高速鐵路黃土路基沉降分析及控制畢業設計-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 .................................................. 49 博文學院 畢業論文 1 第 1 章 緒論 選題背景及意義 我國幅員遼闊，鐵路經過的地區比較復雜，路基作為鐵路的重要組成部分，是承受軌道結構重量和列車荷載及各種附加力的基礎， 路基 本體 必須有足夠的強度和一定范圍內的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎 — 路基的設計 得到越來越廣泛的重視，把路基作為土 工結構物來設計的理念在路基設計中逐步得到體 現 ,在一般情況 下，路基 給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結問題，所以路基沉降變形問題是高速鐵路設計中所要考慮的主 要 控 制 因素。 黃土 通常將具有以下特性的土稱為黃土；顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；顆粒組成以粉粒 (～ )為主，含量一般在 60%以上； 有肉眼可見的大孔隙、較大孔隙，一般在 ；富含碳酸鹽；垂直 節理發育。 在顆粒大小中，小于 陷 性的影響更加明 顯 。 根 據自重濕陷量與總濕陷量可對濕陷性場地進行濕陷等級與濕陷類型劃分。研究黃土的結構 性 及其在力和水作用下的變化規律對整個土力學研究的對象都會有很大的輻射 作 用。 (3)由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達不到規范要求。一方面，在施工過程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質很難得到有效壓實，在荷載的長期作用下，回填料會產生不協調沉降變形，路面會產生局部沉陷，剛性路面還可能產生裂紋。平原、丘陵、山嶺各區地勢不同，各區的水和溫度的情況也不相同。在溫度差的影響下，土基中的水分以液態或氣態由熱處向冷處轉移，并積聚或凝結在該處。隨著交通運輸的蓬勃發展，交通量逐年增長，在很大程度上影響路基的穩定性。 養護措施 養護措施包括一般措施及在設計、施工中未及時采用而在養護中加以補充的改善措施。因此在條件允許的情況下， 在試驗段進行現場試驗和長期觀測， 能更好地把握地基處理效果和路基變形規律。為保證達到設計標準，設帶自動計量裝置配碎石拌和站和改良土拌和站對填料進行集中拌和或改良，確保基床底層和基床表層的壓實質達到 規范 規定的 標準。 ①雨天不進行路堤填筑施工，并對剛填筑層采取覆蓋防雨水滲人保護 措施。對整個線路經過地段，因線路的修建而改變了原有地表的排水系統。 路基工后沉降組成分析 路基沉降按其組成成分劃分，包括路基填筑部分 沉降和地基沉降兩部分。 (2)工后沉降控制是一個有時間性、過程性的問題 。盡管為保證工后沉降控制的實現，宜取更嚴 格的標準，但是提高標準涉及成本大小乃至目標的實現性，故考慮該問題具有實際意義。 200km／ h無 砟 軌道線路工后沉降控制標準采用渝遂線試驗段控制標準，見表 3－ 1。 施工過程中的控制措施 (1) 制定施工工藝標準 。 在路基填筑過程中，邊坡也是一個軟弱點，為確保邊坡質量，在施工過程中采取超寬填筑 (一般超寬 50cm)、邊坡夯拍，路基填高達到一定高度的，路基邊坡鋪設土工隔柵進行 加 固，路基大于 ，應全部采用骨架護坡進行防護 ， 并全部進行綠化，以確保邊坡穩定，避免邊坡填筑 不 實造成自然下沉、沖刷滑坡等現象。為了分析沉降過程，按維固結理論計算得到瞬時加載的沉降 — 時間曲線，按加載過程采用實際填筑高度 — 時間關系進行修正，由修正后的曲線預估工后沉降及其完成所需的時間。 (4)每次觀測完畢，及時繪制沉降點的時間 — 填土高度 — 沉降量的關系曲線。 表 22 30K 、 2vE 與 vdE 三項指標的對比 項目 30K 2vE vdE 載荷板直徑 300㎜ 300㎜ 300㎜ 博文學院 畢業論文 15 預加載 （以前 ） 第二次加載 三次沖擊荷載 與地面接觸耦合 一般 好 差 加載等級 不少于 6級 動態施加脈沖 寬度 18ms 項目 30K 2vE vdE 加載控制 當 1min 的沉降量不大于該級荷載沉降量的 1% 時加下一級荷載 120s 后加下一級荷載 最大荷載或終止試驗加載的標準 總沉降量超過 ㎜ 或荷載強度超過估計的現場實際最大接觸壓力，或達到地基屈服點 或沉降大于 5㎜ 計算公式 ??s? 為 s?? 曲線上s=㎜所對應的荷載 Ev2=（ 1? + max02?? ) max0? 為最大平均標準應力， 1? , 2? 為待定系數 vdE =,s為實測荷載板下沉幅值 客運專線無 砟 軌道路基沉降的控制要求 沉降控制標準 客運專線路基作為無 砟 軌道結構的基礎，對路基的沉降變形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范圍內。鐵路路基填料的分類主要依據土類和小于 含量兩個指標來劃分的，并考慮與壓實要求相關性質和適用條件分成 A、 B、 C、 D、 E五個組，如表 2－ 1所示。 工程實踐表明，采用優質的填料可以減少路基的后期沉降，且有較高的安全儲備，能保證路基穩定。靜態變形模量 2VE 和地基系數 30K 都是采用小于 300mm的靜態平板載荷試驗儀， 通過在壓實填土表面做靜壓試驗測得，二者反映的都是靜態應力作用下土體抵抗變形的能力，而鐵路路基承受的是列車運行時產生的動荷載，采用vdE 可以有效地反映列車在高速運行條件下產生的動應力對路基的真實作用狀況，是客運專線路基質量檢測的發展方向。采用精密水準儀、銦化水準尺。 (2)工后沉降量的延續時間考慮在實測曲線擬合的基礎上外延預估 ，與計算值對比分 析。 路基施工期間及完成后應立即做好綜合排水系統，確保施工期間以及運營期間路基排水系統順暢，路基不滲不沖。 (2)加強地質普查。 (2)制定路基工后沉降控制標準。 其次，有一個終止時間點的問題。也就是說工后沉降控制不好，線路不平順，行車舒適性和安全性就無法保證，列車高博文學院 畢業論文 11 速行駛就是空談。 客運專線建設具有其自身的特殊性，如線路長、地質情況變化大、工期長，路基沉降過程實際上就是多級填筑過程中多方面因素共同作用的結果。 博文學院 畢業論文 10 ⑤加強路基兩側地表防排水設施，防止路基外地表水浸人路基。通過綜合指標控制，達到消除或減小路基工后沉降量的目的。路堤分層填筑主要控制質量達到壓實 系數≥ ，地基系數≥ 90MPa／ m，靜態變形模量 Ev245N/mm。 地基處理效果方法 對濕陷性黃土地基處理的成功經驗地分析研究得出：當濕陷性黃土厚度不大于 3m時，灰土墊層種經濟有效 的方法 (但一般需要較大的翻挖地，不利于冬、 雨季施工 ) 。土基在車輛荷載的重復作用下就會出現不同程度的變形沉陷。靜載在土基內部產生的應力隨深度的增加而增加；相反，動載在土基內部產生的應力隨深度的增加而減少。即所謂“小區地形與小區氣候”． 因此路基水溫情況也有所差異。 路基對稱將對高鐵運營的危害 路基是路面的基礎 ,路基不均勻沉降必然會引起路面的不平整 ,導致路面產生許多病害 ,主要表現為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面沉降、橋梁伸縮縫的跳車等 ,破壞了線路平順通暢，不僅難以滿足客運專線高速行駛的要求 ,而且還會加大運輸成本 ,增加運輸時間 ,增加養護維修費用，減少使用壽命，降低社會經濟效益，降低旅 客舒適度，危及行車安全等。這些附加應力引起土體中有效應力改變，從而導致土體發生壓縮變形。某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當拼接處理得不好時，其拼接處也會產生壓實度不足的情況。 它 的 重要性早為太沙基所指出，也早為一系列學者所重視。 黃土的濕陷性與變形特 性 濕陷 性是指土 在自重或附加應力與自重共同作用下受水浸濕后產生急劇而大量的下沉。 研究表明 ，黃土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其濕陷性越明顯。如今，全國鐵路網已相繼完成四次提速， 開 發 了一批最高運行速度為 140～ 160KM/h的“快速列車”。本論文從黃土的性質和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基工后沉降的機理，控制路基工后沉降的必要性、步驟 、措施 、各種措施的特點，路基沉降計算、監測等方面分析了路基沉降。鍛煉自己閱讀參考書籍及運用有關手冊、規范和技術標準等解決實際問題的能力。 土 路基處理措施及影響因素 黃土路基的處理措施有： 墊層法、強夯法、水泥攪拌樁、孔內深層強夯擠密法、淺層阻 水方案和深層散水方案、沖擊壓實技術 、 灰土樁擠密法 等。我國鐵路路基主要病害現象的路基下沉，有不少是因為基底變形所致， 對支撐高速鐵路路基的地基來說。 涉密論文按學校規定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 (7)能夠結合施工方案進行路基穩定性計算和沉降計算。 (2)設計方法步驟可參考設計指導書，對 于設計疑難問題，首先應獨立思考與查閱有關資料，確實不能解決時，可向指導教師提出答疑。 四、應收集的資料及參考文獻 [1] 陳仲頤，周景星，王洪瑾．土力學 [M]．北京：清華大學出版社， 2020. [2] 龔曉南．復合地基設計和施工指南 [M]．北京：人民交通出版社， 2020. [3] 池淑蘭，孔書祥．路基工程 [M]．北京：中國鐵道出版社， 2020. [4] 中華人民共和國鐵道部．鐵路路基設計規范 TB 10001— 2020[S]． 2020． [5] 范云．地基加固技術 [M]．石家莊：石家莊鐵道學院， 1999. 五、進度計劃 第 14 周 開題報告。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。目前，京滬、武廣、石太、鄭西、京石等鐵路客運專線已相繼開工。吸收了經驗教訓之后日本對支撐高速鐵路路基的地基提出了強度要求 ，對不符合強度要求的地基要采取加固和減少工后 沉降的 措施。樁網地基設計包括 CFG 樁樁網復合地基和灰土擠密樁；非樁網地基設計包括板樁結構、 DDC 樁和水泥土擠密樁；介紹了樁 網的加固原理，沉降計算模式、各種機構設計以及沉降計算方法和公式。 第 9 周 整理、裝訂 指導教師簽字 時 間 年 月 日 高速鐵路黃土路基沉降分析及控制 摘 要 高速鐵路代表了世界鐵路現代化發展的大趨勢，是 21世紀交通運輸的重大成果，是人類的共同財富。 為了確保列車安全、平穩運行，路基必須具有強度高，剛度大、穩定性、耐久性好，不易變形等優良特性。公路工程中，根據黃土博文學院 畢業論文 2 沉積年代不同，可將黃土分為新黃土 (如馬蘭黃土 Q Q4)、老黃土 (離石黃土 Q1 Q22)、紅色黃土 (午城黃土 Q1)三類；根據黃土的濕陷性又分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。 黃土的多孔性 黃土中的孔隙，呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上、 下貫通，其內壁附有白色的膠結物，一般為 CaCO3,這種膠結對黃土起著加固 作用。 非自重濕陷性場地的濕陷起博文學院 畢業論文 3 始壓力一般大于土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較弱，濕陷性事故較少，自重濕陷性場地的濕陷起始壓力小于其上覆土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較強，濕陷性事故多 。 博文學院 畢業論文 4 目前，將黃土受力、水作用后結構由損傷到破壞作定量描述的固體力學方 法 ， 因其可以回避在尋求獨立表示土結構性參數上的困難，使結構性 關系 的 建立出現了新的跳 躍。 (4)在填方路堤施工中，當路堤施工到一 定高度以后，路堤邊緣土體往往存在壓實度不足問題，對于較高的填方路基，通常都要做相應的處治。另一方面，由于回填料的性質不一樣，特別是有的回填料具有膨脹性，在路基排水系統局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度，嚴重的會使路面破壞。平原區地勢平坦，地面水易于積聚，地下水水位較高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然區劃和土質所規定的臨界高度：丘陵區地勢起伏，山嶺區地勢陡峭。從而使土基中的博文學院 畢業論文 7 濕度分布發生變化．特別是在季節性冰凍地區，濕度積聚現象更為嚴重 。 施工方法 正確的施工方法也是保證路基穩定性的重要因素。通過及時養護可以保證路基在使用期限內具有較高的強度和穩定性。 濕陷性 黃土路基的沉降控制措施 (1) 對試驗段濕陷性黃土、松軟土、地震液化土段地基，根據初步設計采用換填、強夯、灰土擠密樁、 CFG樁、水泥攪拌樁