铁路路基病害整治方案设计(毕业论文)

铁路路基病害整治方案设计(毕业论文)内容摘要：

的首选。 土工合成材料和高分子材料在京九线 聊城至 菏泽区段的研究、应用起步较晚 ， 为验证使用效果 ， 我们选定 2处 有代表性的路基翻浆冒泥病害地段 进行 整治 试验。 通过对病害现状 详细调查 ， 经过 对多种整治方法 综合对比分析 ， 最终 确定 以下整治方案，如表 42所示。 表 42 实验段 翻浆冒泥 病害 整治方案 方案 试验 段里程 病害现状 整治方案 方案一 京九线上行k494+500k494+900 局部翻浆冒泥 ， 集中发生的有 5处 ， 每处 10~20m不等 挖除 翻浆 基床 土， 换填三七灰土 ， 在基床上铺设土工合成材 料 方案二 京九线下行k499+700k500+000 道床严重板结、脏污、排水不良 ， 翻浆冒泥严重并伴有道心暗洞、 道 砟 陷槽 等 病害 在 原有 基床上层泼洒 改良土 15 第 2节 土木合成材料 整治 翻浆冒泥 实施方案： 将 翻浆基床 挖出后夯 填三七灰土 ， 在基床上 铺设土工合成材料 以起到提高路基强度和阻止地表水 侵入的目的。 1 土工合成材料的选用 土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。 作为一种新型的土木工程材料 ，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料制成各种类型的产品 ，置于土体内 部、表面或各种土体之间 ， 发挥加强或保护土体的作用。 土工合成材料具有原料丰富、质轻、强度高、抗变形模量大、耐腐蚀等优点。 在市政、水利、建筑、交通和环境工程中得到 了 广泛的应用 ， 起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。 目前应用于铁路路基病害整治中的土工合成材料有 ： 土工防水膜、土工防水膜板、土工格栅、土工格室、土工带、复合土工膜等。 京九线上行 k494+500k494+900引发翻浆冒泥 病害的水源 为大气降雨 ,因此 应 选用不透水的土工防水膜 ,以 阻 止地表 水浸入 软化基床。 土工防水膜具有以下性能和特点： （ 1）土工防水膜以高分子材料拉成纤维 ， 按不规则排列 ， 采用机械处理和化学粘结 ， 在其上面敷设不透水的材料。 （ 2）土工防水膜选用不透水型土工纤维以便快捷排水 ， 防止水进入基床土软化基床。 （ 3）土工防水膜必须上下铺设砂垫层 ， 起到 防止石砟刺破土工纤维、均匀传递应力和保持良好的排水性能 的作用。 （ 4）土工防水膜 隔离了地表水 ， 使其不能渗到基面以下 ， 从而防止基面软化或风化 、 降低基床含水量 、 提高基面承压强度 ， 同时对孔隙水压力起到消散作用 ， 使道床与基床隔开 ， 防止道砟与基面土互相掺和。 2 工程 技术质量标准及要求 （ 1）保持 路基面内高外低 ， 以利于排水 ， 坡度为 4～ 5%， 路肩不得 存在 外高内低阻水 现象 ， 必 要时 要 适当降低路肩标高。 16 （ 2）砂垫料应选用中粗砂 ,含泥量小于 5 % ,上层砂垫层 厚度不 小 于 100 mm， 下层砂垫层厚度不小于 50 mm，总厚度不小于 200mm。 （ 3）土工防水膜抗拉强度不应小于 ， 延伸率不应小于 15%， 冲压强度不应小于 MPa。 （ 4） 土工防水膜 铺设 深度要求 土工防水膜 如埋置过深 ， 则对横向排水不利 ， 势必要削低路肩 ， 增加道床厚度 ；如埋置过浅 ， 则材料承受压力较大 ， 土工聚合材料易被拉破 或被大型机械化作业 车破坏。 有关 试验结果表明 ： 道床应力在枕底以下至 350mm处急剧减少 ， 而在此深度以下减少较缓。 因此 土工防水膜 埋置深度定在 350～ 400mm处较合适 并不应小于道床标准厚度。 （ 5） 土工防水膜 铺设 宽度要求 土工防水膜铺设 宽度应满足轨道与列车等上部荷载作用于路基面的应力分布宽度（即沿轨枕两端头底面起以 45 176。 扩散 角传力至路基面） ,且不外露于道床。 根据土工合成 材料的铺设深度 ,现场铺设 宽度以 3. 8～ m为宜。 （ 4）土工防水膜 接缝处理 土工防水膜的 接缝处理 是施工的关键程序，直接影响防水膜的使用寿命。 接缝的处理 主要有 三种方式 ： a 搭接 横向连接处 搭接 宽度 一般 60～ 80mm为宜 ， 纵向搭接宽度不应小于 60 mm，表面平整物褶皱。 搭接时 应按线路纵坡高端压低端 ， 防止地表水从接缝处渗入。 b 热焊。 热焊是防水膜相接的表面加热处理，使之表面溶化，然后通过压力使之融合成一体。 焊缝处应保持清洁、干燥，不能有油污、水分 、尘土等。 土工防水膜焊应 选用具有一定经验的技术人员操作，接时 应使用 专用焊接机 进行焊接，调整好温度与速度。 焊缝搭接宽度不应小于 100mm。 c 粘接。 使用专用工程胶 进行 粘接。 现场 施工时 应尽量不 选 用粘接 ， 粘 接 接 头经 长时间水浸泡易开胶 ， 防渗效果差。 （ 5）土工防水膜在运输和存贮过程中不得 、拖拉、硬拽、 磕碰， 避免尖锐物刺伤和曝晒。 （ 6）基床换填土技术要求： ① 换填土必须使用三七灰土。 三七灰土为石灰和土的体积比 3： 7， 即 1m3三七灰土中生石灰粉 360kg， 粘土 1120kg。 17 ② 石灰最好选用磨细的生石灰粉或块灰浇以适量水经放置 24h成粉状消石灰。 消石灰必须用 6～ 10mm的筛子过筛 ， 粒径不应大于 5mm， 不得夹有未熟化的生石灰块 ， 也不得含有过量的水分。 ③ 拌制土应尽量选用粘性土 ， 土中 不得含有有机杂质 ， 土料应使用 16～ 20mm的筛子过筛 ， 粒径不应大于 15mm。 ④ 灰土应搅拌均匀 、 颜色一致。 严格控制灰土含水量 ， 最佳的含水量为16～ 23%。 现场检验方法是用手紧握成团 ， 两指轻捏即碎（ 亦 即手握成团 ， 落地开花）。 灰土必须随拌随用 ， 不得隔日使用。 ⑤ 三七灰土施工温度不应低于5℃， 铺设厚度不应小于 100mm。 换填三七灰土应分层夯填，虚土高度不大于 250mm， 夯实后厚度达到 150mm。 夯填后灰土外露部分及时用草苫覆盖， 3日内不得受水浸泡并防止日晒雨淋。 3 施工流程 （ 1）铺设土工防水膜施工 流程 如图 41所示。 （ 2）线 路抬道整修 如图 42所示。 4 施工步骤和方法 （ 1） 前期 准备 工作 ① 线路两侧搭设施工平台 ， 在其中部安装爬坡机。 将石砟、砂子、三七灰土装袋运至施工地点对应的路肩上 码放整齐。 ② 对作业地段的无缝线路单元轨条进行应补砟 起道 捣固 达到设计标高 图 42 线路抬道整修流程图 封锁线路 清砟 装筐 移出轨枕 清除污砟 开挖翻浆基床土 夯 填三七灰土 铺设底砂 铺设土工防水膜 铺设 面 砂 回填道砟 夯实道床 移回轨枕 整修线路 正点开通 图 41 铺设土工防水膜施工流程图 18 力放散。 ③ 封锁施工前一天 ， 根据技术人员的现场放线 ， 预开挖两线间石砟至设计高程 ，临时 回填装有三七灰土及砂子的编织袋。 ④ 对边坡石砟进行削坡 ， 开挖坡角 ， 钉竹排至设计高程。 每隔 10m挖开一处道床找出原路拱 面， 确定路肩标高。 开挖路肩顶面下 300mm深的粉砂土 ,换填三七灰土并做好排水坡。 （ 2） 封锁点内施工程序 （如图 43所示） ① 拆除轨枕 ， 存放在不 影响 施工 和邻线行车 的 地段 ， 挖除的清洁道砟装筐备用 ，污砟抛至路基以下。 ② 挖除 翻浆 受损基床填料 ， 将土方填料翻挖至路基外。 ③ 压实路基本体。 在回填之前 ， 先用蛙式夯将路基表层充分压实 ， 压实系数达到要求后才能进行分层回填 三七灰土。 ④ 分层回填 ， 夯筑密实。 将搅拌均匀的三七灰土回填到原处并充分夯 实， 检验压实系数达到了 97%后才能进行下一层的回填。 顶层做好 4～ 5%排水坡。 ⑤ 在路基顶面铺设 底层砂垫料 , 找平、拍实 ， 厚度达到 100mm。 ⑥ 在底层砂垫料上铺设 土工 防水 膜。 铺设时将土工膜拉平 ， 不要有皱折和重叠 ，防止积水。 最后在土工膜上方铺 设 100mm上层 砂垫料。 ⑦ 回填石 砟 ， 有条件时应更换优质花岗岩石砟 ， 穿入轨枕 ， 拧紧扣件 ， 恢复道床断面尺寸。 ⑧ 补砟、起道捣固 ， 整修线路达到开通条件。 土工防水膜 双线路基中心线 4~5% 本线中心线 上层砂垫料 下层砂垫料 三七灰土 图 43 土工合成材料铺设示意图 19 5 应用效果 该地段经换填三七灰土 和 覆盖土工防水膜整治后 ， 线路高程达到设计要求 ， 路肩达到标准宽度。 近 2年 内对线路进行了多次检测 ， 路基状态稳定。 施工中不断优化的施工方案 ， 采用新技术、新设备、新材料、新产品减轻了劳动强度与工作量 ， 最 大限度地减少了封锁线路对行车组织的影响确保了行车安全。 （ 1）优化施工组织 、 施工管理创新。 结合京九线作为繁忙干线的实际 ， 施工 中 采用了“集中力量、上下行错开、精心准备、连续施工、流程管理、衔接紧凑”的方案。 最大限度地缩短了列车慢行时间并压缩了施工封锁次数和封锁时间。 （ 2）维修天窗施工前预开挖上下行线至设计高程并堆码砂袋 ， 减轻了封锁地段清砟及运料的工作量 ， 减少了施工对邻线的影响 ， 解决了无法利用测量确定高程的问题。 （ 3）道床坡 脚 竹排预埋在开挖设计宽度与深度位置 ， 施工中沿上下行线间砂袋的底边挖至竹排 ,即 可达到设 计的宽度与深度 ， 而且底面平整 、 排水坡符合设计要求。 第 3节 实施方案：在原有基床上层泼洒 ， 以提高路基强度和防渗性能。 1 聚合筑路剂 的研制 京九线粉质土路基 产生 病害一个主要的原因就是土体的黏粒含量低 ,颗粒间粘接力小 ,导致土体松散 ,水稳定性差。 而高分子聚合物加固土的结果正是提高土粒间的联结 ,形成稳定的空间结构 ,从而提高土的强度和水稳性。 为了选择适合粉质土的高分子材料 ,先后对丙烯酸盐、脲醛树脂、糠醛苯胺树脂、聚乙 烯醇水玻璃、聚丙烯酰胺 等多种材料进行了试验研究。 通过大量的室内 外试验 ,研究出一种针对粉 质土的( Permanent Polymer for Traffic)高分子聚合筑路剂的新材料和新工艺。 2 料是一种新型的高分子土工聚合材料 ,液状、可溶于水 、 无毒 、 反应速度可控 ,由主剂、胶粘剂、促凝剂、引发剂、溶剂等组成。 其主剂是一种有机电解质单体 ,在引发剂和促凝剂作用下 ,发生自由基聚合反应 ,经过链的引发、链的增长 ,分子量骤然增大 ,在极短时间内聚合成不溶于水的网状大分子凝胶体。 形成的 立体网状结构 ,包裹 20 土体 ,将土颗粒紧紧连结成一个整体 ,改善天然土的基本性能 ,使土体具半刚半柔 的 特性 ,强度及抗渗性能显著提高。 P. P. T高分子 材料性状见表 43所示。 表 43 单体水溶液的性状 聚合物凝胶的性状 pH值 密度 / ( g/ cm3) 粘度 /厘泊 外观 溶解性 稳定 性碱 渗透系数 / ( cm / s) 腐蚀性 水 有机溶剂 ～ 白色凝胶 不溶 不溶 稳定 2 10 8 无毒、无腐 根据 有关 试验 数据 ,利 用 形成的粉质土 ,具 有以下优点： (1)无侧限抗压强度高 15h后土的无侧限抗压强度由未改良的 53kPa提高到改良后的 420 kPa。 (2)渗透系数低 由 10 4 cm / s降至 10 6 cm / s。 (3)韧性好 料在韧性方面的性能是其他刚性材料所不能 及的 ,在路基产生不均匀沉降时 ,它伴随产生一定的形变而不发生脆性断裂 ,从而大大延长了改良后基床的使用寿命。 (4)抗冻融 20～ 20℃ 范围内经过 5个冻 融循环后 ,强度衰减 很小。 (5)抗老化性能好 室内试件 3d紫外线照射 下 ,无侧 限抗压强度为 1164MPa； 现场取芯老化 3d， 无侧限抗压强度为 1176MPa。 可见 , 材料具有强度高、韧性好、抗渗性能强、抗冻融、抗老化、无毒 、 无腐等 诸多 优 点 ,是一种理想的 土工加固剂 ，见表 44，表 45所示。 表 44 材料名称 无侧限抗压强度 kPa（ h） 渗透系数 /（ cm/s） 水中崩解情况 PPT聚合土 420（ 15） 106 不崩解 原状土击实 53 104 崩解 21 表 45 与三七灰土 性能指标 对比 项目名称 无侧限抗压强度（ 28 d 后） /kPa 渗透系数 /（ cm/s）。