铁道工程技术专业毕业设计.docx
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铁道工程技术专业毕业设计
题学专学姓
铁道工程技术专业毕业设计
目:
高速铁路黄土路基沉降分析及控制
校:
业:
号:
名:
指导教师:
日期:
毕业论文任务书
题目
高速铁路黄土路基沉降分析及控制
学生姓名
学号
班级
专业
铁道工程
承担指导任务单位
导师姓名
导师
职称
一、主要内容
(1)黄土的介绍;
(2)路基产生沉降的机理分析;
(3)沉降对高速铁路的危害;
(4)高速铁路对路基施工后沉降的要求以及依据;
(5)黄土路基沉降的基本规律及影响因素分析;
(6)控制路基沉降的施工方法与技术措施;
二、基本要求
(1)制定设计进度计划,严格执行,按期独立完成设计任务。
(2)设计方法步骤可参考设计指导书,对于设计疑难问题,首先应独立思考与查阅有关资料,确实不能解决时,可向指导教师提出答疑。
(3)了解高速铁路严格控制路基沉降的原因和目的。
(4)熟悉高速铁路设计与施工的相关规范,明确各种地基上高速铁路施工的步骤与关键技术及控制指标。
(5)明确高速铁路路基产生沉降的原因,熟悉各种地沉降控制的施工工艺和技术措施熟练运用所学知识、参考资料分析实际工程问题。
(6)熟悉客运专线路基设计的特殊要求,了解黄土路基工后沉降的控制方法。
(7)能够结合施工方案进行路基稳定性计算和沉降计算。
三、主要技术指标
铁路客运专线。
设计速度350km/h,轨道类型为重型。
四、应收集的资料及参考文献
[1]陈仲颐,周景星,王洪瑾•土力学[M]•北京:
清华大学出版社,2005.
[2]龚晓南•复合地基设计和施工指南[M]•北京:
人民交通出版社,2003.
[3]池淑兰,孔书祥.路基工程[M].北京:
中国铁道出版社,2002.
[4]中华人民共和国铁道部.铁路路基设计规范TB10001—2005[S].2005.
[5]范云.地基加固技术[M].石家庄:
石家庄铁道学院,1999.
五、进度计划
第1-4周开题报告。
路基沉降机理及其危害分析,熟悉各种控制沉降的施工方法与技术
措施;
第5-8周控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较,沉降监测方案设计。
撰写设计说
明。
第9周整理、装订
教研室主任签字
时间
年月日
毕业论文开题报告
题目
高速铁路黄土路基沉降分析及控制
学生姓名
学号
班级
专业
课题研究背景及国内外研究现状
我国人口众多,随着中国经济的迅猛发展,城市化进程加快,我国铁路呈现客流量大、集中、行程长的特点。
为实现我国铁路事业跨越式的发展铁路,客运专线已开始在我国大力
修建。
目前,京沪、武广、石太、郑西、京石等铁路客运专线已相继开工。
客运专线列车运行速度快,技术标准高,对路基的要求严格,控制路基变形已成为高速铁路路基的最大特点。
自20世纪60年代第一条高速铁路在日本建成以来。
世界范围内出现了竞相修建高速铁路的
热潮,国外铁路发展的方向是重载及高速铁路,高速铁路的出现对传统铁路的设计,施工和
养护维修提出了新的挑战,在许多方面深化和改变了传统的设计方法和观念。
我国幅员辽阔,地质情况复杂多变,其中黄土在我国分布广泛,给铁路工程建设带来了
较大的影响和隐患,成为铁路工程的关键问题之一,现在铁路修筑经验表明,作为支撑路堤的地基不允许发生基底破坏,也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和和沉降速率。
我国铁路路基主要病害现象的路基下沉,有不少是因为基底变形所致,对支撑高速铁
路路基的地基来说。
除了强度要求外,还有变形条件要求。
日本东海道新干线建成后,由于软土地基沉降造成轨道状态不良,不能达到设计速度和运量的要求。
吸收了经验教训之后日
本对支撑高速铁路路基的地基提出了强度要求,对不符合强度要求的地基要采取加固和减少
工后沉降的措施。
其他许多国家也相应的提出了各种地基加固措施。
目前国内外对黄土地基
的处理主要有垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻水方案和深层散水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。
、研究方案
本毕业设计为高速铁路黄土地基沉降控制。
依据客运专线铁路路基设计规范,满足等级
标准要求的黄土路基上铁路客运专线路堤设计的主要内容包括以下几个方面:
1路基沉降的原因及路基对强度、填料的要求
路基沉降的原因包括路基填土、路堤填料的不当、地下水的影响等;客运专线无碴轨道
路基的填料要求;客运专线无碴轨道路基沉降的控制理念;客运专线无碴轨道路基沉降的控
制要求。
2.设计黄土路基处理措施及影响因素
黄土路基的处理措施有:
垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻水方案和深层散水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。
并分析了各种措施的处理效果;影响路基沉降的因素分为人为因素和自然因素;控制路基工后沉降的主要途径、步骤和措施。
3路基设计和沉降计算
地基设计包括桩网地基和非桩网复合地基。
桩网地基设计包括CFG桩桩网复合地基和
灰土挤密桩;非桩网地基设计包括板桩结构、DDC桩和水泥土挤密桩;介绍了桩网的加固
原理,沉降计算模式、各种机构设计以及沉降计算方法和公式。
4.沉降监测
从沉降监测的目的、监测内容及要求出发,进一步介绍介绍沉降监测的基本要求、技术
要求、监测设备的选择、观测元件的埋设说明、沉降观测的步骤和频率、观测资料的应用等。
5.总结与展望。
三、预期达到的目标
1.设计出的路堤能够满足《铁路客运专线路基设计规范》;
2.充分考虑黄土路基的工程特点,熟悉黄土路基工程处理措施;
3.掌握路基稳定性检算和沉降计算的原理和方法;
4.了解减少工后沉降应该采取的措施;
5.熟悉路基加固防护方案;
6.通过理论联系实际,进一步巩固和加强已学专业理论知识,加深理解,做到学以致用。
同时,培养自己分析实际问题、运算、绘图等基本技能。
锻炼自己阅读参考书籍及运用有关
手册、规范和技术标准等解决实际问题的能力。
四、进度计划
第1-4周开题报告。
路基沉降机理及其危害分析,熟悉各种控制沉降的施工方法与
技术措施;
第5-8周控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较,沉降监测方案设计。
第9周整理、装订
指导教师签字时间年月日
高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势,是21世纪交通运输的重大成果,是人类的共同财富。
随着经济的迅猛发展,交通运输需求激增,我国铁路客运专线建设已经进入一个高速发展的时期,由于高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格,控制路基变形沉降已经成为客运专线路基的最大特点。
路基变形最明显、
危害最大的问题是路基沉降。
路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有较大不确定性的工程难题。
路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降,工后沉降尤其发生几率大、危害严重。
本论文从黄土的性质和特性,路基沉降的原因、危害,控制路基沉降的措施、路基工后沉降的机理,控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点,路基沉降计算、监测等方面分析了路基沉降。
关键字:
黄土路基工后沉降控制方式沉降计算监测
Abstract
High-speedrailwayrepresentstherailwaymodernizationdevelopmenttrendinthe21stcentury,istheimportantachievementoftransportation,isthecommonwealthofmankind.Alongwiththerapiddevelopmentofeconomy,thetransportationdemand,ChinarailwayPDLsurgehasenteredarapiddevelopmentconstructionperiodDuetothehighspeedrailwayrunningspeed,thetechnicalstandardofroadbed,strictcontrolofsubgradesettlementofdeformationandhasbecomethebiggestcharacteristicofPDLroadbed.Themostobviousharm,roadbeddeformationofthebiggestproblemsistheembankmentsettlement.EmbankmentsettlementcontrolisonewhichinvoIvesmanyfactors,haslargeuncertaintiesofengineeringproblems.
Embankmentsettlementincludingsubgradeconstructionsettlementandpost-constructionsettlement,post-constructionsettlementrisk,particularlyseriousharm,Thispaperfromthenatureandcharacteristicsofloessembankmentsettlement,thereasonandharm,thecontrolmeasuresofembankmentsettlementandroadbedsettlementmechanism,Controlofsubgradesettlementafterthenecessity,stepsandmeasures,andthecharacteristicsofmeasures,embankmentsettlementcalculation,monitoringofembankmentsettlement.
KEYWORDS:
siennaembankmentsettlementcontrolmode
第1章绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2我国铁路路基现状1
1.3黄土1
1.3.1黄土的颗粒组成会及结构2
1.3.2黄土的多孔性2
1.3.3黄土的湿陷性与变形特性3
1.3.4黄土的结构性问题4
第2章路基沉降4
2.1路基沉降4
2.1.1路基沉降的原因4
2.2路基不均匀沉降的影响和危害6
2.2.1路基不均匀沉降对铺轨施工的影响6
2.2.2路基对称将对高铁运营的危害6
2.3客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准6
2.4客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求8
2.4.1沉降控制标准8
2.4.2客运专线无砟轨道路基的填料要求8
第3章路基沉降的控制及计算11
3.1影响路基沉降的因素6
3.1.1影响沉降稳定的自然因素11
3.1.2影响沉降稳定的人为因素11
3.2湿陷性黄土路基处理方法及效果评价8
3.2.1试验段工程地基处理方法8
3.2.2地基处理效果方法8
3.2.3湿陷性黄土路基的沉降控制措施8
3.3路基工后沉降14
3.3.1路基工后沉降组成分析14
3.3.2工后沉降控制的重要性与特点15
3.4控制工后沉降的主要途径15
341加强技术培训及明确控制标准16
3.4.2重视黄土地质核查16
3.5工后沉降的控制步骤16
3.5.1施工前的控制措施16
3.5.2施工过程中的控制措施17
3.5.3加强路基沉降分析与预测17
3.5.4做好路基沉降观测18
3.6地基设计18
3.6.1桩网地基设计19
3.6.1.1CFG桩桩网复合地基19
3.6.1.2灰土桩桩网结构24
3.6.2桩板结构26
3.6.2.1整体构造分析27
3.6.2.2结构几何尺寸优化27
3.6.2.3承台板设计28
3.6.2.4托梁设计28
3.6.2.5桩基设计29
3.6.3DDCB32
3.6.3.1适用性及沉降控制机理分析32
3.6.3.2沉降计算模式33
3.6.3.3复合地基下部土体的沉降33
3.6.4水泥土挤密桩35
3.6.4.1水泥土其它影响因素及有关性能研究35
3.6.4.2水泥土挤密桩的加固原理36
3.7地基沉降计算36
3.7.1地基沉降计算基本原理36
3.7.2CFG桩的沉降计算36
3.7.3桩板桩基承载力、沉降计算39
第4章路基沉降监测40
4.1路基沉降监测的目的40
4.2路基沉降的监测内容及要求40
4.2.1沉降观测基本要求41
422路基沉降监测的技术要求42
4.3合理选择观测设备。
43
4.4观测元件埋设说明43
4.5沉降观测操作要求44
4.6沉降观测时间、频率44
4.7沉降观测资料的应用45
第5章结论与展望47
5.1结论47
5.2展望47
参考文献48
致谢49
第1章绪论
1.1选题背景及意义
我国幅员辽阔,铁路经过的地区比较复杂,路基作为铁路的重要组成部分,是承受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础,路基本体必须有足够的强度和一定范围内的变形,所以作为承载高速铁路的基础一路基的设计得到越来越广泛的重视,把路基作为土工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体现,在一般情况下,路
基给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题,所以路基
沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要控制因素。
为了确保列车安全、平稳运行,路基必须具有强度高,刚度大、稳定性、耐久性好,不易变形等优良特性。
随着我国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁路的修建,如何解决路基沉降这个屡屡出现的问题就被提上日程。
1.2我国铁路路基现状
长期以来,我国新建铁路没有把路基当成土工结构来对待,而普遍冠名为土石方。
在“重桥隧,轻路基,重土石方数量,轻质量”的倾向下,路基翻浆冒泥、下沉、边坡坍滑、滑坡等病害经常发生,使新建铁路交付运营多年仍不能达到设计速度与质量,经济效益与社会效益较差。
运营铁路路基技术状态不佳,强度低,稳定性差,严重威胁铁路运输和安全,已成为铁路运输的主要薄弱环节。
如今,全国铁路网已相继完成四次提速,开发了一批最高运行速度为140〜160KM/h的“快速列车”。
运营时速为200KM勺秦沈客运专线的建成通车,使我国铁路路基设计施工水平有了较大幅度的提高,极大地促进了路基工
程的进步。
1.3黄土
通常将具有以下特性的土称为黄土;颜色以黄色、褐黄色为主,有时呈灰黄色;颗粒组成以粉粒(0.05〜0.005mm为主,含量一般在60%以上;有肉眼可见的大孔隙、较大孔隙,一般在1.0mi左右;富含碳酸盐;垂直节理发育。
公路工程中,根据黄土
沉积年代不同,可将黄土分为新黄土(如马兰黄土Q、Q)、老黄土(离石黄土Q2、&2)、红色黄土(午城黄土Q)三类;根据黄土的湿陷性又分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。
1.3.1黄土的颗粒组成会及结构
黄土的颗粒组成以粉粒为主,其含量可达50%以上,其中粗粉粒(0.05〜0.01mm)含量大于细粉粒(0.01〜0.005mm)含量。
黄土中的粘粒、细粉粒和腐殖质胶体,大部分被胶结成集粒或浮在砂粒及粗粉粒的表面,或聚集在大颗粒间的接触点处。
黄土中的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架,较大的砂粒“浸”在结构体中由于其排列
比较疏松,接触连接点少,构成了一定数量的架空孔在结构体中,而在接触连接处没有或只有少量的胶结物质。
常见的胶结物质有聚集在连接点处的粘粒,易溶盐及沉积在该处的CaCOMgC3等。
研究表明,黄土的粉粒含量越大,其孔隙比越大,干密度越小,其湿陷性越明显。
粘粒的存在对湿陷性有抑制作用,当粘粒含量大于30%时,
湿陷性几乎减弱到不复存在,当然这与粘粒的结构、性质及分布有关。
在颗粒大小中,小于0.01m的颗粒对湿陷性的影响更加明显。
1.3.2黄土的多孔性
黄土中的孔隙,呈垂直或倾斜的管状,以垂直为主,上、下贯通,其内壁附有白色的胶结物,一般为CaCO这种胶结对黄土起着加固作用。
一般将黄土的孔隙分为以下三类:
①大孔隙,直径约0.5〜1.0mm肉眼就可辩识;②细孔隙,是架空结构中大颗粒的粒间孔隙,肉眼看不见,可在放大镜下观察到:
③毛细孔隙,由大颗粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙,肉眼更看不见。
由这三种孔隙形成了黄土的高孔隙性,故又将黄土称为“大孔隙土”。
黄土孔隙率一般在35%〜60%之间,有沿着深度逐渐减小的趋势;在地理位置上,自东向西,自南向北,黄土孔隙率有增大的规律。
一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因,但有资料表明压实黄土仍存在大孔隙,也具有湿陷性,表明这不是黄土湿陷的根本原因,但它为黄土湿陷提供了足够的空间【11。
1.3.3黄土的湿陷性与变形特性
湿陷性是指土在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量的下沉。
浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土,而浸水湿陷
在土体自重与附加应力共同下产生的黄土称为非自重湿陷性黄土。
根据自重湿陷量与
总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。
非自重湿陷性场地的湿陷起始压力一般大于土的饱和自重压力,湿陷敏感性较弱,湿陷性事故较少,自重湿陷性场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力,湿陷敏感性较强,湿陷性事故多。
黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感,含水量的高低严重影
响土的湿陷性和承载力的高低,含水量低时,土的湿陷性强烈,但承载力却很高,随着含水量的增加,土的湿陷性逐渐减弱,承载力随之急剧下降,而压缩性却得以提高。
根据大量土样的试验资料统计结果表明,黄土的湿陷性与饱和度成直线反比关系,见表1-1,即饱和度愈低,土的湿陷性愈强,土的湿陷性随着饱和度的增大而降低。
表1-1饱和度Sr与湿陷系数6s的关系
饱和度Sr(%)
湿陷系数-s范围
湿陷系数s中值
v30
0.09-0.137
0.120
30〜40
0.04-0.118
0.086
40〜50
0.02-0.100
0.060
50〜60
V0.02〜0.084
0.04
60〜70
0〜0.060
0.03
>70
0〜0.03
's>0.015者只占3.4%
黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小,主要取决于土的密实程度和含水量,三者的关系见表1-2。
表1-2黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系
土类
含水量(%
孔隙率
(%
变形模量(Mpa)
10〜17
47〜
-48
22.5〜32.0
黄土
6〜8
46〜
-48
22.0〜28.0
8〜14
47〜
-49
19.0〜22.0
12〜18
43〜
-45
10.0〜40.0
黄土状粉质
22〜25
45〜
-48
8.0〜1.5
粘土
25〜30
40〜
-45
7.0〜1.3
1.3.4黄土的结构性问题
结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度重要的一个侧面。
它的重要性早为太沙基所指出,也早为一系列学者所重视。
如果说结构性对任何土都是重要的,那么,对黄土就更是不可避免的,具有更大的意义。
研究黄土的结构性及其在力和水作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射作用。
目前,将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法,因
其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难,使结构性关系的建立出现了新的跳跃。
但它仍然遇到了建立不同湿密状念土在受到外力作用过程中损伤变量正确表述的困难.显然,如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化的土结构性参数,无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活,会使土力学的参数体系更加完善.文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵敏性、稳定性
与普遍性的检验的相关研究表明:
(1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系.它的单元形态(单粒的矿物碎屑与集粒或凝块)确定了力的传递性能和土的变形性质,它的连接方式(点接触、面接触)确定了土的结构强度,它的排列方式(大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙)确定了土的稳定性.单粒点接触、架空孔隙占优势的结构,湿陷性大;集粒或凝块,面接触、粒间孔隙占优势的结构,湿陷性小.
(2)黄土结构性的研究,应既注意揭示土颗粒排列的几何特征(以孔隙分布特征最为敏感),又注意揭示土颗粒联结(物理的和化学的,而以化学的为最敏感)的力学特征,同时将结构与组成相结合,探讨黄土的非均质性,各向异性.
(3)从黄土力学的观点来看,结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行为的影响及内在联系,因此,将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确的研究途径.
(4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳性的能力,它和颗粒联结的特性与稳定性有关;在结构联结遭到破坏以后表现为结构可变性的能力,它和颗粒的排列特性与均匀性有关.
第2章路基沉降的原因及影响
2.1路基沉降
路基裸露在自然界中,整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作用。
由于水、温度和各种荷载的作用,路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变形,那
些不能恢复的变形,将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变,甚至造成土体位移和路基横断面几何形状的改变,危及路基及其各组成部分的完整和稳定,形成路基的危害
2.1.1路基沉降的原因
2.1.1.1路基填土压实度不足
由于压实度不足,往往导致填方路基的不均匀沉降变形,路基两侧出现纵向裂缝,路基土体压实度不足的主要原因有以下几点:
(1)施工受实际条件的限制。
路基施工时,天气太干燥,局部路堤填料粘土土块粉碎不足致使路基压实度不均匀;暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压,致使路基边缘压实度不够;某些加减速车道与行车道没有同步施工,当拼接处理得不好时,其拼接处也会产生压实度不足的情况。
(2)考虑到施工安全和进度,使得压力或压力作用时间不足,路基压实不充分,致使路基压实度达不到规范要求。
(3)由于填方土体的最佳含水量控制不好,压实效果达不到规范要求。
(4)在填方路堤施工中,当路堤施工到一定咼度以后,路堤边缘土体往往存在压实度不足问题,对于较高的填方路基,通常都要做相应的处治。
填方土体压实度不足,其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和,在自重作用下就会发生沉降变形,这些附加应力主要来自以下几个方面:
①车
载,尤其超载情况;②含水量变化造成土体容重的
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