李维宇

摘 要：盘锦某铁路路基填筑在当地土源匮乏的情况下，采用当地水库的高含水量粘性土作为路基填料，土体天然含水量高达25%～35%，几乎接近液限状态，采用传统的翻晒工艺不能满足工期要求。采用热电厂排放的炉渣对高含水量粘性土进行改良，满足了路基设计地基系数要求，加快了工程进度，并节省了填料改良成本和施工成本。

关键词：炉渣；含水量；粘性土；改良；地基系数

1 序言

盘锦地区作为沿海濕地缺少合格的土源，为解决土源问题，盘锦某铁路工程Ⅱ级线路在路基施工填筑中，利用冬季取附近八一水库中的高含水量粘性土C组料作为路基填料，由于其含水量高，采用传统的施工翻晒工艺，施工效率低、周期长，不能满足工期要求。为提高施工效率，路基填筑过程中采取了当地电厂排放的废弃炉渣改良高含水量粘性土后做为路基填料，并采取合理的施工工艺和科学的检测方法使施工质量达到了设计要求。

2 炉渣改良高含水量粘性土施工工艺技术路线

2.1 工艺原理

利用热电厂排放的固体颗粒废弃物炉渣的强吸水性，降低填料的含水量，改良高含水量粘性土的检测K30地基系数不达标的问题，按炉渣体积与干土体积之比为25%～50%的比例，将炉渣和高含水量粘性土拌合均勻得到混合土，经过炉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体很快达到最优含水量范围，进而进行碾压施工，同时提高了高含水量粘性土的K30地基系数，满足铁路路基工程设计和验标所要求的地基承载力。

2.2 炉渣改良土改良原理分析

2.2.1 原材料特性分析

2.2.2 炉渣改良土掺配比例的确定

（1）掺配比计算。先分别测定粘性土和炉渣的含水量，再根据粘性土的含水量计算炉渣掺量，计算公式推倒如下：W优=W高-[（W高-P）+（P×W吸）] 经移项合并后，上述公式简化为：

P=（ W高- W优）/ （W高- W吸）

式中：P—炉渣掺量（%）；W高—高含水量粘性土的自然含水量（%）；W优 —粘性土的最优含水量（%）；W吸—炉渣的吸水率（%）。

（2）掺配试验。

2.3 掺配试验结果分析

2.3.1 炉渣：粉土（体积比1：3）

掺配比：炉渣掺25%，低液限粉质粘土掺75%。由于炉渣成本高且存量小，设计掺配比宜小，改良土的物理性能主要反应的是低液限粉质粘土的物理性能。

水库取土低液限粉质粘土的天然含水量为28%左右，按体积比1：3混合后含水量为21%，比低液限粉质粘土的最佳含水量高5.8%，由于电厂炉渣为干料，有时温度达50℃以上，且吸水性强（吸水率9.7%），翻拌均匀凉晒后，粉土水分被蒸发、吸收，含水量可降为17%以下，接近粉土的最佳含水量，详见25%炉渣物理改良土12h后的击实试验结果表5。

2.3.2 炉渣：粉土（体积比1：2）

炉渣：粉土掺配体积比1：2，炉渣占33.3%，低液限粉质粘土占66.7%，改良土的物理性能主要反应的是低液限粉质粘土的物理性能。高含水量低液限粉质粘土的天然含水量为28%左右，混合后含水量为18%左右，比低液限粉质粘土的最佳含水量高2.8%，虽然总含水量接近最佳含水量上限，但由于粘土与炉渣的含水量没有经过闷料，分布不匀，粘土为高含水量，炉渣仍为干料。炉渣吸水性强，翻拌均匀后经12小时以上时间闷料低液限粉质粘土的含水量被吸收一部分，粘土的含水量可降为17%左右，已接近物理改良土的最佳含水量上限，因此掺炉渣33.3%（体积比1：2）的炉渣改良土施工工艺是旋耕搅拌均匀后需要晾晒碾压，施工周期相应延长一天。

2.3.3 炉渣：粉土（体积比1：1）

炉渣占50%，低液限粉质粘土占50%，改良土定名为中砂，属B组填料，可用于基床及基床以下部分。改良土反应的是中砂土的物理性能。低液限粉质粘土的天然含水量为28%左右，两种土按体积比1：1混合后含水量为14%，比低液限粉质粘土的最佳含水量低1.2%，由于炉渣为干料，且吸水性强，翻拌均匀后粉土的含水量被吸收一部分，粉土的含水量可降为14%以下，接近粉土的最佳含水量下限，因此掺炉渣50%（体积比1：1）的改良土施工工艺是旋耕均匀后可立即碾压，详见表6。

从以上试验结果分析： 炉渣掺量越大含水量降低越明显，炉渣掺量越大视密度增大，掺量超过55%以后击实效果有加大松散趋势，掺量达50%满足基床填料要求，掺量超过55%填料性能反而变差。

2.3.4 确定闷料时间

掺炉渣25%（体积比1：3）的改良土搅拌均匀后粉土水分被蒸发、吸收，含水量可降为17%以下，接近粉土的最佳含水量，可即时碾压施工；掺炉渣33.3%，掺配体积比1：2，改良土需闷料一天，次日碾压施工，需延长施工周期；掺炉渣50%（体积比1：1）的改良土搅拌均匀后，粉土的含水量降为14%以下，可即时混料即时碾压。

3 炉渣改良土填筑路基施工工艺流程

施工工艺流程：施工准备→基地处理→上土初平→取渣摊铺→旋耕搅拌→推土机初平→整平碾压→标高检查→检测验收→下一层施工。施工工艺流程图如下所示：

4 施工控制要点

4.1 施工准备

施工前，先按照设计要求对天然原地面进行处理，对填料进行检测，完成炉渣改良土的室内试验和工艺试验工作，根据粘性土的含水量确定不同的炉渣掺量。依照现场实际情况合理划分作业区段，每一作业区段以100～200m为宜。

4.2 混合料摊铺

路基填筑采用水平分层填筑法，路基两侧各超填30～50cm，以便将来收边。施工中要控制好混合料掺拌比例，基床以下路堤部分路基混合料炉渣掺量按%25控制，基床底层部分路基混合料炉渣掺量按%50控制。按推平摊铺后计算松铺系数，一个碾压层松铺50cm。经过现场测量统计分析，炉渣掺量25%物理改良土填筑基床以下路堤最佳松铺厚度为50cm，压实厚度42cm，松铺系数为1.19；炉渣掺量50%物理改良土填筑基床最佳松铺厚度为50cm，压实厚度41cm，松铺系数为1.22。根据不同比例混合料的压实厚度、松铺系数确定混合料的的松铺面积，然后在地面打方格，用自卸汽车运粘性土及炉渣，挖掘机均匀混料摊铺。

4.3 混合料搅拌

摊铺好的混合料采用农用旋耕机进行搅拌，沿路基纵向进行搅拌，搅拌时候注意横向搭接宽度及纵向搭接长度，在搅拌过程中要专人负责，匀速搅拌，避免原土和炉渣拌和不均勻现象，旋耕犁旋耕深度30cm，旋耕四遍可达到均匀要求。

4.4 炉渣改良土含水率控制

当炉渣改良土含水率在13%-18%之间时，压实系数及地基系数K30值根据合适的碾压遍数可满足验标要求，当含水率≥18%时，则容易液化翻浆；当含水率≤13%时，炉渣物理改良土呈松散状态，难以压实。故现场施工炉渣物理改良土的含水率控制在13%-18%范围内，必要时尚需晾晒或增加炉渣掺量。

4.5 整平碾压

基床以下部分路堤25%掺量炉渣物理改良土，采用LT625B型压路机及人工配合精平进行碾压，碾压7遍（静压一遍，弱振两遍，强振二遍，再弱振一遍，收光一遍），基床以下部分路堤25%掺量炉渣物理改良土地基系数K30、压实系数均满足验标要求。

基床部分50%掺量炉渣物理改良土，采用LT625B型压路机及人工配合精平进行碾压；碾压8遍（静压一遍，弱振两遍，强振三遍，再弱振一遍，收光一遍），基床部分50%掺量炉渣物理改良土地基系数K30、压实系数均满足验标要求。

4.6 检测

按照路基验标要求，地基系数K30每填筑90cm检测一次，通过现场试验，压实厚度40cm一层，每填筑2层（80cm左右）检测地基系数K30（对填高≥8米的路基压实厚度需按铺设单向土工格栅的要求进行调整）。

5 小结

（1）使用热电厂废弃的炉渣改良高含水量粘性土，解决了土源匮乏问题，既节约工程成本，又保护了环境。

（2）废弃的炉渣作为骨料添加到高含水量粘性土中起到骨架作用，还可以改善填土的级配，炉渣在高含水量粘性土中均勻分布，具有优良的物理性能，属于物理改良方法。

（3）炉渣的吸水性强，高含水量粘性土经过炉渣改良后，可以快速吸收粘性土中的水份很快达到最优含水量范围，可即时进行碾压施工，大大提高了高含水量粘性土的K30地基系数，满足工程所需的地基承载力。

（4）炉渣改良高含水量粘性土工艺缩短了填料碾压成型的施工周期，当天改良，当日碾压，次日板结，检测达标。相对于水泥改良土施工周期缩短3天，提高了机械的作业效率，加快了施工进度，由于炉渣成本低廉，还节省了大量填料和施工成本，

参考文献：

[1] TB 10001-2005.铁路路基施工规范[S].中国铁道出版社.

[2] TZ 202-2008.客货共线铁路路基工程施工技术指南[S].中国铁道出版社.

[3] TB 10414-2003.铁路路基工程施工质量验收标准[S].中国铁道出版社.