高速铁路路基黄土填料改良后的工程特性研究

以高速铁路路基黄土填料为研究对象,制备不同水泥掺量的黄土填料试样及重塑黄土试样进行动力性质试验,并对水泥改良黄土试验路堤的稳定性进行了评价。结果表明:抗振陷能力最强时试样的水泥掺量为6%~7%,且该掺量的水泥改良黄土经1 500次振动后动弹性模量趋于稳定,阻尼比的增长幅度很小也趋于稳定;当压实系数、地基系数、动态变形模量等均满足规范要求时,水泥掺量6%~7%的改良黄土路堤在施工期及工后的沉降变形均能满足设计要求。     

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。     

重载铁路水泥改良膨胀土路基动力特性数值研究

相比普铁与高铁而言,列车动载作用下重载铁路路基的动力特性更突出。依托浩吉重载铁路工程背景建立"列车-有砟轨道-基床-地基"三维数值模型,对不同荷载条件下重载铁路水泥改良膨胀土路基的动力特性进行分析。同时,结合室内动三轴试验,获取水泥改良膨胀土填料临界动应力,并建立填料累积变形经验模型,综合"强度-变形"指标对重载铁路水泥改良膨胀土路基的长期动力稳定性进行评估。结果表明:路基动应力受轴重影响敏感性大于车速,轴重25～30 t重载列车动载作用路基面动应力是预留客运列车作用时的1.2倍;不同列车荷载作用下重载铁路改良膨胀土路基的动应力沿深度逐渐衰减,动力影响深度是基床设计厚度(2.5 m)的1.2～1.6倍,但影响范围内路基动应力水平远小于填料临界动应力范围,说明路基动强度稳定满足要求;结合动三轴试验"应变-振次"稳定性曲线,建立考虑振次、应力水平等多因素的水泥改良膨胀土填料累积变形经验模型,预测400万振次基床表面累积变形为5.5～6.5 mm,其中前150万振次累积变形量占比达85%以上,说明路基动变形稳定满足要求;数值结果与文献测试数据吻合,验证模型的合理性。     

输水管道群下穿既有铁路软土地基变形控制技术研究

大直径输水管道群顶管下穿既有铁路软土地基必然会引起铁路路基沉降和轨道变形,影响铁路行车安全。以顶管下穿既有京沪铁路工程为研究对象,对顶管下穿铁路引起的路基沉降和轨道变形规律进行数值模拟计算;提出软土地基沉降变形控制标准及加固方案、施工工艺参数及施工控制措施。通过现场监测成果,验证地基加固效果及其合理性。研究结果表明:输水管道群顶进施工引起铁路路基的最终变形沿铁路中心线呈"U"形分布,最大沉降量约为12.5 mm,大于最大路基面沉降和水平位移不应超过10 mm的要求。采用旋喷桩与袖阀管注浆相结合的地基加固措施,有效地提高了地基强度,减小了顶管施工对既有铁路的影响。整个顶管施工过程中,绝大多数监测点路基沉降值在3～10 mm之间,水平位移在2～6 mm之间,路基变形满足规定要求。该研究成果对新建构筑物下穿既有铁路工程的设计、施工具有借鉴意义。     

毛乌素地区风积粉细砂填料的改良应用

新建新街至恩格阿娄至陶利庙铁路（新恩陶铁路）由东向西逐步进入毛乌素沙漠腹地,路基填料设计中采用沿线储量丰富的风积粉细砂进行路基填筑。粉细砂粒径单一、级配不良,路基填筑时地基系数和压实系数不能达到规范要求,需要对其进行改良。结合本线特点,采取化学改良和物理改良相结合,分别使用水泥改良、生石灰改良和掺砂岩的措施进行粉细砂的改良填筑试验,从经济、技术和施工工艺等方面进行综合研究,得出适宜在全线范围、以至毛乌素地区推广采用的改良方案。     

客运专线水泥改良黄土路基填料填筑试验研究

根据郑西客运专线黄土填料水泥改良室内试验结果,选取6%水泥改良黄土路基填料进行现场填筑压实工艺及检测试验研究.通过水泥改良黄土时效性试验,确定以3 h对应的最大干密度作为最终压实检测指标;采用不同压实工艺对不同厚度改良黄土填料进行压实试验,得出选定水泥改良黄土路基填料松铺系数为1.1～1.2,松铺厚度为20～30 cm,最优含水率为12%,最佳的碾压方式为静压1遍、弱振1～2遍、继续静压2～3遍.路基沉降长期观测及工后沉降预测结果表明,在满足压实系数0.95的条件下,水泥改良黄土路基本体的平均沉降率为0.24‰,满足铺设无砟轨道路基的设计要求.     

高速铁路水泥改良钻渣路用性能研究

填料种类直接决定了高速铁路路基的工程造价,为了降低工程造价及减少环境污染,将钻孔灌注桩钻渣进行改良利用,并通过室内土工试验研究钻渣的水泥、石灰改良土的工程性质与改良效果。以沪苏湖高速铁路上海段为工程依托,采用钻孔灌注桩钻渣的水泥改良土作为路基填料,在泥浆状的钻渣中掺加2%石灰,压成钻渣泥饼,再采用4%水泥改良,试样7 d饱和无侧限抗压强度均大于460 kPa,满足高速重载铁路对路基填料的要求。之后选取路基试验段,研究现场填筑施工工艺,分析路基填筑施工关键控制参数、碾压组合以及施工质量评价指标,研究表明,水泥改良钻渣路基施工工艺简单、机械化程度高、质量易于控制。     

京沪高速铁路石英二长岩全风化物路基原位激振试验研究

采用石英二长岩全风化物填料填筑路基,其结构动态性能需要验证,有必要进行激振试验。利用激振试验系统,对京沪高速铁路石英二长岩全风化物填料路基试验段进行原位激振试验,测定路基各断面的振动响应、结构内力和累积沉降等,分析该路基的振动特性和动力稳定性,以期为高速铁路路基填料的选择提供借鉴。结果表明:石英二长岩全风化物物理改良填料临界动应力在80 k Pa左右,塑性应变主要产生于基床底层中上部,加载150×104次后,基床表面最大弹性变形不足1 mm,满足其变形控制要求。     

高铁路堤中改性膨胀土工程应用特性试验研究

用南宁高铁建设中常遇到的弱性膨胀土及水泥改性膨胀土作路堤填料,填筑1:1高铁路堤模型,依托自行设计的监测系统,对自然降雨蒸发条件下路堤内的含水率、温度、吸力与土压力4种特征参数的变化规律以及沉降变形量进行监测。研究结果表明:膨胀土路堤边坡大气急剧影响深度集中在0.5 m内,最大影响深度可达2~3 m;最大工后沉降量膨胀土路堤面约为5.7 mm,水泥改良土仅约2.5 mm,水泥改良膨胀土可用作高铁路堤建设填料;路堤边坡坡面侧向变形以收缩变形为主,呈现"上部大,下部小"的特点,相同位置处,膨胀土断面变形量大于改良土断面。     

不同埋深的黄土填料特性及改良试验研究

研究目的:本文通过室内试验,对不同埋深条件下天然黄土和改良黄土的工程特性进行了对比分析研究,以合理确定高速无砟轨道路基填筑中,黄土填料的改良方法、掺合料和掺量.研究结论:试验研究表明,由于黄土具有大孔隙性、水敏性和湿陷性等工程特性,对于工后沉降标准要求较高的无砟轨道路基,不宜直接用作路基填料,必须进行改良,改良后的黄土,其压缩系数显著降低,强度和水稳性大幅度提高,从土样构成上消除了黄土的湿陷性.在施工质量(配合比、含水量、摊铺厚度、压实机械和压实度等)得以保证的前提下,改良黄土是能够满足高速无砟轨道路基的填料要求的.该研究成果对广大黄土地区的铁路、公路建设具有重要意义.     

软土地区盾构隧道斜下穿多股铁路路基变形规律

目的：目前，地铁隧道穿越铁路路基的情况越来越多，但软土地区盾构隧道斜下穿既有运营铁路的研究相对较少，因此需分析该情况下的路基变形规律。方法：以绍兴轨道交通1号线大滩站—火车站站区间盾构隧道下穿杭甬铁路绍兴站站房及6股铁路股道工程为例开展研究。采用有限元法分析了盾构隧道掘进施工对杭甬铁路路基的变形影响，并基于实测数据对数值模拟结果进行了对比分析，充分验证了袖阀管注浆加固方案的有效性。结果及结论：有限元分析结果表明：未考虑盾构穿越区域地基加固的情况下，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为13.12 mm,不满足沉降控制标准要求；当盾构穿越区域采用袖阀管注浆加固措施后，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为8.20 mm,满足沉降控制标准要求，说明袖阀管注浆能够有效控制铁路路基沉降和轨道的不平顺。实测数据结果表明，盾构隧道下穿铁路施工期间的累计变形历程可分为路基隆起、路基快速沉降、路基平稳波动及后续沉降4个阶段，且前期隆起量大、后续变形相对较小，加固后的路基累计变形量能控制在10.00 mm以内。     

戈壁土路基沉降监测技术及其变形特征研究

兰新铁路第2双线新疆段气候条件严酷,现有的人工水准测量的沉降观测方式难以满足规范所要求的频率和频次。中铁西北院研发了CDI-400组合式沉降仪,并选择有代表性的试验工点对路基沉降变形特征进行评估。CDI-400组合式沉降仪绝对误差在±0.2 mm以内,对高铁路基沉降的观测可以满足相关技术要求;试验工点地基沉降量均值为10.38 mm,其中路基填筑阶段发生了6.0 mm,路基填筑完成后发生了4.38 mm,地基沉降主要发生在路基填筑阶段;路基本体的压缩沉降量非常小,均值为1.14 mm,路基总沉降主要体现为地基的沉降,戈壁土地区采用冲击碾压的地基处理方式可以达到客运专线对路基沉降控制的要求;戈壁土的地基沉降主要发生在瞬时沉降阶段,表现为剪切沉降变形。     

客运专线无碴轨道红层泥岩改良土路基离心模型试验研究

红层泥岩是一种特殊岩土,其工程性质不能满足无碴轨道路堤填料要求,需对其改良。模型中的路堤采用4%的水泥进行改良、含水量为8.66%、压实度达到95%,通过红层泥岩路堤离心模型试验,得到施工期沉降、工后沉降与时间的关系,并与非改良红层泥岩的离心模型试验结果进行对比,从而确定红层泥岩路堤填筑施工参数;并分别对2种填料路堤进行数值模拟,对比试验和数值模拟的结果。研究表明:以改良红层泥岩为路堤填料可以使路堤沉降减小,满足了无碴轨道对路基填料的要求,数值模拟结果与试验结果基本相符。     

哈罗铁路岩盐路基病害分析及处理

哈罗铁路经过罗布泊地区的岩盐地段,为降低工程造价,采用岩盐作为路堤填料,但岩盐填料含有氯化盐、硫酸钠等盐分,具有盐溶、盐胀等工程特性,易引发溶蚀、不均匀沉降等工程病害。针对这些病害的发生机理,结合当地的气象条件,设计了适应哈罗铁路的岩盐路基形式,并建立了路基试验段,通过埋设沉降板对路基变形进行观测。观测结果表明路基的变形以沉降为主,变形基本上在4 mm之内,验证了岩盐用作哈罗铁路路基填料可行。     

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。     

高温养护下水泥改良风积沙抗压强度试验研究

研究目的:新疆和田至若羌铁路经过塔克拉玛干沙漠南缘,地表以风积沙为主,水泥改良风积沙是沙漠地区铁路路基基床填筑的关键技术。塔克拉玛干沙漠夏季地表温度最高可达70℃,水泥改良风积沙的力学性能和变形特性易受高温的影响,因此本文结合新疆塔克拉玛干沙漠的气候条件,开展水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究70℃高温养护条件下水泥掺量和压实系数对水泥改良风积沙的应力应变特征、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结论:(1)水泥改良风积沙的应力应变曲线近似正态分布,具有右偏态的特性;(2)高温养护条件下,压实系数为0.95时,水泥掺量为4%、5%、6%对应的水泥改良风积沙无侧限抗压强度分别为0.38 MPa、0.52 MPa和0.78 MPa,峰值应变分别为2.2%、2.4%和2.6%,刚度分别为10.4 MPa、16.2 MPa和22.8 MPa;(3)与标准养护条件相比,高温养护条件下水泥掺量为5%、压实系数为0.95的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度和峰值应变分别降低了5.5%、22.7%,刚度增大了5.9%;(4)新疆和田至若羌铁路夏季施工时,考虑70℃高温养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求,避开高温施工环境条件,掺量4%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求;(5)本研究成果可为风积沙铁路路基基床的设计、施工提供参考。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

哈罗铁路硫酸岩盐路基填筑施工技术

结合哈罗铁路,针对岩盐盐胀、盐溶、松胀等不利工程特性,确定了硫酸岩盐路基施工技术。通过建立路基试验段,选用了重型碾压、冲击碾压、重锤夯实、换填4种硫酸岩盐路基基底处理方法,提出了利用岩盐作为路基填料的填筑方法。埋设沉降板,观测了工后沉降。经过现场观测数据可以发现4种处理方法路基基底变形量都可满足规范的要求,从经济性方面综合考虑,建议采用施工成本最低的重型碾压法作为岩盐路基基底的处理方法,验证了利用岩盐作为路基填料的可行性。并分析了岩盐路基本体的变形特征。     

循环荷载作用下水泥改良黄土路基的变形特性

对水泥改良黄土及重塑黄土在循环荷载作用下进行动三轴试验,研究围压、频率、振动次数、动荷载大小等因素对土样变形特性的影响。试验结果表明:与重塑黄土相比,水泥改良黄土的弹性变形和累积塑性变形较小,并随振动次数的增加而趋于平稳;在相同深度处,随着水泥掺量的增加,改良黄土的弹性变形及累积塑性变形逐渐减小;当埋深较浅时,水泥掺量是路基变形的主要影响因素,而当埋深较深时,埋深深度是路基变形的主要影响因素;得到不同水泥掺量的改良黄土路基累积塑性变形计算公式,为铁路路基的设计和动力稳定性评价提供依据。     

地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

盾构隧道下穿既有铁路线路会造成铁路线路沉降变形,影响列车的正常运行。基于此,在某实际工程的基础上,对地基加固、盾构下穿过程中铁路线路沉降情况进行监测分析。结果表明：旋喷桩加固注浆施工对铁路线路影响很小,当旋喷桩加固施工完成后,主加固区施工对铁路线路影响较大;地基加固对盾构下穿时铁路线路变形控制有较好效果,隧道穿越施工期间,路基最大沉降量为36．52mm,轨面最大沉降量为15．88mm,满足规范要求。