软土地区铁路路基病害及整治方案

软土地区铁路路基病害及整治方案内容摘要：

那一部分沉降，若仍按正常固结的土层计算，所得结果将远小于实际沉降。 下面简要介绍考虑先期固结压力的计算公式： ① 正常固结、欠固结条件下     ci ioicini iic p ppCehS lg11 0 式（ ） 式中： ciC — 第 i层土中的压缩指数，应取分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩段计算； ip— 第 i层土分层中点的自重应力； cip — 先期固结压力，正常固结时 pci=poi，欠固结时 pcipoi； ② 超固结条件下 oc ppp  时，     ciioicioicisini oiic p ppCppCehS lglg11 式（ ） b. 对于应力增量 oc ppp  时，     oiioisini oiic p ppCehS lg11 式（ ） 式中： siC — 第 i层土中的回弹指数 2．瞬时沉降 Sd 兰州交通大学毕业设计（论文 ） 14 瞬时沉降包括土的两种沉降，一种由地基土弹性变形引起；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由软土侧向剪切变形引起。 前一部分可用弹性理论公式计算 bpES dd  )1( 2 式 （ ） 式中： p — 基础底面平均压力； b— 矩形基础的宽度；  — 软土的泊松比，此处  ＝ Ed— 软土的弹性模量，可用三轴仪不排水试验求；  — 沉降影响系数，与基础形状、计算点位置有关，可自土力学教材中查用。 由于工程设计中地基承载力的采用都限制塑性区的开展，因而由土体初期侧向剪切位移引起的沉降，在总的瞬时沉降中所占比例不大，目前一般不计 或略作估算。 对于土体的一维变形情况，瞬时沉降是很小的，特别是当土体饱和时，由于土中水及土颗粒本身的变形可忽略不计，瞬时沉降接近于零。 但是，对于土体的二维或三维变形情况，瞬时沉降在地基总沉降量中占有相当大的比例，并且与加荷方式和加荷速率有很大的关系，比如采用一次瞬时加载时产生的瞬时沉降就比采用慢速均匀加载时大得多。 有时也用 Sd＝ (～ )Sc对瞬时沉降进行估算。 3．次固结沉降 Ss 长期现场观测表明，在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动而继续发生长期 (长达数年以上 )的、缓慢的压缩， 称为次固结沉降如图 62所示。 当软土较厚， 含高塑性矿物等较多时，对沉降要求严格的建筑物不宜忽视次固结沉降 Ss。 Ss可按下式计算： ini iais htteCS   231 2 lg1 （ 式 ） 式中： Cai— 第 i 层土的次固结系数，可由在固结压力下试验的 elgt 曲线如图 62示求取。 其值与粒径、矿物成分有关，一般 Cai=～ ； e2i— 第 i层软土在固结压力下完成排水固结时的孔隙比； t t3— 完成固结 (固结度为 100％ )时间和计算 次固结沉降的时间， t3t2。 由于对软土的次固结性状仍了解不够，无论对于它的机理、变化规律、影响因素、计算方法和试验测定等都有待进一步深入探讨。 兰州交通大学毕业设计（论文 ） 15 土地基沉降量 S 还可以利用观察到的建筑物的若干随时间 (t t2等 )变化的沉降值Stl、 St St一 t 关系等，推算该建筑物的后期沉降 St及最终沉降 S。 常用的推算方法是将实测的沉降一时间 (St一 t)曲线拟合为指数曲线、双曲线等而用数学方法推算 St或S。 具体详见土力学教材。 综上所述，软土地基的沉降应为 图 次固结沉降 上述三种沉降之和，即 scd SSSS  ，但是由于瞬时沉降和次固结沉降的计算方法和理论还处于初步阶段，故工程上也常用将一维固结沉降计算的结果乘以一个沉降计算经验的修正系数 ms计算 csSmS （ 612） 在《公桥基规》规定：当软土压缩模量 Es＝ ～ 时， ms＝ ~，以提高其计算精度。 由于软土地基沉降的复杂性 ， ms的取值尚待补充完善。 第二章 软土地区 铁路路基病害的类型及 原因 第一节 路基病害类型 铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路 基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基 等。 一 、 翻浆冒泥 路基强度因含水过多而急剧下降，在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象，称之为翻浆。 翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位，特别是以细粒土作路基兰州交通大学毕业设计（论文 ） 16 填料、风化石质作基床，降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地 段一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土在和列车反复振动的作用下，发生软化或触变、液化，形成泥浆。 列车通过时轨枕上下起伏使泥浆受挤压抽吸而通过道床孔隙向上翻冒，造成道碴脏污、板结进而使道床降低或丧失弹性。 轨道几何尺寸变化．危及行车安全。 翻浆冒泥分为土质基床翻浆、风化石质基床翻浆和裂隙泉眼翻浆。 二 、 路基下沉 路基下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致，表现形式有路基下沉、道砟囊或道砟袋。 填方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象，为路堤沉陷。 由于路基土密实度不足或地基松软。 在水、荷重、自重及振动作用下发生局部 或较大面积的竖向变形。 一般经过列车运行一段时间后。 下沉会趋于缓解。 但有时冈荷重增加或水的作用使沉降速率加大。 局部下沉也会造成陷槽使线路不平顺。 下沉分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。 三 、 挤出变形 表现形式有路肩隆起、侧沟被挤，路肩外挤和边缘外膨。 主要是由于土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动，基床内的土经常处于软塑状态，在基床内的影响深度较大，在列车荷载的作用下，基床上发生剪切破坏，发乍外挤变形。 外挤是因为基床强度不足引起。 外挤分为路肩隆起、。 四 、 边坡坍方 坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。 剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。 剥落是指边坡表层土壤，岩石风化成零碎薄片，从坡面上脱落下来的现象，剥落碎屑的堆积。 会堵塞边沟，影响路基稳定。 碎落是岩石碎块的一种剥落现象．落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏，威胁行人及车辆的安全。 崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。 崩坍的土石方往往造成交通中断，也是危害最大的路基病害。 崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。 滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。 兰州交通大学毕业设计（论文 ） 17 五 、 边坡冲刷 边坡冲刷指较高大的土质路 堑、路堤边坡、岸坡（滨河、河滩、海滩和水库（塘）的路堤边坡）或严重风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。 边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。 六 、 陷穴 陷穴指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落．轨道悬宅，中断行车，甚事造成列车颠覆。 陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。 七 、 滑坡 滑坡指影响路基稳定的土（岩）体滑动。 分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。 八 、 水浸路基 水浸路基指实际浸水超过设计水位的路基．被水浸或淹没，引起一 定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。 第二节 路基病害原因 路基病害的原因是多种多样的，但是每一种病害都有着发病的原因和机理，总结起来主要有两个方面。 首先病害的产生是由于路基所处地段的地质状况造成的；其次病害的产生与铁路所在的地区气候有着很大的关系。 地质状况是路基病害产生的内因，气候变化以及列车的振动式导致病害的外因。 对一条具体的铁路线路来说，由于地质状况的客观性，即使它也在发生着不断的变化，但从宏观角度讲仍然是较为稳定的状态。 所以，在很大程度上决定铁路路基病 害的是气候条件和列车行驶时产生的振动荷载。 研究表明，路基在列车轮轴荷载的长期作用之下，铁路路基的渐进性损坏，主要表现在过大的塑性变形，长期的塑性变形将会导致铁路路基土的塑性流动，最终导致路基病害的发生。 相关的研究证明，以上这些病害的产生，很大程度上是因为铁路荷载条件下的抗剪强度的特性。 随着土质饱和度的加大，土的动强度将呈现明显降低的趋势。 位于轨道下面的路基土，由于受到了多次的反复挤压以及土的固结，而形成了较大的累积塑性形变。 特别是在雨季的时候，路基基床填土的含水量达到最饱和，动强度明显减小，致使道床的稳定性下降，影响了铁路的正常使用。 兰州交通大学毕业设计（论文 ） 18 一 、 路基下沉 （一） 路基基床土质不良。 产生路基基床病害的地段路基土多数为 低强度的土质，如 母岩风化后形成的粘土。 （二） 排水不畅。 由于地表、地下排水设施不足，道床污染严重， 特别近几年来工务部门为了增加路基宽度便于养护维 修，在路肩两侧作了浆砌或干砌条石路肩，增大了路基基床压应力，堵塞了路基面的排水通道，使路基基床产生浆冒泥与道渣陷槽而酿成基床土的承载能力不足则发生下沉和从基床两侧隆起。 （三） 基底软弱。 修建复线时，路堤基底和老路基边坡未作任何处理。 原地表土质松软，强度不足，路堤稳定性差，承载力低。 （ 五 ） 列车动荷载的影响。 路基基床是轨道结构的基础，不但承受着线路上部建筑的静载而且承受着列车循环作用的动载，翻浆冒泥等浅层病害和下沉挤出变形等较深层的病害，均与路基基床动应力有关。 当基面动载超过基床土体的承载能力时，随着列车荷载的作用，道床会不断地“切入”基床土体内，导致线路持续下沉。 二 、 挤出变形 具体表现为路肩隆起、侧沟被挤等 ,是由土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动引起的。 由于路基基床里面的土长期处于软塑状态，在行驶列车荷载的影响下，路基基床发生了剪切性的路基破坏，造成了路基的外挤变形。 导致外挤变形的原因是由于路基基床的 强度不够造成的，发生在基床内部的影响深度常常比较大。 三 、 翻浆冒泥 路基翻浆冒泥是土质 、 水 、 温度 、 路基面与行车荷载等多种因素综合作用的结果。 其中土质 、 水和温度是形成路基翻浆冒泥的几个基本条件 ， 而行车荷载是形成路基基床翻浆冒泥的外部因素。 （ 一 ） 路基填料 路基填料的性质决定了路基施工质量和难易程度。 路基填料性质好 、 级配合理 ， 路基施工容易 ， 路基填筑质量也容易控制和保证 ； 路基填料性质不良 ， 级配不合理 ， 在路基施工过程中 ， 需要通过各种改良措施来满足规范要求。 路基填料按其渗水性可分为渗水土和非渗水土。 大量实践经验表明 ， 容易发生翻浆冒泥地段 ， 土质基面的渗透系数范围为 510 ～ 710 cm/s； 石质基面的渗透系数范围 为 510 ～ 兰州交通大学毕业设计（论文 ） 19 710 cm/s； 其矿物成分主要以伊利石 、 蒙脱石或以其中之一为主。 因此 ， 在新建路基或者路基维修加固处理时 ， 采用换填路基材料 ， 需慎重使用。 （ 二 ） 水 水是路基病害产生的主要因素。 路基翻浆冒泥的实质 ， 就是水在路基中的 迁移 、 相变的过程。 路基中的水包括地表水和地下水。 地表水渗入路基土体中会降低土的抗剪强度 ， 引起路基产生各种病害 ； 地下水使粘性土和泥质岩石中的路基土体含水量增加 ， 抗剪强度降低 ， 在列车荷载和其他外力作用下 ， 会产生较为严重的基床翻浆冒泥等病害。 （ 三 ） 温度 温度是路基翻浆冒泥产生的原因之一。 温度对路基的影响主要体现在冻害方面。 没有一定的冻结深度或冰冻指数就难以形成冻胀和路基的翻浆冒泥 ， 在同样冻结深度或冰冻指数的条件下 ， 冻结速度和 0℃ 以下气温作用的特点对路基翻浆冒泥的形成有很大影响。 如初冬时 ， 气温冷暖交替变化 ， 温度在 0℃ 到 （ 3～ 5） ℃ 之间长时间波动 ， 就会使大量水分聚流到距路面很近的地方 ,形成严重的路基翻浆冒泥。 如果冬季一开始就很冷 ， 冻结线下降很快 ， 水分来不及向上迁移 ， 土基上部聚冰少 路基翻浆冒泥就较轻或不出现。 此外 ， 春融期间的气温变化及化冻速度对路基翻浆冒泥也有影响。 如春季开始化冻时 ， 天气骤暖 ， 土基急剧融化 ， 则会加重路基翻浆冒泥。 温度的变化主要是引起路基中水的迁移和相变 ， 从而引起路基可能产生翻浆冒泥。 相对于水 ， 温度是一个间接因素。 因此 ， 在优选路基填料和确保路基施工质量的条件下 ， 只要做好路基的排水设施 ，基本。