高速铁路路基全断面沥青混凝土防水封闭结构

提出1种高速铁路路基全断面沥青混凝土防水封闭结构,基于该结构工作状态,分析其主要功能特性,设计碾压密实高模量沥青混凝土。将全断面沥青混凝土防水封闭结构应用于工程试验段,跟踪监测其服役特性。结果表明:试验段轨道结构及路堤基床动力性能均满足规范限值要求;试验段基床含水量维持在8%~18%,受天气影响小,而邻近的纤维混凝土对照段基床含水量为10%~35%,随天气波动显著;试验段沥青混凝土的吸热作用,使得路肩处基床温度较对照段大;试验段路基竖向变形监测值较对照段稍大,但均满足限值要求;试验段沥青混凝土与底座等接触情况良好,无松散剥落等病害,仅在底座板接缝处有数条裂缝,而对照段出现较多的纵横向裂缝,严重影响其防水封闭效果;沥青混凝土修补方便,可维护性高。     

无砟轨道路基基床翻浆注胶加固模型试验研究

为研究无砟轨道路基基床翻浆注胶加固方法,建立无砟轨道路基室内试验模型,分析无咋轨道路基在基床表层处于正常状态、浸水饱和状态和翻浆注胶加固后动力响应规律。试验结果表明:荷载加载50万次,与基床表层正常状态相比,基床表层处于浸水饱和状态时,基床表层动应力减少19.7%,底座板振动位移与振动加速度分别增大89.5%和75.3%。基床翻浆注胶加固后,与基床表层处于浸水饱和状态相比,基床表层动应力增大19.0%,底座板振动程度降低,底座板与基床表层振动比由9.4:1变为2:1;对比基床正常状态,基床表层动应力与底座板振动位移、振动加速度均略有减小。试验后揭开底座板,基床表层顶部翻浆区域级配碎石与注入胶体胶结形成复合体,填充了底座板与基床表层之间空隙。基床翻浆注胶加固后,恢复了对底座板的支承能力,底座板的异常振动得到改善。     

遂渝线路基上板式无碴轨道结构设计研究

研究目的:本研究主要为了确定遂渝线无碴轨道综合试验段路基(刚性路基、土路基)上铺设板式无碴轨道的轨道结构参数。研究方法:利用有限元模型,路基按刚性路基、土路基、设与不设混凝土层、轨道板与底座伸缩缝是否对齐等多种工况进行轨道结构各层及基床表层的受力特性分析。研究结果:对于板式轨道没有必要在底座下设置混凝土层。土路基上轨道板与底座伸缩缝错开设置对轨道结构受力较为有利。研究结论:在刚性路基和土路基上,板式轨道可不设置支承层。土路基上设计板式轨道时应尽量减少底座伸缩缝的设置,同时应使轨道板与底座伸缩缝错开布置。刚性路基上设计板式轨道时可根据工程需要来确定轨道板与底座伸缩缝是否对齐。土路基上,在相同条件下,基床表层厚度由400 mm增加到700 mm,各层应力变化很小。     

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。     

不同基床底层细颗粒含量的高速铁路路基水分运移规律及水囊控制

通过数值方法建立了高速铁路路基渗流模型,其由上部结构和基床表层、基床底层、地基组成。在左线底座与基床表层交界处设置两条裂缝模拟降雨入渗边界,对模型施加2013年杭州市降雨数据进行3 a计算,分析了基床底层不同细颗粒含量对路基内部水分运移的影响。研究表明,3 a计算时间后,各工况路基内部均出现水囊,且随着细颗粒含量增大,水囊面积增大。湿润锋击穿基床表层和基床底层交界面的时间、到达基床底部的时间均随细颗粒含量的增大而增大。最后,在基床表层和基床底层之间增设一层渗透系数较低的GCL复合垫层,并结合在基床表层和基床底层之间设置毛细屏障的现场试验,探讨了水囊控制方法。     

400 km/h高速铁路基床结构研究

列车运行速度提高至400 km/h时,列车与线路相互作用更为复杂,路基承受的列车动力荷载作用更加剧烈.本文结合车辆-轨道-路基耦合动力学仿真,基于强度、变形和应变准则,对400 km/h高速铁路基床结构的设计方法进行了探讨,并对传统无砟轨道基床结构、全断面沥青混凝土强化表层基床及底层改良土基床结构在速度400 km/h...     

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。     

基于冻胀变形的基床表层疲劳寿命预测与分析

季节冻土区的铁路建设面临着路基冻胀问题,周期性的循环冻融作用将会加剧路基结构的破坏,从而缩短路基结构的使用寿命。根据基床表层冻胀变形结果,建立基于人工变形边界的应力计算模型,并引用半刚性基层材料疲劳寿命计算公式,分别计算不同水泥添加量下的基床表层的使用寿命。计算结果表明:基床表层的最大拉弯应力随着冻胀波长的不断增大和冻胀量的不断减小而呈现增大的趋势,水泥添加量为0、1%、3%、5%时,对应的基床表层冻胀变形所导致的基床表层最大拉弯应力分别为31.2、57.6、69.0、75.1 k Pa;随着水泥添加量的增加,基床表层的使用寿命不断提高,水泥添加量分别为1%、3%、5%时,基床表层的使用寿命相较于不添加水泥的情况分别增加了27%、36%、48%。     

高速铁路路堑基床变形原因分析及治理

研究目的:高速铁路对线路的沉降控制和平顺性要求极高,路基基床的变形量是影响高速铁路安全运行的关键性指标之一,同时也是协调轨面变形和判断扣件系统安全储备量的因素之一。本文以某高速铁路路堑基床变形为例,综合考虑各种影响因素,分析基床变形的可能原因,旨在探索适宜的治理方式。研究结论:(1)通过对基床结构的长期冻胀观测与变形监测,综合考虑冻胀变形、混凝土温度翘曲、卸荷回弹、基底地层膨胀变形等可能因素,确定导致基床变形的原因是基底基岩的膨胀变形;(2)针对问题发生的原因,联合采用砂砾垫层、三七灰土垫层、两布一膜和混凝土预制块的有机组合结构,配合纵向排水沟和侧沟混凝土包裹层,以增强基底排水能力和地面径流的方式治理膨胀岩土路基病害,实践证明该措施治理效果良好;(3)本研究成果可为治理高速铁路路堑基床变形积累经验,并可为相关工程的设计与施工提供参考依据。     

季节性冻土区高速铁路混凝土基床变形研究

路基冻胀问题是影响季节性冻土区高速铁路平顺性的核心问题之一,严重影响高铁运营质量和安全。混凝土基床是一种新型的高速铁路路基防冻胀结构,能够有效减少路基冻胀问题,但也存在其本身在季节性冻土区气候环境下的变形问题。使用顺序耦合热应力分析对混凝土基床开展仿真计算,分析其在不同长度、不同温度环境下的变形规律。研究结果表明:混凝土基床存在冬季两端翘曲现象,在极端条件下变形差可达4.8 mm,结构长度和环境气温均对变形有影响。     

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...     

沪宁城际铁路路基翻浆原因分析及整治措施研究

沪宁城际铁路数十公里的路基地段发生路基翻浆,影响轨道平顺性。从路基基床表层填料设计、防排水设计、高速列车的高频振动作用三方面分析路基翻浆的原因。结果表明:由于无砟轨道混凝土底座板间伸缩缝未有效封闭,在较低温度时产生缝隙,雨水沿缝隙渗入路基表层,表层中级配碎石层透水性较差,加之路肩上混凝土封闭层的阻挡,导致在级配碎石层表层形成水囊,在列车振动作用下产生翻浆现象。采取了排水、封堵和注胶的综合整治方案,实践证明,治理方案有效率达86%。提出了从设计上防止多雨地区无砟轨道路基翻浆的建议。     

路基冻胀-融化-沉降循环作用下高速铁路板式无砟轨道伤损演化与变形分析

为研究路基冻胀-融化-沉降循环作用下,无砟轨道结构的伤损演化规律和变形特性,基于有限单元法及混凝土塑性损伤模型,建立路基上单元板式无砟轨道静力分析模型。计算结果表明:(1)小波长条件下,底座板在冻胀过程中易在幅值两侧对应第一块轨道板的板端萌生损伤,但随波长的增加,轨道结构塑性损伤得以缓解;(2)路基冻胀-融化-沉降循环作用引起轨道不平顺,其幅值呈增加-减小-反向增加的变化趋势,但波长较小时,反向增加的幅度极小;(3)路基回落过程中,轨道结构存在部分残余变形;(4)底座板与基床表层间的离缝呈张开-闭合-张开的循环性变化规律,离缝宽度随路基变形幅值的增大而增大;(5)路基变形波长对离缝宽度及纵向分布有极大影响。     

客运专线土工格室复合基床的试验研究

研究目的:在列车荷载的重复作用下,基床结构永久变形是轨道结构几何尺寸恶化的重要因素之一。采用土工格室复合基床结构可以强化基床表层强度和刚度,以满足特殊路段基床结构的需要。研究方法:本文介绍了适用于客运专线的土工格室复合基床结构的4组动态模型试验。试验在室内填筑了宽7m、长4m、高1．05-1．55m的路基基床模型,采用5 Hz、20-140kN动荷载模拟列车荷载,每组重复加载150万次以反映列车对路基基床的重复荷载作用。为验证室内试验结果,在秦沈线进行了现场动态试验。试验结果表明, 土工格室可均化基床、路基的动静应力分布,明显降低基床和路基的弹性和永久变形,减少运营维修养护工作量,且格室越高效果越好。研究结论:通过与现场试验结果对比,30 cm厚的土工格室复合基床表层基本能够满足客运专线对基床刚度和变形控制的要求。     

郑武段客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道摩擦板和端刺方案研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道桥上底座板纵向连续后,其上产生的温度力和制动力等将影响到路基上的轨道结构,在桥台后一定长度路基上设置摩擦板和端刺,可以将连续底座板上产生的温度力和制动力等传至路基内,不再影响路基上的轨道结构。通过本研究,提出一个既能确保路基上轨道结构安全稳定、又能节省工程投资的摩擦板和端刺方案。研究结论:采用倒T型端刺,小端刺下基床表层和基床底层深度范围路基填筑级配碎石掺水泥、大端刺两端各5 m宽按1∶2刷坡范围路基填筑级配碎石掺水泥方案,加荷载后,端刺最大纵向水平位移小于3 mm,能够确保路基上轨道结构安全稳定;且工程造价较原京津城际铁路摩擦板端刺方案经济。     

寒区客运专线有砟轨道路基冻害整治技术

收集东北地区气象和冻结深度数据,探讨沈阳铁路局管辖内冻害区域分布规律。对丹大、长珲和秦沈客运专线路基冻害情况进行调研,在重点区段展开冻胀监测试验,分析客运专线路基结构形式与冻害的相关性,分析冻害原因,提出具体整治方法。实践表明,基床表层冻害可采取护肩切槽或护肩下铺设无砂混凝土板的方法排出隔断层顶部基床表层积水;基床底层冻害可采取铺设XPS保温板提高路基体内部温度的方法,路堤地段基床底层也可采取跟管掏土将高含水率细粒土填料置换出来的方法进行整治,路堑地段基床底层冻害可采取增设或加深排水盲沟降低地下水的方法进行整治。     

客运专线土工格室复合基床的模型试验

本文介绍了适用于高速和客运专线的土工格室复合基床结构的4组足尺动态模型,试验结果表明,土工格室可均化基床、路基的动静应力分布,明显降低基床和路基的弹性和永久变形,减少运行维修养护工作量,且格室越高效果越好.300mm厚的土工格室复合基床表层基本能够满足客运专线对基床刚度和变形控制要求.     

寒区高速铁路路基混凝土基床试验研究

针对季节性冻土区高速铁路路基冻胀引起的线路平顺性问题,京沈(北京—沈阳)客运专线采用了混凝土基床结构设计,在基床范围内使用混凝土代替A,B组填料。通过监测路基混凝土基床的地温、冻结深度及分层变形发展情况,分析变形对高速铁路行车线路平顺性的影响。结果表明:混凝土基床路基最大变形在2. 5 mm以内,变形较小,符合高速铁路对线路平顺性的要求。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构缝对路基应力分布特征影响

无砟轨道结构缝位置的路基面动应力存在集中效应，是产生底座/支承层-路基离缝，进而引发路基翻浆的重要因素。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点及层间接触条件，建立设有混凝土结构缝的轨道-路基空间有限元模型，分析转向架双轴荷载作用于无砟轨道结构连续、轨道板缝、底座缝三种位置下路基面列车荷载分布特征，结合现场实测数据，提出考虑结构缝影响的路基面简化荷载模式。研究表明：路基面列车荷载纵向分布范围与混凝土层间接触条件相关，随摩擦系数增加呈非线性增大趋势，实测摩擦系数对应的纵向计算长度与测试值吻合；结构缝对路基面列车荷载沿纵向分布形态有显著影响，转向架双轴荷载作用于底座结构缝正上方为最不利位置，路基面应力分布模式由连续结构位置的梯形转化为应力较为集中的三角形；底座缝断面的基床应力大于结构连续位置，应力增幅由路基面的33%随深度逐渐衰减至基床底面的8%。     

桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应，依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能，建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数，分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征，采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析，并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比，探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内，底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求；传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大，给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患；桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大，列车荷载的影响相对较小，温度梯度对可靠指标几乎无影响；荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式，为高速铁路结构的运维提供理论参考。