复合泡沫混凝土用作寒区高铁路基保温研究

针对影响寒区铁路路基稳定性及列车行车安全的土体冻胀融沉现象,提出内嵌聚苯乙烯的粉煤灰泡沫混凝土复合拼装式保温板作为基床表层保温强化层。对粉煤灰泡沫混凝土进行物理力学特性试验,并讨论内插聚苯乙烯复合板的铺设方式。结果表明,粉煤灰泡沫混凝土的导热系数在粉煤灰掺量达到50%时最大,为0.247 2 W/(m·K);抗压强度在粉煤灰掺量30%时最大,为14.10 MPa;抗折强度在粉煤灰掺量为20%时最大,为4.8 MPa。综合考虑各参数变化趋势,建议采用粉煤灰掺量为30%的泡沫混凝土作为寒区路基保温强化层材料基体,并将聚苯乙烯保温块填充以增加保温效果,按照工厂化生产、装配式施工铺设于基床表层,以确保路基稳定性及行车安全性。     

季节性冻土区高速铁路新型防冻胀路基力学特性研究

着眼于季节性冻土区高铁路基防冻胀填料改良及路基保温措施,提出纤维泡沫混凝土作为基床表层填料或保温强化层材料的防冻胀路基结构形式。对纤维泡沫混凝土进行物理力学特性及抗冻融耐久性试验,在此基础上采用有限元仿真分析级配碎石基床、纤维泡沫混凝土基床、保温强化层基床3种路基结构的层间剪切应力、竖向应力、竖向位移等力学参数。结果表明:纤维泡沫混凝土具有良好的保温特性及冻融耐久性,其作为基床表层填料与级配碎石相比,路基结构力学参数均得到改善;其作为保温强化层材料可有效降低级配碎石基床表层剪切应力的最大值,提高路基结构整体稳定性。在一定程度上证明了纤维泡沫混凝土作为季节性冻土区高铁路基防冻胀材料的可行性。     

高纬度严寒地区高速铁路路基防冻胀设计研究

为抑制严寒地区高速铁路路基冻胀变形量,满足铺设无砟轨道的要求,充分吸取换填、防水、保温等冻胀防治方法的最新研究成果,通过再创新,形成一种包含有防冻层、隔排水、局部保温的综合防冻胀技术,并应用于哈大高速铁路实际工程中。通过现场试验研究,得出采用该项技术路基冻胀量普遍小于4mm,防冻胀效果满足设计要求的结论。同时根据哈大线后期路基冻胀进一步深化研究成果,对哈大高速铁路路基冻胀规律进行总结,对路基防冻胀设计中如不冻胀土的判定标准、设计冻深的采用与修正、级配碎石掺水泥用于防治冻胀的优劣等几个问题进行进一步探讨,从实际应用方面提出建议和意见。     

深层注胶法在沪宁城际基床翻浆病害整治中的运用

浅层注胶法在治理高速铁路路基翻浆病害时存在耐久性低、基床翻浆反复等问题,为此,采用一种深层注胶工艺对路基基床进行整体加固和对路基基床与底座板之间缝隙进行填充,将材料注入基床表层路基中,能够有效整治翻浆病害,提高列车运行的平顺性。研究表明:(1)由于基床表层排水不畅、级配碎石中含泥量高等因素,在列车循环动荷载作用下,泥浆及碎石颗粒不断被带出,从而导致路基翻浆病害;(2)深层注胶工艺采用不同的注胶材料,不仅填充了基床与底座板之间的孔隙,且在基床中渗透扩散,对基床进行整体加固;(3)深层注胶工艺应用于I型无砟轨道板翻浆病害治理中,可有效降低轨面不平顺性,治理后,振动加速度时程减小12%,动检车峰值高低和长波数值明显减小(峰值减小84.8%),并维持稳定。     

改良粗颗粒填料在寒区高速铁路路基中的应用研究

高速铁路路基填料选用传统意义上平均冻胀率η≤1%且级配良好的非冻胀填料,目前高速铁路路基在寒季产生的实际冻胀量已超过规范规定15 mm的要求。针对寒区高速铁路路基冻胀问题,从填料改良方面开展研究,针对路基产生冻胀的主要位置,选取级配碎石为对象,以水泥、石灰、粉煤灰作为掺和料进行改良。通过室内试验,分析加入无机材料后填料渗透性和冻胀性的变化,对比加入3种掺和料的填料冻胀率,选取一种改良效果最为理想的材料,作为寒区高速铁路路基改良材料。研究结果表明:水泥、石灰以及粉煤灰的加入大幅度减少了水分从路基表面向基床内部的渗透,其中粉煤灰吸水能力较强,因此产生了较大的冻胀量,不适宜作为改良材料;水泥改良填料冻结时水分迁移量减少,冻胀量最小,说明相对石灰和粉煤灰,水泥最适合加入到级配碎石中,减小路基冻胀量。     

寒区高速铁路路基地温监测技术优化试验研究

选用中密粉土、砂土模拟寒区高速铁路路基冻土,并进行了冻土路基地温现场监测模拟试验。试验结果表明:寒区高速铁路路基填料应该选择合适的颗粒级配,土体的含水率过高时要结合工程情况固结排水;现场监测选用PVC管作为温度传感器放置的媒介较好,PVC管靠近自然环境的一端应该采取闭口处理,且应在同一时间点采集温度。提出了寒区高速铁路路基地温监测的优化方案。     

高速铁路泡沫轻质土路基施工关键控制技术

针对泡沫轻质土这一轻质高强的高速铁路新型路基材料,研究其强度形成机理、路基控制标准与要求。结合一高速铁路路基帮填泡沫轻质土工程施工案例,得出泡沫轻质土路基施工关键参数。泡沫轻质土强度形成过程分为初始阶段、反应阶段、硬化阶段3个过程。通过原材料检验、工艺性试验、浇筑过程中控制与工艺改进等措施,确保浇筑的泡沫轻质土能够满足高速铁路路基对材料性能、结构形式、受力特征、耐久性指标的要求,从而提出了一套适用于高速铁路路基泡沫轻质土的理论和技术。     

季冻区高速铁路路桥过渡段稳定性试验研究

研究目的:对于路桥过渡段较多的高速铁路地段,控制路桥过渡段的沉降差是保证列车运行平顺性的重要因素,尤其是处于深季节冻土区的高速铁路路桥过渡段,其变形控制更加严格。本文以哈齐高铁某路桥过渡段为试验监测断面,基于现场地温、冻胀变形和沉降变形的试验数据,分析寒区高速铁路路桥过渡段的地温、基床表面的冻胀变形和基底的沉降变形,揭示寒区高速铁路路桥过渡段的地温与变形特征,从而评价路桥过渡段的稳定性状况。研究结论:(1)建设初期,采用掺3%水泥的级配碎石作为桥后回填料较粗粒土易吸热和放热;两者在相应深度处的温差随时间的推移逐渐减小并趋于0℃,最终桥后级配碎石与粗粒土达到新的热力平衡;(2)采用掺3%水泥的级配碎石作为路桥过渡段桥后回填材料,其基床表层与桥台间的最大变形差值为4.6 mm,满足规范要求;(3)级配碎石作为桥后回填材料,其基床表层的变形随时空的变化过程分为四个阶段:冻胀快速发展期、冻胀相对稳定期、冻胀抬升期和融化回落期;(4)级配碎石作为桥后回填材料,其冻结深度与基床表层的冻胀变形呈非线性关系,但路堤的最大冻结深度影响其基床表层的最大累积冻胀值;(5)路基阳坡的沉降量较阴坡大,离阴面坡脚越近,基底的沉降量和变形幅度越小;路基施工完成至铺轨前,基底沉降随时间的推移缓慢增大,但目前基底各测点沉降量均满足规范要求;(6)该研究成果可为今后季冻区类似工程设计、施工和维护提供参考。     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

严寒地区路基新型复合改良剂改良粉砂试验研究

以严寒地区高速铁路路基不良填料——粉砂为研究对象,采用一种新型复合改良剂对其进行系统的改良试验研究,并与传统水泥改良剂的改良效果比较。经过多次饱和冻融循环试验发现,掺加新型复合改良剂试样的无侧限抗压强度明显高于掺加同比例水泥的试样,且随着饱和冻融次数的增加无侧限抗压强度无降低趋势,耐久性、水稳定性好。同时,掺加新型复合改良剂可以明显提高试样的早期强度。研究成果对于高速铁路沿线不良填料的利用具有借鉴意义。     

季节性冻土地区高速铁路路基保温技术试验研究

合理的防冻胀基床结构是季节性冻土地区高速铁路防冻胀的关键。本文通过开展哈大高速铁路正线与线外现场足尺试验,对局部保温措施与全断面保温措施的有效性进行了研究。试验结果表明:路肩和线间局部保温措施只能减小保温部位的冻结深度和冻胀,不能抑制轨道结构处的冻胀,不适用于季节性冻土地区高速铁路防冻胀设计;全断面保温措施能够降低轨道结构处的冻结深度和冻胀,有较好的防冻胀效果,季节性冻土地区高速铁路路基可采用全断面保温基床结构进行防冻胀设计。     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

寒区高速铁路路堑段路基冻害原因及整治方案

以寒区一高速铁路工程为依托,介绍了路堑段路基冻害情况,通过分析发现路基填料中细颗粒超标,含水率高且无法正常疏排、地区气温较低且持续时间长是路堑段路基冻害发生的主要原因。提出了"上封+下排+保温"的冻害综合整治方案,采取了封闭两线间混凝土封闭层离缝、疏排基床表层入渗水、疏排路基本体中毛细水、施作深埋保温排水盲管等措施。整治后经历了一个完整低温季节,轨道检测车检测数据显示该区段路基冻害已消除。     

高速铁路改良粗颗粒填料冻胀特性试验研究

针对寒区高速铁路出现的路基冻胀问题,为改良其渗透性和冻胀特性,从路基的粗颗粒填料入手,加入无机材料进行试验,并以冻胀率不超过0.1%为标准,研究粗颗粒填料级配碎石的改良材料类型、最佳配比等技术参数。结果表明:相对于石灰和粉煤灰,掺入水泥可以大幅度减小级配碎石的渗透系数和冻胀率,从而减少水分向填料内部的渗透以及抑制填料的冻胀;在开放补水的冻胀试验条件下,在分别掺入15%,20%和25%粉土的级配碎石中对应掺入3%,5%和5%的水泥,可将冻胀率控制在0.1%以内,说明在粗颗粒填料中掺入水泥后,适当增加粉土的含量并不会使填料产生过大的冻胀变形,从而解决寒区高速铁路路基的冻胀变形问题。     

高速铁路路基冻害防治中保温层动载试验研究

采用保温法防治高速铁路路基冻害时,埋设在路基中的保温板在列车动载长期作用下的动力性能、耐久性需要通过动载试验进行研究。在哈大高铁沈大段附近修建含有保温层的路基试验段,采用动载试验机模拟高速列车产生的动荷载,测试保温板的动应力、动变形,分析保温板应用于高铁路基的适应性。研究结果表明:施加1 000万次动载后,保温层累积变形的增长量为0.06 mm,数值很小,不会影响高铁线路。     

掺煤矸石高速铁路路基填料冻胀特性试验研究

使用自行研制的单向冻胀试验系统,对高速铁路路基普通填料和掺煤矸石填料进行开放系统和封闭系统条件下的单向冻胀试验。试验结果表明:在冻结过程中掺煤矸石填料与普通填料的温度传导特性相近,总吸水量接近,冻结后水分的分布规律类似;掺煤矸石填料的冻胀量比普通填料稍大,但处于冻胀不敏感范围,且在不补水条件下会大幅减小。在季节性冻土区,对煤矸石废弃物进行产地再利用,采用掺煤矸石填料填筑高速铁路路基,能满足高速铁路路基的冻胀稳定性要求,具有可行性。     

湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制技术

郑西、西宝和大西高速铁路是我国在湿陷性黄土地区先后修建的无砟轨道高速铁路,黄土地基湿陷沉降是影响铁路安全的关键因素。结合这3条高铁路基工程,开展了物理力学试验、应力测试、桩身材料试验、现场浸水试验和沉降观测,对黄土路基地基的湿陷变形量、沉降计算影响深度、沉降计算经验修正系数、压缩模量扩大系数等进行了分析,并对适用于高速铁路的湿陷性黄土地基处理方法进行了总结,可为湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制提供参考。     

京沪高速铁路三标段路基风化花岗岩填料改良试验研究

京沪高速铁路三标段路基使用风化花岗岩填料进行填筑,对不同厚度填料和不同碾压遍数压实结果进行分析,指出取土场填筑材料不能满足高速铁路路基填筑质量要求,需用改良土,对三种掺和料的改良土进行压实试验,结果表明掺石灰土和碎石土能对原土填筑压实参数起到显著改善作用.     

日本高速铁路路基研究动态

本文介绍了日本在高速铁路路基标准制订、强化基床设计、路基变形及控制技术、软基路堤施工速度控制方法以及土工合成材料应用等方面开展的研究工作。     

水泥改良膨胀土重载铁路路基填料的可靠性研究

重载铁路路基相比普通铁路和高速铁路路基承受更大的动力荷载,对填料要求更为严格。新建蒙西至华中地区铁路煤运通道(简称蒙—华重载铁路)三荆段(三门峡—荆门)沿线分布大量膨胀土,拟采用水泥改良膨胀土作为该区段路基填料。鉴于目前中国尚无在膨胀土地区修建重载铁路的实践与案例,针对重载铁路水泥改良膨胀土路基填料可靠性研究相对偏弱。为此,首先结合室内动三轴试验,系统探索重载铁路基床底层及以下路堤结构范围内水泥掺量3%和5%改良膨胀土的临界动应力;然后借助现场试验测试路基实际动应力水平,对水泥掺量3%和5%改良膨胀土填料的可靠性进行评估。研究结果表明:基床底层水泥掺量5%改良膨胀土填料临界动应力范围148.8～233.1 kPa,大于该范围实测路基动应力水平71.45 kPa;基床底层以下路堤掺量3%改良膨胀土填料临界动应力范围142.5～249.7 kPa,大于该范围实测路基动应力水平25.25 kPa,说明水泥改良膨胀土用作蒙-华重载铁路路基填料动力可靠性满足要求。研究结果对探索重载铁路基床范围内动力水平及水泥掺量3%～5%改良膨胀土填料的可靠性评估具有重要理论意义。