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細砂及粘土改良施工方法效益
一、前言
我國*條高速鐵路秦沈客運專線東段(凌海---沈陽)A13~A22標取土土源J大多數為粉粘土和細砂,由于這種粉粘土粘粒較少,細砂又粒徑單一、顆粒均勻、J配不良,因而填筑時均達不到《秦沈客運專線鐵路路基施工技術細則》中對細粒土(粉粘土)和粗粒土(細砂)的填筑技術指標檢測要求,此問題引起了鐵道部工管中心,秦沈工程指揮部和鐵三院的高度重視,決定由鐵一局和鐵三院共同成立“秦沈東段填料試驗組”會同現場監理對該類粉粘土和細砂進行了長達4個月的室內和現場的模擬填筑試驗,經過鐵道部有關專家對試驗結果多次召開專題會議,認真分析和論證,**后確定該類粉粘土摻中粗砂進行改良(路基本體摻20%,基床底層摻25%)細砂摻圓礫進行改良(50%:50%),并在東段付諸實施,解決了秦沈線東部填料填筑的一大難題,得到了鐵道部工程管理中心,秦沈總指的高度評價。該成果被中鐵一局集團公司評為2001年度科技進步一等獎。并被鐵道部寫入“秦沈線施工技術總結”和京滬線路基施工有關規則。
二、工法特點
1.比遠運山皮石進行碾壓,J配易控制,且易碾壓成型,進度快。
2.比其它類化學改良(摻粉煤灰、白灰、水泥、固化劑等)工藝簡單,造價低,無污染。
3.改良細砂基本不需晾曬,小雨天仍可施工;粉粘土摻中粗砂改良后水分易揮發,雨后稍加晾曬即可施工。
4.改良后的粉粘土及細砂施工質量好,不但可滿足路基本體,尚可滿足基床底層的填筑技術指標要求。
三、適用范圍
該工法適用于那種由于顆粒粒徑均勻單一,J配不良的細砂或粘性顆粒(<0.005mm)過少,J配單一的粉粘土,二者經物理改良(摻加粗砂或圓礫)后的填筑施工。改良后的粉粘土和細砂可用于鐵路路基本體和基床底層的填筑。
四、工藝原理
1.孔隙率較大的細砂,均勻地摻入圓礫后,在外力(擊實力或碾壓力)的作用下,圓礫顆粒間的勢能不斷減小,顆粒不斷靠近,直至孔隙**小,而在此過程中,細砂也在力的作用下,同時不斷填充圓礫顆粒間的不斷減小的空間,因而整體孔隙率大大減小。由比原細砂顆粒大得多的圓礫顆粒形成骨架網絡,原來松散的細砂被不斷填充和“分割”在圓礫顆粒間的孔隙內,因而增大了摩阻,也增加了穩定。
⒉填料中的細粒土(粉粘土等)的力學性質主要與粘性顆粒(<0.005mm)的粘結,大小顆粒的嵌鎖及顆粒間的摩擦力有關,加入中粗砂后雖沒有增加粘性顆粒,但改善了顆粒J配,比粉粘土顆粒大的多的中粗砂顆粒同時形成骨架,因而改善了該類粉粘土的力學性質。
五、機具設備
該粉粘土摻中粗砂水分揮發,細砂摻圓礫滲水快,因而強調各工序緊密銜接和快速施工,應以大功率,重型機械為主。
按每天完成一個施工段落(一般為400m左右)所需的施工機械為:
表2 一個施工段落用主要機械設備
序號 |
名稱 |
型號規格 |
數量 |
備注 |
1 |
挖掘機 |
EX300-3 |
2 |
改良粉粘土需1臺 |
2 |
推土機 |
120A-1 |
2 |
|
3 |
平地機 |
160B |
2 |
改良粉粘土需1臺備用 |
4 |
五鏵犁 |
農用 |
|
|
5 |
壓路機 |
SD150 |
2 |
或激振力>260kN |
6 |
灑水車 |
5000L~8000L |
2 |
|
7 |
自卸汽車 |
12~20t |
30~60 |
根據距離定 |
8 |
路拌機 |
WCB-30 |
1 |
J改良粉粘土用 |
六、勞動組織
表3 每班施工勞動組織
序號 |
工 種 |
人數 |
主要工作內容 |
1 |
指揮員 |
1 |
組織指揮、調度 |
2 |
機械司機 |
8 |
挖掘、推土、平地、壓路 |
3 |
灑水、五鏵犁司機 |
2 |
灑水或翻耕涼曬 |
4 |
自卸汽車司機 |
30~50 |
改良細砂,運拌和好的填料 |
5 |
路拌機司機 |
1 |
拌和粉粘土、中粗砂(J改良粉粘土用) |
6 |
普工 |
2 |
個別缺陷,輔助平整、整修 |
7 |
測試員 |
4 |
測量放樣,質量檢驗 |
七、質量標準及控制
見表4、表5。
表4 質量控制項目,頻率及質量標準
序號 |
項目 |
質量標準 |
頻率 |
檢驗方法 |
1 |
含水率 |
**佳含水率+2% |
每100m每層5點 |
核子儀法 |
2 |
填筑厚度 |
粉粘土≤30cm |
每50m每層一控制斷面 |
控制樁,挖坑 |
3 |
摻砂量 |
按規定比例±0.5% |
每50m每層測4點 |
鋼尺測鋪砂厚度 |
4 |
摻圓礫量 |
按規定比例±0.5% |
隨時抽查 |
篩分測圓礫比例 |
5 |
拌和質量 |
均勻 |
全面隨時觀察 |
篩分和刨坑檢查 |
表5 填筑路堤質量及檢測要求
項目 |
規定值或允許偏差 |
檢測頻率 |
檢測儀器及方法 |
|
頂面高程 |
±50mm |
每100m檢測5點 |
水準儀 |
|
中線及路肩邊緣 |
50mm |
每100m檢查5點 |
尺量 |
|
寬度 |
≮設計值 |
每100m檢查3點 |
尺量 |
|
橫坡 |
±0.5% |
每100m檢查2個斷面 |
坡度尺量 |
|
平整度 |
<15mm |
每100m檢查10點 |
2.5m長直尺測 |
|
壓實度 |
路基本體K≥0.90、改良粉粘土基床底層K≥0.90 |
每100m每層5點 |
核子儀法 |
|
每200m約0.9m1點 |
灌砂法 |
|||
地基系數 |
改良 |
本體≥90、基床底層≥110 |
每100m每層2點 |
K30測試儀 |
改良 |
本體≥110、基床底層≥120 |
八、安全措施
1.所有機械司機和參與施工人員均須進行施工工藝的培訓,合格后方才允許上崗。
2.按工藝規定的區段進行施工,劃分各類機械作業區段和機械、汽車行駛路線,設立明確警示牌,防止相互干擾及發生事故。
3.施工便道應保持暢通,經常灑水,防止粉塵污染環境。
九、效益分析
1.附近均無合格土源,而山皮石需從80km之外遠運,且量少,不能滿足需要,山皮石難以控制,運來后碾壓困難,較難達到秦沈線對粗粒土孔隙率要求。而改良粉粘土和細砂可就近取材,易碾壓成形,施工進度快,質量好,能保證工期、質量和路基填筑所需方量要求。
2.單純從單價分析,改良粉粘土比運山皮石每方可節約造價至少26元,改良細砂每方可節約造價至少21元,不包括其它標段,J中鐵一局范圍改良粉粘土286.7萬m3,改良細砂179.7萬m3,共節約造價26元×286.7萬+21元×179.7萬=11227.9萬元,效益十分可觀。
3.充分利用當地荒崗、砂丘、河灘取土,將這些改造成不少平展的農田、魚塘,推動了當地經濟發展,加強了路地關系,這間接的經濟效益和社會效益也是巨大的。
4.鐵道部各J*多次到中鐵一局指導,都對改良方案和路基質量給予了高度評價,他們講“中鐵一局就東部填料問題連續進行了上百次試驗,積累了豐富的技術參數,**后選定了合理的改良方案,為秦沈線建設解決了一大技術難題,也為確保工期贏得了時間”這種社會效益也是巨大的。
十、工程實例
1999年6月中鐵一局即開始承建秦沈客運專線A19、A20標段施工(DK340+000~DK385+000)全長45km,沿線為遼寧省主要糧食產地,90%為農田,溝渠密集,表水發育,取土十分困難,A19標全部取土場為力學性質不良的粉粘土,A20標部分為該類粉粘土,其余均為顆粒均勻、J配不良的細砂,經多方尋找,附近均無再合適的土源,只有遠運山皮石,量小且價格昂貴,經過反復試驗,經鐵道部*及專家多次研究確認后,我們采用本工法對粉粘土進行摻中粗砂(路基本體摻20%,基床底層摻25%)細砂摻圓礫進行改良(50%:50%),進行路基填筑,改良后的粉粘土及細砂力學性質大大改善,不但可以進行路基本體,而且都可以進行基床底層填筑,從2000年3月正式開始填筑到2001年6月即全部填筑完畢,J中鐵一局改良粉粘土填筑數量為286.7萬m3,改良細砂土填筑數量179.7萬m3,填筑速度快質量優良,保證了工期,降低了造價,經鐵道部多次組織檢查以及鐵科院等單位檢驗,路基質量全線全優,得到了鐵道部高度贊揚,創造了巨大的經濟效益和社會效益。