【正文】 鈣加固土試驗(yàn)1．土樣基本性質(zhì)試驗(yàn)土樣取自原萬(wàn)源工務(wù)段宣漢地區(qū)，其中K541+948為含礫粘土，K533+231為含礫粘砂土，這兩種土的基本性質(zhì)見(jiàn)表317。表317 土樣物理、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成份分析結(jié)果從土樣分析看出，K541+948土體塑性指數(shù)大于17，定名為碎石夾粘土，土中盡管含有巖石碎塊，但極易風(fēng)化成粘土。這種土性質(zhì)差，容易造成基床病害。K533+231土樣為粘砂土，性質(zhì)稍好，但也會(huì)產(chǎn)生翻漿冒泥。鐵路路基土質(zhì)不良，在水的作用下容易泥化。在列車(chē)重載振動(dòng)作用下，被水化的泥漿被擠壓出來(lái)，形成翻漿冒泥。而丙烯酸鹽的粘結(jié)性好，抗擠出能力則是與粘結(jié)性有關(guān)的性能。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)內(nèi)徑為1mm，長(zhǎng)30－40cm的毛細(xì)管中，灌入丙烯酸鹽溶液，凝膠后，可承受每平方厘米數(shù)百公斤（數(shù)千米水頭）的水壓，顯示出較高的抗擠能力，這一特性對(duì)于加固路基土十分有利，但對(duì)灌漿過(guò)程來(lái)講，涉及到灌漿過(guò)程中，如何掌握好凝膠反應(yīng)時(shí)間，避免堵管問(wèn)題，也作為重點(diǎn)進(jìn)行了研究。2．土樣改性試驗(yàn)%，%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表318。表318 丙烯酸鈣用量及養(yǎng)護(hù)時(shí)間試驗(yàn)從表318試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，丙烯酸鈣摻加量為土重8%，改性土有很好的強(qiáng)度，特別是粘砂土，表現(xiàn)出的性能更好。在上述試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，試件抗壓破碎后，泡在水里，產(chǎn)生了崩解，為了進(jìn)一步改善改良土質(zhì)性能，在試劑中再加人交聯(lián)劑，進(jìn)行研究。3．丙烯酸鈣與交聯(lián)劑類(lèi)型的研究在丙烯酸鈣中，因含有鈣離子，鈣離子依靠鍵價(jià)力，把丙烯酸分子連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包裹土粒，起到了加固土的作用。土中有了鈣離子作交聯(lián)劑，可不另加交聯(lián)劑，但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在某些狀況下，如壓過(guò)的上體，再泡水有崩解的現(xiàn)象，為此又加入了交聯(lián)劑甲撐雙丙烯酰胺進(jìn)行改良試驗(yàn)。本次土樣取自原萬(wàn)源工務(wù)段宣漢地區(qū)K538+544，土體基本性質(zhì)見(jiàn)表317。是一種偏堿性的砂粘土，在野外天然含水量情況下基床土強(qiáng)度僅有58KPa。滿(mǎn)足不了工程要求。采用丙烯酸鈣加交聯(lián)劑試驗(yàn)方案后，取得良好效果。%，用量為土重的8%。加入過(guò)硫酸銨和硫代硫酸鈉用量都為丙烯酸鈣用量的5%后，再加入甲撐雙丙烯酰胺，%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表319。表319 丙烯酸鈣加膠連劑試驗(yàn)結(jié)果從試驗(yàn)結(jié)果看出加入交聯(lián)劑甲撐雙丙烯酰胺后，不僅土體強(qiáng)度提高，抗水穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，壓碎后的試樣在水中也不產(chǎn)生崩解，土質(zhì)改良達(dá)到理想境界。4．催化劑用量對(duì)強(qiáng)度的影響將養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間的試樣放在三軸儀上進(jìn)行單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，其測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表320。通過(guò)不同配比與摻量的試驗(yàn)研究，從測(cè)試的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度看，加固土的強(qiáng)度隨摻人丙烯酸鈣量的增加而增大，由于考慮到軟弱地基加固的成本問(wèn)題，我們重點(diǎn)研究的丙烯酸鈣摻量為8%。在丙烯酸鈣摻量為土的8%時(shí)，催化劑的摻量對(duì)強(qiáng)度影響比較大，%、%%時(shí)，它們的強(qiáng)度是不斷提高。這是由于增加催化劑的量，使聚合反應(yīng)能充分發(fā)生，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，如果丙烯酸鈣體系內(nèi)催化劑的量過(guò)低，反應(yīng)很難發(fā)生，土塊試樣仍保留丙烯酸鈣氣味，導(dǎo)致強(qiáng)度很低、且水中崩解。但是催化劑的量過(guò)高，聚合反應(yīng)過(guò)快，十多分鐘就發(fā)現(xiàn)土塊試樣發(fā)熱，表明聚合反應(yīng)己發(fā)生，這樣快的反應(yīng)速度對(duì)加固工藝而言，凝膠難以控制，對(duì)施工工藝不利。表320無(wú)側(cè)跟強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果丙烯酸鈣在風(fēng)干養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度的提高顯得很好，耐水性也很好，而且養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，性能越好。但是在濕養(yǎng)護(hù)下，強(qiáng)度就較低，這可能是由于聚合反應(yīng)不充分所至。由于埋在濕砂中的樣品幾乎是隔氧反應(yīng)，使反應(yīng)體系中氧化產(chǎn)生過(guò)氧基受到影響。因此，在中試試驗(yàn)中采用補(bǔ)灌催化劑的方式，克服這一缺陷。5．抗水性與滲透性將風(fēng)干養(yǎng)護(hù)好的試樣放入水中，觀測(cè)水中崩解情況，其結(jié)果見(jiàn)表321。表321 擾動(dòng)土和丙烯酸鈣改良土水中崩解失重對(duì)比時(shí)間（秒）試樣 重量（g）060120180240300360擾動(dòng)土試樣0改良土試樣將丙烯酸鈣改良的土試樣置于水中30天，試樣也不崩解。反復(fù)將試樣進(jìn)行干濕循環(huán)處理10次，加固的土塊試樣仍然在水中不崩解。 高分子復(fù)合材料改良土質(zhì)研究所謂高分子復(fù)合材料，是把兩種高分子材料混在一起使用，使?jié){液具有兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，提高了材料改良土質(zhì)性能，如硫酸水玻璃與丙烯酸鈣混合后，改良土體，使土體不僅有足夠的強(qiáng)度，還有一定的韌性。配方為硫酸水玻璃占土重6%，%，用量占土重5%，混合漿液加固土性能見(jiàn)表322。表322 硫酸水玻璃與丙烯酸鈣混合液加固土試驗(yàn)結(jié)果養(yǎng)護(hù)時(shí)間h無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度KPa抗水性能147不崩解24776不崩解在試驗(yàn)中還測(cè)試了在固定丙烯酸鈣用量不變，增大酸性水玻璃用量情況下，抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，%，用量為土重的5%，根據(jù)不同酸性水玻璃用量測(cè)出的強(qiáng)度見(jiàn)表323。表323硫酸水玻璃不同用量的強(qiáng)度指標(biāo) 結(jié)論1．通過(guò)丙烯酸鹽改性土的研究，認(rèn)為該材料是一種粘度小僅有3－4CPS，可灌性好的漿材，漿材在凝固前一直保持稠度不變，一旦初凝，很快即變?yōu)槟z結(jié)體，很便于加固基床使用。2．丙烯酸鹽可用過(guò)硫酸銨和硫代硫酸鈉來(lái)調(diào)整膠凝時(shí)間，膠凝時(shí)間可控制在半小時(shí)以上，但用量不能過(guò)小。量小了丙烯酸鈣不凝固?？捎描F氰化鉀來(lái)作為阻凝劑，來(lái)保證延續(xù)膠凝時(shí)間。3．丙烯酸鹽采用甲撐雙丙烯酰胺作固化劑會(huì)收到抗水性能更佳的改良效果。4．丙烯酸鈣加固軟弱土質(zhì)，由于其低粘度、快速凝膠、高強(qiáng)度以及高韌性和抗水性，是一種比較理想的高分子軟弱土加固劑。用該材料加固軟弱土，可灌性好，滲透性強(qiáng)，特別是在空氣養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度高達(dá)1159KPa，韌性變形近10%，抗水性好，但在濕養(yǎng)護(hù)下，強(qiáng)度下降，抗水性減弱。這一缺陷可以通過(guò)補(bǔ)加促凝劑的方式克服?？傊帽┧徕}加固軟弱土質(zhì)是一種比較理想的加固材料。第4章 翻漿冒泥整治措施研究 既有幾種整治方法的評(píng)價(jià)由于西安鐵路局襄渝鐵路地處秦巴山區(qū)，年降雨量在1400mm—1600mm之間，裂隙土翻漿冒泥非常嚴(yán)重，實(shí)踐中我們也采取了多種方法進(jìn)行整治，現(xiàn)將幾種方法評(píng)價(jià)如下： 三合土封面三合土封面的作用是隔斷地表水，使道床干枯而停止翻漿冒泥。在1983年之前，較多采用石灰粘土加砂的三合土封面，其中也不乏成功的例子。但實(shí)踐證明?！?，數(shù)月后翻漿冒泥再次發(fā)生，施工工藝復(fù)雜、施工進(jìn)度緩慢也是其缺點(diǎn)。此方法在八四年后已不再使用。 砂墊層砂墊層是較早采用的一種整治翻漿冒泥的方法，其作用是利用砂子的透水性在道碴與基床之間形成一種透水層，使雨水排出基床，從而達(dá)到整治目的。但是，由于砂子的透水性，仍有一部分水滲入基床，使基床泥化，泥漿侵入砂墊層，并逐漸上冒，進(jìn)而形成翻漿冒泥?，F(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)也較少使用。 鋪設(shè)土工纖維布土工纖維布也叫土工布，它是一種透水濾泥高分子無(wú)紡布，其作用是防止泥漿侵入道床。原西鄉(xiāng)工務(wù)段在淡家溝隧道和柳樹(shù)溝隧道的土工布鋪設(shè)。其斷面如圖41。隧道中線(xiàn)道碴25面層墊砂10土工布底層砂10泄水孔410間距400此有電纜槽118軌面標(biāo)高圖4－1 隧道土工布鋪底及增設(shè)側(cè)溝圖經(jīng)過(guò)對(duì)幾處工點(diǎn)進(jìn)行挖探分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隧道內(nèi)土工布完好無(wú)損，線(xiàn)路也不翻漿；路塹內(nèi)面砂及底砂已被泥漿混合，布下為D=10cm的塊狀體，且凹凸不平。抽查一塊40cm40cm的土工布，上面有被道碴刺穿的不規(guī)則裂縫40條，還有大量未穿透的麻點(diǎn)。個(gè)別地方土工布被嚴(yán)重腐蝕，強(qiáng)度降低，手撕即可破壞。分析認(rèn)為，隧道內(nèi)雖有地下水，但基底為風(fēng)化基巖，適合鋪設(shè)土工布；而裂隙土路塹不適合鋪設(shè)土工布。 鋪設(shè)塑料排水板我們從八六年開(kāi)始鋪設(shè)塑料排水板，目前西安鐵路局鋪設(shè)已逾50km。塑料排水板的鋪設(shè)斷面如圖42。線(xiàn)路中線(xiàn)軌槽道碴＞25砂保護(hù)層10塑排板砂墊層10既有軌面圖42 鋪設(shè)塑料板斷面塑料排水板的作用：一是隔水，使地表水不能滲入基床；二是將道床與基床面隔離，使列車(chē)動(dòng)載對(duì)基床面的抽吸作用減少，不致大量成漿；三是隔漿，有少量地下水的基床在塑料排水板下雖有泥漿，但泥漿受阻不能翻上道床，從而達(dá)到整治目的。塑料排水板是目前我們最常用的防治翻漿冒泥措施，其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）效果好。我們所鋪塑料排水板除極個(gè)別未按設(shè)計(jì)要求（搭接長(zhǎng)度不夠或砂墊層太薄）外，均消滅了翻漿冒泥病害。（2）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。（3）施工方便、快捷。（4）適用范圍廣。我們先后在裂隙土路堤、路塹、石質(zhì)路塹、隧道等不同地質(zhì)條件下鋪設(shè)塑料排水板，均取得較好效果。另外，K173+500工點(diǎn)是在拆除土工布時(shí)鋪設(shè)塑料排水板現(xiàn)已解決病害。（5）壽命長(zhǎng)。具有關(guān)資料記載，其壽命約為36年。為使塑料排水板能迅速排水，我們還要求生產(chǎn)廠家在塑料排水板上做成4毫米的排水溝槽，實(shí)踐證明效果良好。但是，塑料排水板鋪設(shè)過(guò)程中要求架空線(xiàn)路和慢行，對(duì)既有線(xiàn)的行車(chē)有一定影響。見(jiàn)照片4－1，另外，由于塑料排水板為十米長(zhǎng)的卷材，不能多斷面同時(shí)施工，因而在一定程度上也限制了施工進(jìn)度。照片4－1 鋪塑排板施工現(xiàn)場(chǎng) 整治翻漿新方法研究 高分子化學(xué)漿液灌注加固路基選擇合適的漿材，對(duì)正在運(yùn)行的鐵路基床從路肩打孔，灌注高分子化學(xué)漿材，使道床下30cm左右厚度的土體性質(zhì)得到改良，使親水土層變成憎水土層，強(qiáng)度達(dá)300kPa左右，并使部分溢漿在道床底部形成一個(gè)隔水層，防止地表水下滲，以此來(lái)治理翻漿冒泥。土質(zhì)改良是永恒的研究課題，幾年來(lái)課題組先后對(duì)丙乳、丙凝、硫酸水玻璃、磷酸水玻璃、丙烯酸鈣、丙烯酸、鈣水玻璃、聚乙烯醇水玻璃、聚丙烯酰胺水玻璃、脲醛樹(shù)脂、氨基改性樹(shù)脂、聚氨酯及丙烯酸鈣與脲醛樹(shù)脂混合液等12種漿液進(jìn)行了研究，作出千余組試驗(yàn)結(jié)果，最后選出丙烯酸鈣與脲醛樹(shù)脂為最佳漿材，酸性水玻璃和聚氨酯為后備漿材。（一）高分子材料灌漿加固土的模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)的必要性 在化學(xué)灌漿整治鐵路翻漿冒泥的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)化學(xué)漿液在路基中的滲透速度、滲透半徑和成形狀態(tài)，以及灌漿體的有關(guān)物理、水理和力學(xué)參數(shù)均難以觀察和測(cè)量。這對(duì)如何具體確定理想的灌注位置和灌注方法，以提高灌注效果均帶來(lái)困難。這主要由兩方面的原因造成：一方面是由于灌注后，列車(chē)運(yùn)行密集，加之泥化道床板結(jié)程度高，既難以開(kāi)挖觀察，又難以取樣測(cè)試。并且連續(xù)灌注后也很難確定其分布界線(xiàn)。故從現(xiàn)場(chǎng)獲取上述資料幾乎成為不可能，或相當(dāng)困難。另一方面則由于在室內(nèi)做小試時(shí)，受試樣大小的限制，一般為長(zhǎng)10cm，直徑5cm的試件，根本無(wú)法求取灌漿滲透速度、滲透半徑和漿液分布狀態(tài)。并且，所有試樣都是用人工將漿液和土均勻攪拌并擊實(shí)后形成，與現(xiàn)場(chǎng)密實(shí)土中自然滲透的情況相差甚遠(yuǎn)。因此，所取得的物理、水理、力學(xué)數(shù)據(jù)均具有一定的局限性。所以，室內(nèi)小試也難以承擔(dān)上述重任。鑒次，我們決定采有大型模型試驗(yàn)，仿照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行灌注和測(cè)試。 模型的制作和準(zhǔn)備 （1） 模型框架 試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蚣苡射撃窘Y(jié)構(gòu)組成，,。模型體積的大小是考慮到鐵路路基結(jié)構(gòu)和灌漿設(shè)想來(lái)設(shè)計(jì)的。，,。故模型長(zhǎng)按含二根枕木設(shè)計(jì)，寬按半邊道床設(shè)計(jì)，高按道床厚度加欲灌土層厚度設(shè)計(jì)?？紤]到模型既要承受夯實(shí)土層的鼓脹力，又要便于灌注和撤模觀察，故設(shè)計(jì)時(shí)，將模型底邊由角鋼焊接成整體。模型的四個(gè)角樁和模型中間加力樁也用角鋼焊接而成，并與模型底邊框呈插槽式聯(lián)接。在各樁的上部設(shè)置鋼筋加力拉桿。各邊模板由3cm厚雜木板和鑲鉗鐵皮做成，模板是間均開(kāi)設(shè)有觀察孔，便于灌注時(shí)觀察。見(jiàn)圖43。圖43 模型框架示意圖 （2）灌注土層的配制和夯筑 ①選土： 我們選擇了成都龍泉山侏羅系沙溪廟組地層的山坡風(fēng)化土來(lái)做試驗(yàn)，將土?xí)窀珊蠓鬯椤?。具體用土指標(biāo)見(jiàn)表43。 ②夯筑土層： 求試驗(yàn)土最佳密實(shí)度。對(duì)試驗(yàn)土作擊實(shí)試驗(yàn)，%，其試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表41，擊實(shí)曲線(xiàn)見(jiàn)圖44。表41 擊實(shí)驗(yàn)指標(biāo)試 驗(yàn) 次 數(shù)123456密度(KN/m3)干密度(KN/m3)平均含水量(%)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(KPa)15021019013050圖44 擊實(shí)曲線(xiàn) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)需要，%%兩種，按此含水量取水與土均勻拌合后，蓋上膠布，讓其滋潤(rùn)24小時(shí)備用。 設(shè)計(jì)灌注土層厚度為30cm，故按40cm厚夯筑土層?？紤]到路基基床土層上下密度不均一，并考慮到一次試驗(yàn)盡可能多地觀察在不同密度層中的滲透情況，故將土層表面劃松，再夯筑第二層，使兩層土之間緊密聯(lián)系。每層土密度見(jiàn)表42。為了充分利用模型試驗(yàn)，使一個(gè)模型既能做丙烯酸鈣灌漿試驗(yàn)，又能做脲醛樹(shù)脂灌漿試驗(yàn)，我們?cè)诤恢翆訒r(shí)，用鐵板將模型一分為二，兩邊各土層中的含水量、土的用量、土的密度都相同，以便進(jìn)行對(duì)比。夯筑時(shí)使用底面積2020cm2重30kg的鐵夯，在導(dǎo)桿引導(dǎo)下均勻夯筑而成。表42 試驗(yàn)土層密度試驗(yàn)土層1234密度(KN/m3)(%)(含水量15%) （3）上覆配重的設(shè)制 模型土上覆配重按路路基床面上覆路基靜壓考慮。按標(biāo)準(zhǔn)道床厚35cm計(jì)算，道床對(duì)基床土的壓應(yīng)為7KPa。按鋼軌每延米重70kg、枕木每根重100kg計(jì)算，,。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔娣e為100120cm2，故上覆壓力應(yīng)為936kg。模型下部為40cm厚的夯筑土層，模型上部為厚30cm的道碴，該層道碴重720kg，為配足936kg的上覆壓力，我們?cè)诘啦陮由箱佋O(shè)了216kg的條石，以補(bǔ)足基床上所受壓力。至此，模型準(zhǔn)備完畢。見(jiàn)圖45。圖45 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂v剖面示意圖 （4）灌漿壓力設(shè)計(jì) 灌漿試驗(yàn)時(shí)，鉆孔位置設(shè)置在第二層土與第三層土之間，即鉆孔上覆土層厚20cm。，,。此外，按公式計(jì)算，當(dāng)列車(chē)車(chē)速為80公里/小時(shí)，對(duì)基床面產(chǎn)生的動(dòng)荷載壓應(yīng)力為71KPa。故在列車(chē)運(yùn)行條件下。灌漿時(shí)，故得實(shí)際灌漿壓力為206KPa,。因此。 （5）灌漿機(jī)具配制 試驗(yàn)用灌漿機(jī)具，完全采用現(xiàn)場(chǎng)灌漿機(jī)具和現(xiàn)場(chǎng)灌漿辦法。鉆機(jī)為我