【正文】 固土試驗1．土樣基本性質試驗土樣取自原萬源工務段宣漢地區(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見表317。表317 土樣物理、力學性質和化學成份分析結果從土樣分析看出，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，但極易風化成粘土。這種土性質差，容易造成基床病害。K533+231土樣為粘砂土，性質稍好，但也會產(chǎn)生翻漿冒泥。鐵路路基土質不良，在水的作用下容易泥化。在列車重載振動作用下，被水化的泥漿被擠壓出來，形成翻漿冒泥。而丙烯酸鹽的粘結性好，抗擠出能力則是與粘結性有關的性能。有實驗表明，當內徑為1mm，長30－40cm的毛細管中，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，這一特性對于加固路基土十分有利，但對灌漿過程來講，涉及到灌漿過程中，如何掌握好凝膠反應時間，避免堵管問題，也作為重點進行了研究。2．土樣改性試驗%，%。試驗結果見表318。表318 丙烯酸鈣用量及養(yǎng)護時間試驗從表318試驗數(shù)據(jù)看出，丙烯酸鈣摻加量為土重8%，改性土有很好的強度，特別是粘砂土，表現(xiàn)出的性能更好。在上述試驗中發(fā)現(xiàn)，試件抗壓破碎后，泡在水里，產(chǎn)生了崩解，為了進一步改善改良土質性能，在試劑中再加人交聯(lián)劑，進行研究。3．丙烯酸鈣與交聯(lián)劑類型的研究在丙烯酸鈣中，因含有鈣離子，鈣離子依靠鍵價力，把丙烯酸分子連接起來，形成網(wǎng)狀結構，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，但試驗中發(fā)現(xiàn)在某些狀況下，如壓過的上體，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行改良試驗。本次土樣取自原萬源工務段宣漢地區(qū)K538+544，土體基本性質見表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度僅有58KPa。滿足不了工程要求。采用丙烯酸鈣加交聯(lián)劑試驗方案后，取得良好效果。%，用量為土重的8%。加入過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，%，試驗結果見表319。表319 丙烯酸鈣加膠連劑試驗結果從試驗結果看出加入交聯(lián)劑甲撐雙丙烯酰胺后，不僅土體強度提高，抗水穩(wěn)定性大大增強，壓碎后的試樣在水中也不產(chǎn)生崩解，土質改良達到理想境界。4．催化劑用量對強度的影響將養(yǎng)護一定時間的試樣放在三軸儀上進行單軸無側限抗壓強度測試，其測試的結果見表320。通過不同配比與摻量的試驗研究，從測試的無側限強度看，加固土的強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題，我們重點研究的丙烯酸鈣摻量為8%。在丙烯酸鈣摻量為土的8%時，催化劑的摻量對強度影響比較大，%、%%時，它們的強度是不斷提高。這是由于增加催化劑的量，使聚合反應能充分發(fā)生，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，如果丙烯酸鈣體系內催化劑的量過低，反應很難發(fā)生，土塊試樣仍保留丙烯酸鈣氣味，導致強度很低、且水中崩解。但是催化劑的量過高，聚合反應過快，十多分鐘就發(fā)現(xiàn)土塊試樣發(fā)熱，表明聚合反應己發(fā)生，這樣快的反應速度對加固工藝而言，凝膠難以控制，對施工工藝不利。表320無側跟強度測試結果丙烯酸鈣在風干養(yǎng)護條件下，強度的提高顯得很好，耐水性也很好，而且養(yǎng)護時間越長，性能越好。但是在濕養(yǎng)護下，強度就較低，這可能是由于聚合反應不充分所至。由于埋在濕砂中的樣品幾乎是隔氧反應，使反應體系中氧化產(chǎn)生過氧基受到影響。因此，在中試試驗中采用補灌催化劑的方式，克服這一缺陷。5．抗水性與滲透性將風干養(yǎng)護好的試樣放入水中，觀測水中崩解情況，其結果見表321。表321 擾動土和丙烯酸鈣改良土水中崩解失重對比時間（秒）試樣 重量（g）060120180240300360擾動土試樣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。反復將試樣進行干濕循環(huán)處理10次，加固的土塊試樣仍然在水中不崩解。 高分子復合材料改良土質研究所謂高分子復合材料，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，提高了材料改良土質性能，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表322。表322 硫酸水玻璃與丙烯酸鈣混合液加固土試驗結果養(yǎng)護時間h無側限抗壓強度KPa抗水性能147不崩解24776不崩解在試驗中還測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出的強度見表323。表323硫酸水玻璃不同用量的強度指標 結論1．通過丙烯酸鹽改性土的研究，認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結體，很便于加固基床使用。2．丙烯酸鹽可用過硫酸銨和硫代硫酸鈉來調整膠凝時間，膠凝時間可控制在半小時以上，但用量不能過小。量小了丙烯酸鈣不凝固?？捎描F氰化鉀來作為阻凝劑，來保證延續(xù)膠凝時間。3．丙烯酸鹽采用甲撐雙丙烯酰胺作固化劑會收到抗水性能更佳的改良效果。4．丙烯酸鈣加固軟弱土質，由于其低粘度、快速凝膠、高強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，特別是在空氣養(yǎng)護條件下，強度高達1159KPa，韌性變形近10%，抗水性好，但在濕養(yǎng)護下，強度下降，抗水性減弱。這一缺陷可以通過補加促凝劑的方式克服?？傊?，用丙烯酸鈣加固軟弱土質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價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重，實踐中我們也采取了多種方法進行整治，現(xiàn)將幾種方法評價如下： 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。但實踐證明?！?，數(shù)月后翻漿冒泥再次發(fā)生，施工工藝復雜、施工進度緩慢也是其缺點。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，進而形成翻漿冒泥。現(xiàn)在現(xiàn)場也較少使用。 鋪設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紡布，其作用是防止泥漿侵入道床。原西鄉(xiāng)工務段在淡家溝隧道和柳樹溝隧道的土工布鋪設。其斷面如圖41。隧道中線道碴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軌面標高圖4－1 隧道土工布鋪底及增設側溝圖經(jīng)過對幾處工點進行挖探分析，結果發(fā)現(xiàn)，隧道內土工布完好無損，線路也不翻漿；路塹內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。個別地方土工布被嚴重腐蝕，強度降低，手撕即可破壞。分析認為，隧道內雖有地下水，但基底為風化基巖，適合鋪設土工布；而裂隙土路塹不適合鋪設土工布。 鋪設塑料排水板我們從八六年開始鋪設塑料排水板，目前西安鐵路局鋪設已逾50km。塑料排水板的鋪設斷面如圖42。線路中線軌槽道碴＞25砂保護層10塑排板砂墊層10既有軌面圖42 鋪設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，使列車動載對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)點如下：（1）效果好。我們所鋪塑料排水板除極個別未按設計要求（搭接長度不夠或砂墊層太薄）外，均消滅了翻漿冒泥病害。（2）設計簡單。（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、石質路塹、隧道等不同地質條件下鋪設塑料排水板，均取得較好效果。另外，K173+500工點是在拆除土工布時鋪設塑料排水板現(xiàn)已解決病害。（5）壽命長。具有關資料記載，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，實踐證明效果良好。但是，塑料排水板鋪設過程中要求架空線路和慢行，對既有線的行車有一定影響。見照片4－1，另外，由于塑料排水板為十米長的卷材，不能多斷面同時施工，因而在一定程度上也限制了施工進度。照片4－1 鋪塑排板施工現(xiàn)場 整治翻漿新方法研究 高分子化學漿液灌注加固路基選擇合適的漿材，對正在運行的鐵路基床從路肩打孔，灌注高分子化學漿材，使道床下30cm左右厚度的土體性質得到改良，使親水土層變成憎水土層，強度達300kPa左右，并使部分溢漿在道床底部形成一個隔水層，防止地表水下滲，以此來治理翻漿冒泥。土質改良是永恒的研究課題，幾年來課題組先后對丙乳、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、脲醛樹脂、氨基改性樹脂、聚氨酯及丙烯酸鈣與脲醛樹脂混合液等12種漿液進行了研究，作出千余組試驗結果，最后選出丙烯酸鈣與脲醛樹脂為最佳漿材，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模型試驗的必要性 在化學灌漿整治鐵路翻漿冒泥的過程中，我們發(fā)現(xiàn)化學漿液在路基中的滲透速度、滲透半徑和成形狀態(tài)，以及灌漿體的有關物理、水理和力學參數(shù)均難以觀察和測量。這對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，列車運行密集，加之泥化道床板結程度高，既難以開挖觀察，又難以取樣測試。并且連續(xù)灌注后也很難確定其分布界線。故從現(xiàn)場獲取上述資料幾乎成為不可能，或相當困難。另一方面則由于在室內做小試時，受試樣大小的限制，一般為長10cm，直徑5cm的試件，根本無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后形成，與現(xiàn)場密實土中自然滲透的情況相差甚遠。因此，所取得的物理、水理、力學數(shù)據(jù)均具有一定的局限性。所以，室內小試也難以承擔上述重任。鑒次，我們決定采有大型模型試驗，仿照現(xiàn)場實際情況進行灌注和測試。 模型的制作和準備 （1） 模型框架 試驗模型框架由鋼木結構組成，,。模型體積的大小是考慮到鐵路路基結構和灌漿設想來設計的。，,。故模型長按含二根枕木設計，寬按半邊道床設計，高按道床厚度加欲灌土層厚度設計。考慮到模型既要承受夯實土層的鼓脹力，又要便于灌注和撤模觀察，故設計時，將模型底邊由角鋼焊接成整體。模型的四個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，模板是間均開設有觀察孔，便于灌注時觀察。見圖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化土來做試驗，將土曬干后粉碎。%。具體用土指標見表43。 ②夯筑土層： 求試驗土最佳密實度。對試驗土作擊實試驗，%，其試驗指標見表41，擊實曲線見圖44。表41 擊實驗指標試 驗 次 數(shù)123456密度(KN/m3)干密度(KN/m3)平均含水量(%)無側限抗壓強度(KPa)15021019013050圖44 擊實曲線 根據(jù)現(xiàn)場實際情況和實驗需要，%%兩種，按此含水量取水與土均勻拌合后，蓋上膠布，讓其滋潤24小時備用。 設計灌注土層厚度為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。每層土密度見表42。為了充分利用模型試驗，使一個模型既能做丙烯酸鈣灌漿試驗，又能做脲醛樹脂灌漿試驗，我們在夯筑土層時，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，以便進行對比。夯筑時使用底面積2020cm2重30kg的鐵夯，在導桿引導下均勻夯筑而成。表42 試驗土層密度試驗土層1234密度(KN/m3)(%)(含水量15%) （3）上覆配重的設制 模型土上覆配重按路路基床面上覆路基靜壓考慮。按標準道床厚35cm計算，道床對基床土的壓應為7KPa。按鋼軌每延米重70kg、枕木每根重100kg計算，,。實驗模型面積為100120cm2，故上覆壓力應為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，我們在道碴層上鋪設了216kg的條石，以補足基床上所受壓力。至此，模型準備完畢。見圖45。圖45 實驗模型縱剖面示意圖 （4）灌漿壓力設計 灌漿試驗時，鉆孔位置設置在第二層土與第三層土之間，即鉆孔上覆土層厚20cm。，,。此外，按公式計算，當列車車速為80公里/小時，對基床面產(chǎn)生的動荷載壓應力為71KPa。故在列車運行條件下。灌漿時，故得實際灌漿壓力為206KPa,。因此。 （5）灌漿機具配制 試驗用灌漿機具，完全采用現(xiàn)場灌漿機具和現(xiàn)場灌漿辦法。鉆機為我們改