质结构由细颗粒变为团粒结构，试件的塑性指数与石灰掺和比为负相关关系。由此可见，在黄土中添加石灰后，石灰改良土的塑性大幅度下降，导致亲水性减弱，与水作用后工程性质受到的影响有所降低。
第三，石灰改良黄土路基的压缩性。通过对各试件的压缩试验得到的数据，得出以下结论：黄土中添加石灰后能够降低孔隙率，降低压缩性，改善湿陷性。在石灰掺和比一样的条件下，密实度越高，压缩系数越小，而压缩模量越大，当石灰掺和比为10%时石灰改良土的压缩模量达到最高。由于试件是在最优含水量条件下制备的，虽然呈现出随石灰掺和比提高而减小的趋势，却并不明显。
第四，石灰改良黄土路基的强度特性。通过对各试件的强度试验得到的数据，得出以下结论：石灰改良土与黄土相比，应力应变、抗剪强度特性和弹性模量等性能上得到增强，土质塑性降低，整体的工程性质得到提高；石灰掺和比与试件的抗剪度有紧密关系，加入少量石灰后抑制了土体的塑性，强度、水稳性得到增强，当石灰掺和比达到一定值时，改良土的工程性质趋于峰值，过多的石灰也仅会在孔隙中沉积导致强度下降，因此需要严格控制改良土的含灰率；养护龄期与试件强度是正相关关系，低温环境对强度有不良影响，因此应控制养护期间的温度范围；密实度与抗剪强度是正相关关系，密实度越高，则抗剪强度越高。
总结：
综上所述，使用石灰改良黄土路基，能够改善黄土的水敏性，提高水稳定性、最佳含水量、压缩模量、无侧限抗压强度等工程性质。为保障高速铁路路基改良效果，在改良方案中，需要确定合适的石灰掺和比并控制养护温度等参数，严格遵守相关的标准、规范。
参考文献
[1] 王心顺. 客运专线大跨度连续梁桥施工监控[J]. 铁道勘察, 2011,(04) .
[2] 吴海涛, 李鲁黑. 客运专线基床表层级配碎石施工技术要点[J]. 价值工程, 2011,(23) .
[3] 刘和能. 铁路客运专线桥梁工程技术及建议[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2011,(08) .
[4] 文望青,罗世东. 京沪高速铁路桥梁设计关键技术[J]. 铁道建筑技术, 2009,(02) .