中风化花岗岩资源在高速铁路附属工程建设中的应用_陈文祥.pdf

广东建材2023年第2期0 引言近年来，随着基础设施建设的大力开展和天然河砂的禁采政策，我国混凝土粗骨料碎石和细骨料的天然砂资源越来越少1-3。而骨料是混凝土的主要组成材料之一，占比重较大，起骨架和填充作用，对混凝土的各项性能指标具有重要影响。基于此，多数工程采用就地取材的方式，在工程临近的矿山建设石料厂，进行人工骨料的开采和加工，以保证工期和工程成本4-6。与天然河砂相比，机制砂开采加工技术成熟，其性能稳定性和质量较高。但由于母岩和原岩中存在软弱夹层，风化变质层中或生产过程中场地上混入的泥土与石粉混在一起等因素，对混凝土性能产生不同程度的负面影响7-9。本文基于广东粤东某新建高速铁路的混凝土工程，为了降低工程成本，确保工期等因素，在项目附近的矿山就地取材，开采和加工人工骨料，但该矿山区域的花岗岩母岩平均表观密度为2.60g/cm3，较普通传统花岗岩密度偏小，母岩的平均抗压强度为62.7MPa，属于中风化花岗岩。通过一系列的工艺和不同强度混凝土制备技术研究，得出可以将中风化花岗岩骨料应用于该工程的附属工程部位混凝土中的结论，最终在该工程附属工程中的排水沟、挡墙、边坡以及铁路过渡段等部位进行了应用，并对应用效果进行了评价，可为同类工程提供参考。1 工程概况某新建高速铁路前站工程正线总长 37.157km，其中路基工程：路基长14.459km/14段，路基长度全线占比38.92%。桥梁工程：桥梁22.697km/15座（其中特大桥 22.065km/13 座，大桥 0.632km/2 座），简支梁共 696孔（其中本标段预制架设679孔，负责SSZQ-2标段预制架设17孔），桥梁长度全线占比61.08%。站场工程：陆丰东站。轨道工程：73.496铺轨公里（仅含双块式无道床铺设施工，其中：路基地段无道床27.466铺轨公里，桥梁地段无砟道床46.02铺轨公里）。本工程混凝土用量总计约99万方，其中桩基混凝土约 14 万方、承台混凝土约 5.7 万方、墩柱混凝土约6.8万方、路基工程约40.4万方、预制梁混凝土约21.1万方、连续梁混凝土1.02万方、其他附属约10万方。其中中粗砂用量76.3万吨，碎石109.1万吨。中风化花岗岩资源主要应用于路基工程的排水沟、挡墙、过渡段和其他附属工程。2 中风化花岗岩资源在高速铁路中的应用2.1 中风化花岗岩资源在排水渠中的应用为了节省工程成本，本工程路基两边的排水渠以及预制混凝土格栅的混凝土由中风化花岗岩作为粗细骨中风化花岗岩资源在高速铁路附属工程建设中的应用陈文祥1邹继伯1王 霏1胡清涛1赵可昕2杨永民3*(1 中铁广州局有限公司第三分公司；2 华南理工大学；3 仲恺农业工程学院城乡建设学院)【摘要】随着基础设施建设的大力开展，导致混凝土粗骨料碎石和细骨料的天然砂资源匮乏，多数工程采用就地取材的方式，进行人工骨料的开采和加工，以保证工期和工程成本。本文针对广东粤东某新建高速铁路工程附近的中风化花岗岩矿山人工骨料的开采和加工，通过一系列的工艺和不同强度混凝土制备技术研究，最终在附属工程中的排水沟、挡墙、边坡以及铁路过渡段等部位进行了应用。同时，通过现场钻芯取样检测，三个强度等级的混凝土抗压强度全部达到要求，应用效果良好，且具有显著的经济效益。【关键词】中风化花岗岩；骨料；钻芯法检测材料研究与应用-35广东建材2023年第2期料制备而成，混凝土强度等级为C25，混凝土格栅采用预制场预制，现场预制拼装。排水渠具体的施工工艺如下：根据测量放样定出水沟中线，并测量标高计算出水沟开挖深度；人工配合机械，参照水沟设计断面开挖基槽，清除基槽浮土，夯实基础。在基坑底部设标高控制桩，浇筑沟槽底板，水沟底板浇筑宽度各放宽10cm，便于墙身模板的加固；底板混凝土浇筑过程中，底板浇筑范围内不得有积水，混凝土须采用振捣棒捣凅密实。底板施工完毕后，根据水沟断面、沟顶标高、沟底标高架立槽身模板。在线间水沟施工过程中，当基础与墙身、墙身与板座分次浇筑混凝土时，需要预埋连接筋，并对混凝土表面进行凿毛处理。水沟施工过程中，在靠近新建线路一侧，基床表层底部，土工膜上方，设置泄水孔。站线设置在沟顶以下25cm的位置，正线在沟顶以下50cm的位置设置预埋泄水孔；泄水孔孔径不小于10cm，纵向间距1.0m。各类模板加固完毕后，经监理和主管工程师检查合格后方可浇筑混凝土，且其浇筑过程中必须逐段分层振捣浇筑。墙身及基础每隔15m设立一道宽3cm的沉降缝，沉降缝材料采用泡沫板或沥青木板。混凝土浇筑完毕初凝后对混凝土加以覆盖并保湿养护，常温下养护期不得少于7d。2.2 中风化花岗岩资源在挡墙中的应用本工程路基两边的六角块体和重力式混凝土挡墙由中风化花岗岩作为粗细骨料的混凝土浇筑而成，混凝土强度等级为C35，混凝土六角块体采用预制厂预制成型。具体施工工艺如下：制定浇筑工艺，明确结构分段分块的间隔浇筑顺序，先浇筑基础混凝土，由于墙身较高，墙身混凝土分两次浇筑完成。根据结构截面尺寸大小研究确定必要的防温防裂措施。施工前应仔细检查模板、预埋件的紧固程度。混凝土浇筑应连续进行，当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或重塑时间。混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣宜采用插入式振捣器垂直点振。混凝土振捣过程中，应避免重复振捣，防止过振。应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况，防止在振捣混凝土过程中产生漏浆。混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，待定浆后再抹第二遍并压光。2.3 中风化花岗岩资源在铁路过渡段中的应用本工程过渡段由中风化花岗岩作为粗细骨料制备而成，混凝土强度为C50。具体施工工艺如下：清除填筑料底部范围内及路基顺坡向的浮土杂物，及时整平碾压，压实强度跟基坑回填要求一致。根据结构截面尺寸大小研究确定必要的防温防裂措施。支架模板，混凝土浇筑施工前应仔细检查模板、预埋件的紧固程度。混凝土浇筑应连续进行，当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或重塑时间。混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣宜采用插入式振捣器垂直点振。混凝土振捣过程中，应避免重复振捣，防止过振。混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，待定浆后再抹第二遍并压光。3 工程应用效果分析通过现场钻芯法对工程应用的部位进行了效果评价。排水渠部位（C25）混凝土、挡墙部位（C35）混凝土以及铁路过渡段（C50）混凝土的芯样如图7图9所示，现场取芯后进行切割和磨平，进行混凝土抗压强度试验。通过对应用工程的部位进行混凝土抗压强度试验结果如表1所示，试验结果表明，工程应用的混凝土抗图2 混凝土格栅图1 排水沟图3 混凝土边坡图4 混凝土挡墙图5 铁路过渡段图6 混凝土泵送材料研究与应用-36广东建材2023年第2期压强度全部达到预期的强度等级要求。对于C25强度等级混凝土，检测结果范围为 30.131.6MPa，平均值为 30.2MPa；对于 C35 强度等级混凝土，检测范围为35.145.4MPa，平均值为 38.7MPa，过渡段 C50强度等级 混 凝 土，检 测 范 围 为 51.063.8MPa，平 均 值 为57.1MPa。4 工程经济效益分析路基工程中排水渠、挡墙和过渡段及其他附属工程砂石用量约30万吨，中风化花岗岩机制砂用量约10万吨，中风化花岗岩碎石用量约20万吨。将中风化花岗岩代替河砂、碎石，河砂现在综合单价约278元/m3，碎石综合单价为250元/m3，中风化花岗岩机制砂综合单价约100元/m3，中风化花岗岩碎石综合单价约97元/m3，节约费 用 68000278+130000250-68000100+13000097=31994000（元），所以该技术带来的经济效益约为319.94万元。5 结语利用中风化花岗岩作为粗细骨料成功制备出C25、C35、C50等级的混凝土，并在路基工程排水渠、挡墙、过渡段及其他附属工程结构中进行了工程应用。通过对应用工程的部位进行现场钻芯取样检测，三个强度等级的混凝土全部达到设计要求，应用效果良好，且具有显著的经济效益。【参考文献】1 李正凯,马旺坤.对建设用碎石、机制砂质量标准的讨论J.商品混凝土,2015(9):2.2 赵有明,韩自力,李化建,等.我国铁路工程机制砂混凝土应用现状及存在问题J.中国铁路,2019(08):1-7.3 高国成,刘在静,王大祥.提高人工砂混凝土的稳定性J.商品混凝土,2020(1):1.4 黄修山,尹小涛,丁卫华,等.不同粒组骨料对混凝土力学性质的影响J.武汉理工大学学报,2010,32(19):50-54.5 于本田,王起才,张粉芹,等.粗骨料对混凝土性能影响的试验研究J.硅酸盐通报,2011,30(6):1371-1375.6 李太成,余奎,常作维,等.大型水电工程混凝土骨料料源选择的思考J.水力发电,2011,37(10):48-5060.7 王涛,李长吉,张学治.机制砂替代天然河砂在实际应用中的性能分析J.河北环境工程学院学报,2021,31(5):24-2745.8 雷涛.铁路工程机制砂绿色发展路径与高效管控技术J.中国铁路,2022(1):31-37.9 白安生.玄武岩机制砂制备C50混凝土配比正交试验研究J.路基工程,2022(02):94-99.图7 排水渠部位混凝土抽芯样品及切样芯样图8 混凝土挡墙部位混凝土抽芯样品及切样芯样图9 铁路过渡段部位混凝土抽芯样品及切样芯样芯样编号1235678910工程部位排水沟排水渠（C25）混凝土挡墙（C35）铁路过渡段（C50）平均直径/mm100.4100.5100.5100.5100.3100.4100.4100.6100.4截面面积/mm2791379297929792978977913791379447913混凝土抗压强度/MPa31.630.330.135.645.435.163.856.451.0结果评价25MPa25MPa25MPa35MPa35MPa35MPa50MPa50MPa50MPa表1 各个工程部位的混凝土芯样抗压强度材料研究与应用-37