铁路工程路基填料改良试验取样分析

赵晓晴

中铁二十三局集团第二工程有限公司

摘要： 试验采用矿渣粉、生石灰和脱硫石膏掺量作为低液限粉土的改良剂，进行界限含水率、击实、浸水、压缩和无侧限抗压强度试验，对掺入比存在区别的改良土在物理性能以及力学性质方面做出全面获取，得出对矿渣粉、生石灰以及脱硫石膏做出采用则能够对低液限粉土实施有效改良的结论，满足了铁路路基填料的要求。

关键词：路基填料；改良；抗压强度铁路

引言：

当前，为了满足经济的不断发展以及人们出行的需求，铁路部门对于铁路运行进行了运量和运速方面大量革新。使得运量加大，运速提升。对于铁路工程来说，路基是十分重要的构成部分所在，其对于铁路所具备的安全性起到了决定性的影响。目前，针对铁路路基在填料方面实施相应的改良属于铁路实现安全运行以及提速的重点研究课题。

对于铁路路基在填料方面实施改良的措施主要分为两种：物理改良和化学改良，而实际运用当中，物理改良方法使用较少，大部分都是采用的化学改良方法。该方法即在填料土中对化学改良剂做出相应的添加，让填料土以及化学改良剂两者产生一定的相互作用，又使填料土在结构以及性质方面产生对应的变化，进而对需求做出有效满足。在目前已有的研究当中有对改良全风化花岗岩、水泥改良高液限土、泥质岩改良土、改良黏性土等进行了实验，结果较为满意。虽然已有相关研究，但是考虑到净土铁路路基填料土壤性质的不同，在改良层中仍然出现了破损的现象，有必要根据实际情况进行具体的实验。基于此，本文对于常见的低液限粉土进行改良实验，希望能够采用矿渣粉、脱硫石膏和生石灰三种改良材料改进低液限粉土的特性，从而实现铁路路基的安全，并降低施工成本。

1试验材料及试验方法

试验的材料主要是来源于二公司铁路项目路基施工中的某一个工点，含水量不高，土质疏松，并且土壤的孔隙大。表1是低液限粉土的物理性质相关参数。

表1低液限粉土的物理性质

本文对掺合料所做出的研究主要包含有矿渣粉、脱硫石膏以及生石灰这三种，针对在配合比方面处于不同状态的掺合料对低液限粉土在物理性能以及力学性质方面所形成的影响做出深入的研究。

对于掺合料，在其矿渣粉中具备无法和水之间实现直接水化反应的SiO₂成分，但其所具备的生石灰可以利用碱性激发剂这一功效来对矿渣粉以及水在水化反应方面起到一定的刺激作用。所以，主要为针对矿渣、生石灰以及脱硫石膏基于不同配比情况下，对低液限粉土在性质方面所起到的改良作用进行研究。具体的掺合量以及试样的编号如表2所示。

表2不同配合比的改良低液限粉土%

2物理性能试验结果

2.1改良土界限含水率

图1为改良土实施液塑限试验后所得到的结果。在对矿渣粉、生石灰以及脱硫石膏做出添加后，低液限粉土在液限以及塑限方面相比试样编号0来说，都要高出一些，但是改良土在塑性指数方面相比试样编号0来说要低一些，此表明对矿渣粉、生石灰以及脱硫石膏做出一定程度的添加之后，改良土在水稳定性方面得到了有效的提升。

图1改良低液限粉土的界限含水率和塑性指数

除此之外，还能够得知，编号6改良土在塑性指数方面是处于最低状态的，所以，改良土在此配比情况下是有良好的效果的。

2.2改良土的击实特性

图2为改良土实施击实试验之后所得到的结果。从图中可以看出试样编号0的击实曲线峰值是最为明显的，加入了掺合料之后的其他编号的击实曲线则变得平缓。

在此之中，最大干密度以及最优含水率出现了十分显著的变化，在对掺合料做出相应的添加后，相比试样编号0来说，最大干密度都要更小一些，其中，最小值表现为1. 67 g/cm³。但是，在最优含水率方面，相比试样编号0来说却都要大一些，其中，最大值表现为20.7 %。产生这种变化的最为主要的原因是掺和料发生化学反应的过程中使用了部分的水分，还有一些水分被蒸发了，因此，最优含水率会提高，而掺和料本身的干密度就比较小，因此加入之后的干密度也会随之降低。

图2干密度与含水率关系曲线

2.3改良土的浸水特性

图3为改良土浸水前后实施无侧限抗压强度试验所得到的结果。试样编号0在浸水24 小时之后没有抗压强度。改良土的试样在浸水24 小时之后，强度均达到了浸水前的50%~60 %，这表明，加入了掺和料之后，其耐水性能得到了很大的提高，改良的效果是非常明显的。除此之外，还能够得知，编号6改良土在浸水之后所表现出的无侧限抗压强度处于最高值状态，体现为2.93 Mpa。

图3 改良土试样浸水前后无侧限抗压强度试验结果

图4为浸水前后无侧限抗压强度和生石灰含量之间表现出的关系曲线。在脱硫石膏浸水前，其在占比方面表现为3%以及6%，当时其在抗压强度方面是基于生石灰的逐渐增加而不断进行增加的，在生石灰掺量对10%的比重进行了达到的情况下，其所表现出来的抗压强度达到了最高值，表现为2. 93 MPa，此时，试样在耐水性方面处于最佳状态。在脱硫石膏所占比重表现为9%的情况下，其在抗压强度方面是基于生石灰的逐渐增加而呈现出一种先小后大的趋势。在生石灰掺量表现为5%的情况下，改良土所表现出的抗压强度便达到了最高值。

在浸水后，生石灰掺量在5~8%的时候，改良土的抗压强度几乎没有变化；在8~10%的时候，改良土的抗压强度缓慢增强；在生石灰掺量达到10%的情况下，改良土所表现出的抗压强度达到了最高值。

结合浸水前后的强度来看，在浸水前，使用脱硫石膏越多，水的消耗量越大，如此一来，生石灰和水之间所发生的反应速度便会减慢，对于矿渣粉来说，其在反应速度方面也会逐渐变慢，从而使得改良土在强度方面进行了一定程度的降低；但是，在浸水之后，试样中存在的水分量将会得到相应的增加，未对反应做出参与的生石灰将会和水之前发生反应，从而对矿渣粉和水在反应方面起到一定的促进作用，如此一来，改良土所具备的耐水性将会实现有力提升。

图4 浸水前后无侧限抗压强度与生石灰含量关系曲线(龄期:28 d )

图5为浸水前后无侧限抗压强度以及脱硫石膏含量之间所表现出来的关系曲线所在。脱硫石膏浸水后在掺和比方面表现为5~8%的比重，此时的改良土在抗压强度方面保持不变的状态，在脱硫石膏掺和比达到8~10%的情况下，抗压强度将会基于其不断增加的趋势而慢慢减小。不管是在浸水前亦或者是在浸水后，抗压强度的最高值都出现在脱硫石膏掺和比表现为6%的情况下。

图5 浸水前后无侧限抗压强度与脱硫石膏含量关系曲线

基于图4以及图5 能够得知，在矿渣粉掺量表现为20%的情况下，若改良土中存在的生石灰含量出现一定程度的提升将会对低液限粉土在耐水性方面做出对应的提高，但若是脱硫石膏在含量方面出现增加则会对于低液限粉土在耐水性方面造成一定程度的降低。对于试样6、7，其在软化系数方面表现为0. 62以及0. 68，但是，浸水之后的试样6在抗压强度方面却表现为2. 93 Mpa，处于最高值状态，所以可以认定，试样6在掺量配合比方面是处于配合比的最有效状态的。

3力学性质试验结果

3.1改良土的压缩特性

基于最优含水率状态，在压实度表现为95 %的情况下，依次按照50 kPa、100 kPa、200 kPa以及300 kPa四级加荷，针对改良土在压缩试验方面做出相应的实施。图6 为不同配合比状态下改良低液限粉土实施试样固结试验所得到的结果所在。

图6 不同配合比改良低液限粉土试样固结试验结果

对于改良土，其在压缩系数方面出现了一定程度的降低，但是在压缩模量方面却得到了相应的增强。压缩系数不论在何种配比状态下都比0.1 Mpa^-1要小，此表明改良土在压缩性能方面处于较低水平。同时，试样7在压缩系数方面表现为最小值，但在压缩模量方面却处于最大值状态。对于试样5、6，其在压缩系数以及模量方面和其在结果上处于较为接近的状态。由此能够得知，在对矿渣粉、生石灰以及脱硫石膏做出一定的添加后，低液限粉土在孔隙率方面会出现相应的降低，在湿陷性方面会慢慢得到减退，对于抵抗压缩能力则会得到有效提升。因此，改良后的低液限粉土作为路基填料能够减少路基的沉降，使列车的高速运行平稳。

3.2改良土的强度特性

图7为不同配合比情况下改良低液限粉土试样基于龄期而表现出的强度变化曲线。当为试样编号0时，低液限粉土在无侧限抗压强度方面表现为基于龄期的不断增加，而不断出现增长的趋势，但此种增长十分不明显，在处于28d的情况下，无侧限抗压在强度值方面表现为0.14MPa。剩下的改良土在无侧限抗压强度方面则表现为基于龄期的不断增加而呈现出显著的增强趋势。

图7 不同配合比改良低液限粉土试样随龄期的变化曲线

基于矿渣粉、生石灰以及脱硫石膏在掺量方面的不断提升，改良土在无侧限抗压强度值方面有了各种形式的提升，由此能够得知，对改良剂做出一定的增加可以对低液限粉土在无侧限抗压强度值方面实现有效提升。但是试样6在无侧限抗压强度值方面表现为最大状态，对于4.72Mpa实现了达到，前7d在增长速度方面表现为最快趋势，所以，其在改良效果方面是最为有效的。基于此能够得知，改良土试样6在掺量配合比方面是处于配合比的最有效状态的。

4结语

本试验结果表明，矿渣粉、生石灰和脱硫石膏掺量作为低液限粉土的改良剂，能够提高液限、塑限、最优含水率、耐水性，对最大干密度做出一定程度的降低，同时对压缩系数进行相应的降低，没有湿陷性存在，改良土试样6在掺量配合比方面是处于配合比的最有效状态，也就是在对低液限粉土中分掺20%矿渣粉、6%脱硫石膏以及10%生石灰做出添加的情况下，低液限粉土在改良效果方面是最有效的，可以对铁路在路基填料方面存在的需求做出全面满足。

参考文献

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