客货共线铁路路基基床底层承载力分析

在客货共线铁路路基设计中,经常遇到填土高度小于路基基床厚度的低路堤、挖方路堑,现行设计规范规定了基床底层范围内的天然地基静力触探比贯入阻力、天然地基基本承载力两项判定指标,如不满足该两项标准,就应进行换填、改良或加固处理。很多设计者在使用该标准时提出了疑问,本文旨在对此问题进行分析落实。通过计算Ⅰ、Ⅱ级铁路不同设计速度对应的动荷载和轨枕底部应力,采用布辛尼斯克公式算出了基床底层顶面及其以下不同深度处的应力,并根据动强度与静强度的关系确定出了基床底层的基本承载力新标准值,建议设计规范采用该新值后取消静力触探比贯入阻力指标。     

铁路路基复合地基承载力验算方法研究

铁路路基复合地基应进行承载力验算,但工程实践表明铁路路基复合地基承载力验算标准偏严格,限制了搅拌桩等柔性桩复合地基的应用范围。基于理论分析和工程案例,对地基承载力与稳定性关系、地基承载力与沉降关系、复合地基承载力验算的必要性及验算方法进行探讨和研究。研究结果表明：从检验地基处理效果、覆盖桩体破坏模式及确保工程安全的角度出发,铁路路基复合地基的承载力验算和检测是十分必要的。铁路路基复合地基稳定性和基底压应力之间存在对应关系,与最小稳定安全系数相对应的基底压应力可作为路基下地基容许承载力。地基稳定性是决定铁路路基地基容许承载力的最主要因素,适当放宽对铁路路基的地基承载力要求是合理的。考虑加筋垫层作用后,铁路路基复合地基承载力修正系数k可根据地基稳定性要求适当提高并细化：地基稳定安全系数取1.2时,k值取1.5～1.8;稳定安全系数取1.25时,k值取1.35～1.7;稳定安全系数取1.3时,k值取1.2～1.6。     

重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

重载铁路路基荷载条件及动力特性研究

研究目的:重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视。重载铁路路基基床受列车载荷作用影响最为显著,其厚度设计通常按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。而分析轮轴力通过钢轨在轨枕上的荷载分担规律又是进行路基动应力计算的先决条件,因此分析列车荷载分担规律以及动应力在路基中的衰减规律是非常必要的。本文根据弹性理论建立轨道-路基有限元模型,进行不同荷载水平和基床结构形式下路基的荷载条件分析,求解路基面动应力分布和衰减规律,为基床厚度设计研究创建基础。研究结论:(1)轴重和基床结构形式不影响轨枕荷载分担规律,单轮轴作用时荷载由5根轨枕承担,双轮轴作用由8~9根轨枕承担,四轮轴作用由15根轨枕承担;(2)无论轮轴力作用于轨枕正上方还是两轨枕间的任何位置,其荷载分担比经Gauss函数拟合后的函数曲线形状、大小以及性质都保持不变,只随轮轴力的移动而移动;(3)单轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比均在0.2左右,基床厚度满足设计原则,但双轮轴、四轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比在0.3~0.5之间,基床厚度不满足设计原则;(4)该研究结论对重载铁路路基基床结构的设计具有指导意义。     

轴重40 t重载铁路路基基床结构设计技术探讨

针对大轴重货运车辆轴距小的技术特点,分析重载铁路路基承受列车荷载的空间分布规律;基于列车荷载引起路基累积变形效应区沿深度的变化机制,讨论主要承受列车荷载的基床结构与路基填料之间的相互影响关系;根据工程设计的强度、变形、长期稳定性控制要求,探讨40 t超大轴重下基床结构的设计方法。研究表明:提出的“4Z1800/2400”四轴标准轴型荷载模式能较好反映超大轴重列车荷载的路基应力叠加效应;建立的路基累积变形效应不超过基床厚度的设计方法,综合考虑了荷载与填料多因素的影响,是对单因素应力比值法的完善。以累积变形处于缓慢收敛状态的长期稳定性为主控因素,提出轴重40 t重载铁路路基基床层状结构设计指标建议:基床厚度3.5 m,对应基床以下路基K30不低于110 MPa/m;基床表层采用级配碎石强化,厚度0.7 m,要求基床底层K30大于等于130 MPa/m。     

重载铁路路基荷载特征和路基动力响应分析

研究目的:近年来,重载铁路因其经济性较好在我国广泛建设,重载铁路路基基床承受重载列车动荷载作用较大,为了更好地分析重载铁路动荷载对路基病害诱发的影响,进一步优化重载铁路路基基床厚度结构设计,本文利用三维有限元对道砟厚度、基床表层厚度、基床表层模量、轴重等因素对重载铁路路基动应力特征和基床范围内动应力的传递分布影响进行仔细的研究。研究结论:通过数值计算和与既有重载铁路实测动应力比较分析得出以下结论:(1)路基中竖向动应力随着轴重、道床厚度、表层厚度和表层模量的变化规律为:路基基床中的竖向动应力随着轴重的增大而增大,随着道床厚度增大而减小,而基床表层模量和基床表层厚度对竖向动应力影响较小;(2)重载铁路30 t轴重相对于普通铁路23 t轴重增加约30%,而增加道床厚度可显著减小其动应力,50 cm较35 cm道床厚度各部位动应力减小约20%;(3)计算得出重载铁路路基动应力的合理数值模型和相关参数,为重载铁路路基基床厚度结构设计提供了合理的计算方法。     

旋喷桩加固客运专线路基挡土墙地基设计应用

研究目的：针对客运专线对挡土墙稳定性和变形要求高的特点,探讨研究挡土墙基底为深厚软弱土层时采用旋喷桩加固的设计计算方法,并提出相应的施工技术要求。研究方法：根据客运专线挡土墙的特点和地基条件,采用复合地基计算理论进行基本参数的计算,并根据计算结果采用压应力扩散理论和实体基础理论对旋喷桩布置和加固深度进行验证。研究结果：基于重力式挡土墙及湿陷性新黄土的特点,在复合地基设计结果基础上,比较实体基础和压应力扩散理论计算的加固深度,为提高客运专线路基挡土墙稳定的可靠度,设计采用实体基础计算理论确定加固深度。研究结论：在地基加固设计中应根据可靠度要求合理选择地基加固深度计算理论,在客运专线重力式挡土墙设计中如果需要大幅度提高承载力,采用实体基础计算理论进行设计可靠度较高。     

弹射冲击荷载作用下不同等级铁路承载能力评估

为了从动力学角度评估重载、Ⅰ级和Ⅱ级等不同等级铁路在弹射冲击荷载下的承载能力和作为无依托发射场坪的适应性,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立3种等级铁路的弹塑性轨道—路基动力有限元模型。通过动力有限元计算,获得弹射冲击荷载作用下轨道和路基的动力响应特征,对比分析其响应幅值沿线路横向、纵向和垂向的分布规律。根据我国《铁路轨道强度检算法》和《铁路路基设计规范》对钢轨动应力、轨枕轨下承压力、道床顶面压应力、基床表层动位移和基床底层动应力等5个指标分别进行校核。研究结果表明,在同一弹射冲击荷载作用下,3种等级铁路同一结构层动力响应幅值沿线路分布规律基本一致,仅幅值不同,Ⅱ级铁路响应幅值最大,Ⅰ级铁路次之,重载铁路最小,道床和路基的动力响应幅值沿横向、纵向和垂向衰减速率亦然。弹射冲击荷载作用下,3种等级铁路钢轨拉应力和压应力、轨枕枕下承压力、道床顶面压应力、基床表层动位移和基床底层动应力最大值均不超过相关规范值,完全卸载后轨道和路基不会出现塑性损伤变形。从动力学角度考虑,重载、Ⅰ级和Ⅱ级等3种等级铁路均满足承载要求,可作为无依托发射场坪使用。     

铁路路基浅埋式桩板结构极限状态法荷载组合与配筋设计研究

我国铁路工程设计正从容许应力法向极限状态法转轨,2019年实施的《铁路路基设计规范(极限状态法)》缺少桩板结构极限状态法设计的荷载组合和配筋相关规定。桩板结构作为应用广泛的地基处理方式,有必要研究其极限状态法设计方法,为铁路路基设计全面转轨提供基础。通过系统研究浅埋式桩板结构极限状态法与容许应力法的荷载组合与配筋设计理论,采用有限元方法对瑞九铁路典型浅埋式桩板结构的荷载组合与配筋进行计算分析对比,主要结论为：(1)浅埋式桩板结构采用铁路桥涵极限状态法与铁路桥涵容许应力法荷载组合存在较好对应关系,设计方法转轨衔接流畅;(2)铁路桥涵极限状态法计算正截面承载力控制的板配筋量比铁路桥涵容许应力法计算配筋量多出约23%,安全余度存在较大差别;(3)浅埋式桩板结构采用建筑极限状态法设计存在组合值系数不明确、板抗剪安全余度低和裂缝控制配筋量低的问题,可靠度存疑,不建议采用。     

土工格栅在提高铁路路基承载力中的应用

采用土工格栅对既有线路基底碴层进行加固,可以减小大修开挖深度,提高路基的承载能力,防治病害。通过循环荷载试验证明,加入土工格栅能减小基床底层应力以及垂直变形和延长路基的使用寿命。新建铁路路基采用土工格栅,可以减少路基沉降量。     

铁路地基承载力确定方法研究

研究目的:合理确定地基承载力,是铁路工程地质勘察中的关键问题之一,只有准确确定了地基承载力才能保证桥梁基础类型选择合理、路基基底加固方案可靠,使桥梁及路基工程的工后沉降变形控制在允许的范围内,确保铁路运营的安全性和舒适性。本文以某铁路工程试验段为例,系统分析了多种地基承载力确定方法的适用性,探讨了确定铁路地基承载力的适宜方法。研究结论:(1)确定地基承载力的各种手段有各自的特点,手段之间也存在一定的联系和差异,采用任何单一的方式确定地基土的承载力都是不科学和不可靠的;(2)地基承载力的确定必须采用综合勘探的手段,以载荷试验为基础,对比勘探试验、静力触探及其他原位测试方法综合确定;(3)本文研究成果可为相关铁路工程勘察设计提供借鉴和参考。     

海南东环线路基现场应力测试研究

路堤基底应力大小及分布形式,对地基沉降计算影响较大;复合地基垫层中土工格栅拉力大小是柔性拱作用效果的重要反应同时为土工格栅强度选择提供依据。海南东环线全风化花岗岩路基基底应力测试和复合地基垫层中土工格栅拉力测试表明:比例荷载法计算基底附加应力大于实测值,均布荷载计算值小于实测值,弹性土堤法和修正比例荷载法计算的附加应力接近实测值;土工格栅拉力实测值与日本规范法计算值接近,欧洲规范计算值明显大于实测值,目前国内土工格栅强度满足受力要求。     

重载铁路路基基床结构强度控制设计方法研究

针对重载铁路路基基床结构建立了一套以动强度长期稳定性为准则的强度控制设计方法,该方法的主要设计步骤为:基于荷载分担Gauss函数法确定各轨枕承担的动轮载力;根据层状体系传递矩阵法计算最不利位置处轨枕下方的应力分布;以动强度长期稳定性为控制准则,确定基床厚度及基床表层厚度。进一步,采用建立的强度控制设计方法,对不同轴重下的重载铁路路基基床结构进行设计,结果表明:建议轴重25 t,基床表层厚度0.6 m,基床底层厚度1.9 m,基床厚度2.5 m;建议轴重30 t,基床表层厚度0.6 m或0.7 m,基床底层厚度2.4 m或2.3 m,基床厚度3.0 m。     

重载铁路路基基底纵向水平加固效果分析

针对重载铁路路基基床底层病害整治困难的特点,对目前常用的病害整治方法进行了综合比较和分析,提出路基基底纵向水平加固技术。运用有限元软件对路基基底纵向水平加固前后轨道、路基的垂向位移和垂向应力进行了分析。结果表明:重载铁路出现病害后基床底层位移可达2.5 mm,应力可达175.56 k Pa;基床底层纵向水平加固效果显著,能够减小路基轨道的位移和应力,改善基床底层受力。     

路基承载力与路堤稳定性及沉降关系研究

研究目的:路基承载力、路堤稳定性及沉降是路基设计的三个主要控制指标,为了确保路基工程安全,设计时一般均应分析验算。但目前我国铁路及公路路基设计人员对路基是否应进行承载力验算还存在一定分歧。本文通过分析路基承载力与路堤稳定性及与路基沉降之间的关系,探讨路基设计进行承载力验算的必要性。研究结论:(1)圆弧法分析路堤稳定性偏于不安全,在路基承载力不满足要求的情况下也可得出路堤稳定的结论;(2)当荷载接近或超过路基极限荷载时,路基会发生较大的侧向变形,现有的沉降计算方法不再适用,路基承载力满足要求是路堤沉降计算公式的应用条件;(3)路基承载力满足设计要求是保证路堤稳定、控制路基沉降变形的前提条件,因此,在路基设计中应进行承载力验算;(4)本文的研究结论可为进一步完善铁路及公路路基设计方法提供一定的理论依据。     

土工格室加固基床在病害整治中的运用

随着铁路运量的增加和列车提速，对铁路路基强度的标准要求越来越高。为了解决由于铁路基床承载力不足而造成线路几何尺寸经常变化的现象，铁路工务部门投人了相当大的人力物力资源，提出了许多整治路基病害方法，如基床换填法、石灰桩、水泥桩和复合地基法等，都取得了一定的效果，正在全路推广应用；但是，由于各地的自然条件的差异，导致基床承载力不足的原因和基床病害表现形式的多样化，已有的基床加固方法已逐渐不能满足目前铁路运输形势的要求，     

路基承载力与路堤稳定性及沉降关系研究

研究目的:路基承载力、路堤稳定性及沉降是路基设计的三个主要控制指标,为了确保路基工程安全,设计时一般均应分析验算。但目前我国铁路及公路路基设计人员对路基是否应进行承载力验算还存在一定分歧。本文通过分析路基承载力与路堤稳定性及路基沉降之间的关系,探讨路基设计进行承载力验算的必要性。研究结论:(1)圆弧法分析路堤稳定性偏于不安全,在路基承载力不满足要求的情况下也可得出路堤稳定的结论;(2)当荷载接近或超过路基极限荷载时,路基会发生较大的侧向变形,现有的沉降计算方法不再适用,路基承载力满足要求是路堤沉降计算公式的应用条件;(3)路基承载力满足设计要求是保证路堤稳定、控制路基沉降变形的前提条件,因此,在路基设计中应进行承载力验算;(4)本文的的研究结论可为进一步完善铁路及公路路基设计方法提供一定的理论依据。     

中塞铁路路基主要设计技术标准对比

研究目的:匈塞铁路塞尔维亚境内铁路主要采用欧盟标准和塞尔维亚标准设计。为推动中国标准走出去,本文围绕铁路路基工程主要技术标准中列车轨道荷载、路基面形状及宽度、路基基床结构、路基填料及压实标准、边坡防护、路基排水、支挡结构、路基沉降控制等方面,开展中塞铁路路基标准对比分析,研究中国标准在塞尔维亚铁路路基工程中的适用性。研究结论:(1)中塞两国标准对列车轨道荷载、路基面形状及宽度、路基基床结构做了不同的规定,铁路路基设计中需要依据塞尔维亚标准;(2)在路基填料及压实标准、边坡防护、路基排水、路基沉降控制方面,中塞两国标准是相似的,而且中国标准做出了更详细的分类和设计规定,中国标准在塞尔维亚是适用的;(3)中塞两国标准在支挡结构设计中采用两套不同的设计方法和理论,中国标准采用容许应力法和极限状态法设计相结合的方式进行支挡结构设计,安全系数和分项系数是在中国铁路建设过程中不断实践总结出来的,缺少在塞尔维亚应用的经验;(4)本研究成果可为中国标准在塞尔维亚铁路路基工程设计中的应用提供借鉴和参考。     

既有铁路路基病害地段K_(30)试验及其数据分析

乌(西)奎(屯)城际铁路位于季节性冻土地区,局部区段路基为粉质黏土,在季节性冻融循环作用影响下,路基刚度大大降低,从而使路基产生不均匀变形,给列车运行带来不利影响。本文通过堆载加荷的方式,结合实际情况对乌奎城际铁路路基进行了K30试验检测,检验其路基刚度是否满足规范要求,并给出提高路基地基系数的方法。试验结果表明:乌奎城际铁路路基基床表层地基系数较低,不满足铁路路基相关规范要求;通过基床表层局部换填道砟并压密夯实的方式可以显著提高地基系数,起到补强路基的作用。     

既有重载铁路路基检测试验与状态评估

研究目的:针对朔黄重载铁路四个典型病害路基工点,进行压实度K、含水率、直剪、N_(10)、K_(30)、E_(v2)和E_(vd)等检测试验,系统地评价路基的压实状况、变形性能和承载力特性。针对既有铁路路基检测试验可行性和代表性问题,忽略新建时碾压产生的残余应力和列车荷载反复作用的影响,建立平面应变有限元模型,分析路基的初始应力状态,为既有路基检测试验检测点代表性问题和室内动三轴试验围压的确定提供参考意见。研究结论:(1)朔黄重载铁路四个典型病害路基工点的压实状况、变形性能和承载力特性不能满足规范的要求,需要进行加固处理;(2)路基的初始应力状态非常复杂,忽略施工碾压和列车荷载在路基中产生应力的影响,距离路基中心线5.5~6.0 m,深0.6~1.2m范围的土体处于K_0状态;(3)进行路基填料室内动三轴实验时,实验加载参数的确定需考虑路基的初始应力状态;(4)该结论可为铁路路基的检测和状态评估提供参考。