高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究..pptx
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高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究..pptx
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,汇报提纲,一、研究背景,二、主要研究内容三、研究方法与技术路线四、主要研究成果及创新五、推广应用与社会经济效益六、科技查新情况七、有待进一步研究的问题与建议,一、研究背景,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,1.高速铁路路基沉降控制标准截止至2014年底,我国高速铁路运营里程已突破1.6万公里,居世界第一;时速350公里的高速铁路需要高度平顺和稳定的轨下基础,路基作为一种土工构筑物,其沉降变形控制关系到高铁列车能否安全、平稳与高速运营;无砟轨道路基工后沉降控制标准高(桥路过渡段不大于5mm),岩土材料具有低强度、多孔隙等特性,其变形具有大变形、非线性及非弹性特点,这两者(沉降标准的严格性与变形特性的复杂性)之间的矛盾是高速铁路路基建设需解决的关键性问题。
一、研究背景,2.高速铁路路基沉降组成路基构筑物的变形主要由路基本体变形和地基变形两部分组成。
实测资料表明:
经分层压实后的路基本体变形量较小(一般约为填高的1/1000),且填筑完成后沉降很快趋于稳定。
因此,地基沉降控制是路基沉降控制技术的研究重点。
路基构筑物变形组成示意图,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,一、研究背景,3.我国高铁建设地理背景与地质条件我国幅员辽阔,地形地貌、岩土性质差异较大;软土、松软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊岩土广泛分布;气候多样在如此地质复杂、气候多样地区跨区域修建高速铁路,沉降控制难度相当大。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,一、研究背景,日本:
高速铁路的先行者,在复杂地质条件及松软地基条件下多以桥梁通过,高铁路基很少特别是无砟轨道路基更少。
德国:
无砟轨道高铁的代表,其地质条件相对简单,高铁地域跨度小,建设周期长。
4.地基沉降控制研究现状国外研究现状国外高铁以日本、法国和德国为代表,法国:
有砟轨道高铁的代表,建设周期较长,对松软地基多采用排水固结法处理,时速300公里高铁路基工后沉降控制标准为不大于50毫米。
由于地质条件、建设周期、轨道类型、沉降控制标准均不相同,国外高铁可供我们借鉴的经验有限。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,一、研究背景,4.地基沉降控制研究现状国内研究现状,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,在广泛分布的第四系地层上修建高铁,按现行设计理论几乎所有土质地基均需处理,有些硬塑土层加固桩长达30米以上,每公里地基处理费用达到了2000万元以上。
根据已开通高铁沉降观测数据,实测沉降值与理论计算沉降存在着较大差异,地基处理的合理性、经济性存在着优化空间。
一、研究背景,研究的重要性与意义由于沉降控制标准的提高,铁路路基加固设计从过去的“稳定控制”转变成了现在的“变形控制”,工后沉降控制仍然是高铁路基质量控制的关键。
汇报提纲,一、研究背景二、主要研究内容三、研究方法与技术路线四、主要研究成果及创新五、推广应用与社会经济效益六、科技查新情况七、有待进一步研究的问题与建议,二、主要研究内容,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,1.主要研究对象根据我国高铁建设规模、分布范围、特殊岩土的分布情况,本研究按照地基土的变形特性对软土、松软土、中等压缩土地基以及湿陷性黄土、膨胀土、戈壁土等特殊岩土地基进行系统研究。
高压缩性土沉降完成时间长,属传统意义上软土、松软土范畴,目前高铁地基一般采用刚性桩穿透处理,本次在以往研究的基础上进行了深化、系统化研究;中低压缩性土一般具有较高的结构强度和较低的压缩性,可以作为高速铁路路基持力层,但其变形特性,特别是变形随时间的发展规律尚不明确,是本课题研究的重点。
黄土、膨胀土、戈壁土地基除自身的压缩特性外,含水量变化能引起地基湿陷、胀缩及溶陷变形,是沉降控制的难点,对其特殊变形特性进行了专门的研究。
二、主要研究内容,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,主要研究内容综合勘察方法及土工参数选取地基变形特性沉降计算理论基底附加应力;压缩层厚度;地基总沉降计算方法与修正系数工后沉降估算方法与施工期完成比例。
地基加固措施优化、沉降控制技术沉降预测方法,二、主要研究内容,3.关键技术及难点,岩土种类的多样性,岩土变形性质的复杂性,沉降控制标准严格,计算理论的局限性,难点,关键技术各类地基土沉降变形计算参数的精确获取与选择;地基土沉降变形随时间的发展规律;路基基底附加应力分布及地基中附加应力的传递规律;各类地基土压缩层厚度的确定方法与判定标准;路基总沉降修正系数取值及施工期沉降完成比例。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,二、主要研究内容,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,4.研究课题组成本课题对以下八个方面进行了专题研究:
一:
华东、华南地区中低压缩性土地基沉降控制技术研究二:
海东、胶济铁路中低压缩性土地基沉降控制技术研究三:
东北地区中低压缩性土地基沉降控制技术研究四:
松软土地基沉降控制技术研究五:
软土地基沉降控制技术研究六:
黄土地基沉降控制技术研究七:
膨胀土地基沉降控制技术研究八:
戈壁区低压缩性土地基沉降控制技术研究,汇报提纲,一、研究背景二、主要研究内容三、研究方法与技术路线四、主要研究成果及创新五、推广应用与社会经济效益六、科技查新情况七、有待进一步研究的问题与建议,三、研究方法与技术路线,通过综合勘察、室内试验、现场填筑试验、理论研究、数值模拟等,对不同类型地基沉降变形特性、沉降计算方法、地基加固措施及沉降控制效果等进行全面系统的研究。
在全国范围内选择了19条高速铁路,选取34处典型地基土试验工点,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,三、研究方法与技术路线,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,课题由中国铁路总公司鉴定中心主持,中铁咨询院,铁一、二、三、四院参加,合作单位还包括西南交通大学、长安大学、中南大学、华中科技大学等高校。
课题试验经费1040万元,自2010年起,历时4年,于2014年通过铁路总公司科技部结题验收。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,三、研究方法与技术路线,汇报提纲,一、研究背景二、主要研究内容三、研究方法与技术路线四、主要研究成果及创新五、推广应用与社会经济效益六、科技查新情况七、有待进一步研究的问题与建议,高速铁路,基工程地基,降控制技术研究,1.提出了各类地基土勘察方法选取原则,勘察方法的选取原则高精度获取岩土变形参数是沉降计算的关键。
通过综合勘察试验,研究各类地基的变形特性,提出适宜的勘察方法和参数选取原则。
勘察方法及变形参数选取,压缩系数较小,a0.1-0.2在0.170.24MPa-1之间,处于较低水平。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,从不同区域不同成因的中低压缩土工程性质来看,其普遍具有低含水率、小孔隙比、高强度、超固结性等特征。
岩土参数及工程特性中低压缩性土,2.获得了各类地基土工程特性及变形参数,岩土参数及工程特性中高压缩性土通过对我国华北地区地形地貌、松软土成因、工程特性等综合分析,提出了华北地区松软土5个工程分区。
2.获得了各类地基土工程特性及变形参数,华北地区松软土工程分区,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,3.首次建立了基于变形特性的高速铁路地基土分类体系,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,铁路工程岩土分类标准将黏性地基土按照压缩系数a0.1-0.2划分为低、中、高压缩性三类。
当a0.1-0.20.1MPa-1时,为低压缩性土当0.1MPa-1a0.1-0.20.5MPa-1时,为中等压缩性土当a0.1-0.20.5MPa-1时,为高压缩性土该分类已不适应高速铁路设计精度需求,本课题研究通过大量综合勘察及对土工试验资料统计分析,结合现场试验段长期沉降监测,基于路基沉降变形控制目的,首次提出将地基土按照压缩系数a0.1-0.2划分为低、中低、中高、高压缩性四类。
当a0.1-0.20.1MPa-1时,为低压缩性土当0.1MPa-1a0.1-0.20.3MPa-1时,为中低压缩性土当0.3MPa-1a0.1-0.20.5MPa-1时,为中高压缩性土当a0.1-0.20.5MPa-1时,为高压缩性土,4.获取了各类地基土地基变形特性,4.1低压缩性土地基变形特性低压缩性土(a0.1-0.20.1MPa-1)一般可不考虑沉降时间效应,能够直接作为高速铁路路基基础。
粗粒土,兰新柴窝堡试验工点不同处理措施地基沉降曲线兰新试验段监测资料表明,采用冲击碾压、重锤夯实等处理后总沉降都很小,最大沉降量均不到5mm。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,宁安安庆试验工点DK249+860断面P-T-S曲线水平位移宁安城际安庆试验工点采用天然地基,填土高度为49.3m,未进行深层处理。
总沉降小,完成时间快,预测工后沉降小于10mm。
4.获取了各类地基土地基变形特性,4.1低压缩性土地基变形特性细粒土,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,不同成因的中低压缩黏性土都具有一定的超固结特性、较小的压缩指数。
室内高压试验卸载后回弹性变形较小,现场平板载荷试验能观察到明显的回弹现象,荷载小于200kPa时以弹性变形为主。
4.2中低压缩性土地基变形特性中低压缩性土(0.1MPa-1a0.1-0.20.3MPa-1)沉降时间效应不明显,经过一段时间预压后可以直接作为高速铁路路基基础,上覆松软土层时可以作为地基加固桩基持力层。
4.获取了各类地基土地基变形特性,赣州试验工点高压及回弹(e-lgP)曲线,凤阳试验工点平板载荷回弹试验P-S曲线,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,中低压缩性土地基变形特性变形稳定时间短,不同深度、不同压力水平下试样长期压缩曲线无明显差异,大部分变形在较短时间内完成。
4.获取了各类地基土地基变形特性,宁安繁昌试验工点土样(300kPa)长期压缩试验曲线,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,4.2中低压缩性土地基变形特性天然地基沉降,4.获取了各类地基土地基变形特性,海南东环DK67+620断面P-T-S曲线京沪宿州站DK757+570断面P-T-S曲线路堤填筑期可完成总沉降的80%以上,经过短期放置(13个月左右)可完成总沉降的90%左右。
总沉降量均小于150mm。
高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,4.5黄土地基变形特性郑西、西宝、大西等高铁黄土地基湿陷等级一般为IV级,自重湿陷性黄土层一般埋藏较深,低阶地黄土多属非自重湿陷性,高阶地和黄土塬多属自重湿陷性黄土,已发现的湿陷性黄土厚度最厚超过40m。
黄土的湿陷性变形极大的超出了高速铁路所容许的范围,且湿陷的发生具有突然性,是高速铁路路基沉降控制必须解决的问题。
4.获取了各类地基土地基变形特性,试验段上部为22m厚砂质黄土,自重湿陷性。
路基填高5m。
采取水泥土挤密桩处理,桩长15m。
实测沉降量80mm,路基填筑完成后6个月即趋于稳定。
试验段上部为22m厚砂质黄土,IV级自重湿陷性,其下为细砂,路基填高5m。
采取柱锤冲扩桩处理,桩长22米。
实测路基沉降量约11mm,总沉降量较小,且路基填筑完成后很快趋于稳定。
时间(天),时间(天),时间(天),时间(天),挤密桩,柱锤冲扩桩郑西浸水试验段挤密桩、柱锤冲扩桩对比试验沉降P-T-S曲线,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,4.获取了各类地基土地基变形特性,4.5黄土地基变形特性,浸水期间,4.5黄土地基变形特性现场浸水试验表明:
在长期浸水工况下处理后地基仍有少量湿陷性变形发生,建议湿陷性黄土消除湿陷性后仍需做好防排水控制措施,防止长期浸水情况的发生。
4.获取了各类地基土地基变形特性,郑西高铁现场浸水试验沉降观测曲线,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,应力水平增加,土体变形随荷载作用时间发展,快速收敛,t,快速发散缓慢发散,缓慢收敛,5.创建了高速铁路地基变形时间效应的理论分析方法,高速铁路路基工程地基沉
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