【正文】 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）鐵路裂隙土基床病害整治探討畢業(yè)論文目 錄第1章 緒 論 1 概 述 1 裂隙土基床病害國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 國內(nèi)外基床病害整治措施 3第2章 裂隙土特性及病害產(chǎn)生機理 7 裂隙土特性及基床土狀態(tài) 7 基床應力狀態(tài) 8 道床結(jié)構(gòu)及對基床施加的荷載 8 基床應力狀態(tài)計算 13 翻漿冒泥的分類及病害產(chǎn)生機理 14 翻漿冒泥概念 14 翻漿冒泥分類 15 翻漿冒泥的原因分析 16 基床翻漿冒泥的產(chǎn)生過程 24第3章 鐵路基床高分子加固材料研究 27 原原萬源工務段基床土質(zhì)酸性水玻璃改良加固研究 27 前言 27 病害產(chǎn)生的自然地質(zhì)條件 27 土體的工程地質(zhì)性質(zhì) 28 酸性水玻璃的特性 30 土質(zhì)改良試驗研究 33 關于加固體韌性研究 40 結(jié)論 41 原萬源工務段基床土質(zhì)丙烯酸鈣改良研究 42 丙烯酸鹽及其凝膠性質(zhì) 42 丙烯酸鈣加固土試驗 48 高分子復合材料改良土質(zhì)研究 51 結(jié)論 52第4章 翻漿冒泥整治措施研究 54 既有幾種整治方法的評價 54 三合土封面 54 砂墊層 54 鋪設土工纖維布 54 鋪設塑料排水板 55 整治翻漿新方法研究 57 高分子化學漿液灌注加固路基 57 丙烯酸和脲醛樹脂共混聚合物鋪路劑研究 74結(jié) 論 84主要參考文獻 85蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 第 85 頁第1章 緒 論 概 述 裂隙土在世界上存在于八十多個國家，如美國、英國、南非等。在我國分布也十分廣泛，遍及云貴高原到華北平原之間各江河流域的平原、盆地、河谷階地。 據(jù)全美土木工程師協(xié)會一九七三年的估計：美國每年裂土對土木工程造成的損失達23億美元，遠大于地震、洪水、颶風造成損失的總和。裂隙土地區(qū)的鐵路路基基床病害主要有基床下沉、翻漿冒泥和路肩擠出等病害，特別是翻漿冒泥，它是造成線路設備失控的一大病害，它直接消弱地基承載力，影響軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，威脅列車的安全運行，是造成列車慢行和重大事故的原因之一。而由于路基翻漿和基床沉陷，造成軌道構(gòu)件嚴重損傷，軌面急劇變形，使養(yǎng)護工作量大大增加，給工區(qū)線路維修造成很大壓力。 如照片1－1。 照片1－1 鋼軌接頭處的翻漿冒泥和鋼軌下的泥漿源裂隙土給土木工程造成的危害及線路翻漿冒泥是超固結(jié)性裂隙土的強度衰減及粘土的特殊成分造成的，由于以往對這種特殊土認識不足，導致基床翻漿“久治不愈”、反復“發(fā)作”。裂隙土基床病害整治的關鍵問題是正確的選擇整治措施。本文主要介紹裂隙粘土特性，基床病害類型及產(chǎn)生原因，裂隙土基床翻漿冒泥的工程措施的合理選擇及高分子鋪底和灌漿法材料的研制成果，這將為以后基床翻漿冒泥處理提供一種新的方法。從而逐步解決裂隙土基床翻漿冒泥這個老大難問題。 裂隙土基床病害國內(nèi)外研究現(xiàn)狀粘土是一種在地質(zhì)歷史的長河中相當年前的沉積物，所經(jīng)歷的地質(zhì)作用相對較少，除表層風化裂隙而外，在一定深度以下并不是所有的粘土層中都有裂隙發(fā)育；然而，在自然界中也確有許多粘土體具有不同程度的裂隙性。根據(jù)國內(nèi)外大量文獻資料的記載，廣泛分布于亞、歐、美、非、各大洲的裂隙性粘土均屬于更新世及其以前沉積的超固結(jié)粘土。盡管在土力學和工程地質(zhì)學領域?qū)φ惩恋难芯恐?，除表層不連續(xù)面以外，迄今仍基本上將其作為連續(xù)體看待，但是從粘土地基變形破壞和邊坡失穩(wěn)大量事故的分析以及對粘土力學特性的實驗研究中，早在20世紀30年代就已發(fā)現(xiàn)裂隙所起的重要作用。遺憾的是當時并未引起研究者們對此問題的足夠重視，直至六十年代才在有關文獻中見到對這方面的論述。主要研究者如P?G?Fookes，A?W?Skempton，Lo?K，，，Mc GoWN，等等。在此領域中，他們主要論述粘土體中裂隙的形態(tài)、分布和成因以及裂隙性粘土的變形、強度、邊坡穩(wěn)定性和試驗方法等方面。結(jié)合上述研究成果，其基本特點如下：（1）多從土力學角度著眼，將此類粘土作為一種“材料”，而將其作為地質(zhì)歷史形成物的研究較少；（2）對裂隙性粘土變形和強度籠統(tǒng)的研究較多，而在裂隙對土體變形和強度的控制性方面具體分析研究的很少；（3）關于裂隙的成因，根據(jù)其宏觀特征進行一般性推論的較多，但缺乏較確切的論據(jù)。裂隙性粘土在我國雖然分布較廣，但研究情況和程度大體上也與國外相當，尤其在從裂隙性研究粘土體或者專門研究粘土體中裂隙的文獻則更少見。從上述可以看出，對于裂隙性粘土的研究，無論是其地質(zhì)特征及其與土體力學性能的關系，或者是在裂隙的力學特性及其對土體總體力學性能的作用方面，特別是結(jié)合鐵路基床方面的研究還相對較少。 國內(nèi)外基床病害整治措施 鐵路路基病害的主要表現(xiàn)就是基床強度不足而產(chǎn)生的下沉、擠出變形和翻漿冒泥。產(chǎn)生這些病害的原因主要是土質(zhì)不良，壓實密度不足和排水不暢等原因造成。針對基床病害的原因，自六十年代以來，國內(nèi)外都曾摸索過多種治理方法。目前常用的軟弱地基加固方法主要有：樁基加固、排水固結(jié)、人工換填、土工材料處理和化學加固等各類方法。這些方法在新建線路的基床強化處理中，依據(jù)基床土質(zhì)物理、化學性質(zhì)的不同以及可能產(chǎn)生病害的原因不同而選用，一般都可取得較好的效果。但在既有線基床病害的治理中，有些方法成本太高，有些方法其工藝很難適應于在運輸繁忙的線路上實施，還有一些則治理效果又不太理想。 照片1－2 架空線路施工現(xiàn)場例如像換填土，已被公認為是一種較徹底的對路基病害的整治方法，但病害路段附近往往不一定有可供換填的好土。還有這種方法要進行鋼軌架空施工，對線路的正常運營影響較大，所以具有較大的使用局限性。 近年來，許多歐洲國家開始使用大型路基處理工程編組列車，他們能夠?qū)Q碴、換土、壓實、鋪設土工材料等許多工作一次完成。但投資大、技術(shù)要求高，也有較大的使用局限性。還有像前幾年，在治理翻漿冒泥的過程中，最常用的鋪設氯丁橡膠板、塑料排水板、土工布等方法，在基床強度較好的情況下，在一定時期內(nèi)會收到良好效果，但由于風化作用和地下水位的上升，使基床強度產(chǎn)生衰減，很快就會失敗。據(jù)了解，有些路局曾鋪設的氯丁橡膠板，近百分之八十的站段很快就失效了。見照照4。照1－3 氯丁橡膠板鋪設后道床泥化狀況照1－4 鋪土工布前后的路肩擠出因此要想減少基床病害的發(fā)生，取得較為滿意的整治和強化效果，就必須從本質(zhì)上改變基床土體的性質(zhì)，增加基床強度和抗水性能。要達到這一目的，最有效的方法就是采用化學加固的方法來對基床土體進行改良加固。國內(nèi)有些研究機構(gòu)也曾嘗試過用石灰樁、水泥土樁來改變基床土的性質(zhì)，也取得了一些成果，但由于在既有線施工中可操作性稍差，難以廣泛應用。20世紀80年代，美國和日本研究了采用機床加固作業(yè)車，對基床灌注化學漿材和改性水泥漿材來加固鐵路基床，取得較好效果，其作業(yè)車工作原理加圖1－圖1－2。 圖1－1 美國基床加固機具及施工原理圖圖1－2 日本基床灌漿機具及加固施工原理圖第2章 裂隙土特性及病害產(chǎn)生機理 裂隙土特性及基床土狀態(tài)西安鐵路局陽安、襄渝鐵路處于陜南、川東北的秦嶺巴山之間，有200多KM線路沿著漢江、月河等河流的兩岸階地或河谷盆地邊緣的丘陵、垅、崗地帶通過。所經(jīng)地區(qū)廣布裂隙土。該段裂隙土屬于古老河床沖積物，主要由伊利石、蒙脫石及其他親水礦物組成，含粉粒（—）45—55%；粘粒（＜＝30—45%；105—106cm/s之間。這種土質(zhì)失水收縮固結(jié)，吸水膨脹軟弱，當?shù)厝罕娦稳轂椤扒缣煊舶畎?，雨天成泥漿”、“晴天一把刀，雨天一團糟”、“晴天似塊鋼，下雨一鍋湯”。陜南各地裂隙土物性指標、顆粒成分及滲透系數(shù)見表2表22。表21 陜南裂隙粘土物性指標 物性 指標 地點天然含水量w(%)天然容重g(KN/m3)天然孔隙比e液限Wl(%)塑限Wp(%)塑性指數(shù)Ip液性指數(shù)Il飽和度Sr勉西漢中K158 西鄉(xiāng)漢陰安康表22 陜南裂隙粘土顆粒組成、滲透系數(shù)地點粒徑(mm)及含量（％）滲透系數(shù)(cm/s)勉西15331240K15819291537漢陰1331/安康10301644從表中測試數(shù)據(jù)看出，裂隙粘土多數(shù)為粘土少數(shù)為砂粘土滲透系數(shù)小，天然含水量都在塑限附近，土質(zhì)軟弱，在這種土質(zhì)性質(zhì)影響下，回填土基床極易產(chǎn)生道碴囊和道碴陷槽，并產(chǎn)生翻漿冒泥使道床泥化 見圖2－1。圖2－1 回填土基床道碴囊泥化道碴在裂隙土基床中，因裂隙土具有超固結(jié)性，下層強度較高，而表層土因風化作用影響，土質(zhì)軟弱也極易產(chǎn)生翻漿冒泥，使道床泥化，但道碴囊厚度比較均勻，深度比回填土小，見圖2－2。圖2－2 膨脹土基床道碴囊及泥化道碴從陽安線和襄渝線現(xiàn)場可看到，凡是膨脹土路基地段，翻漿冒泥比比皆是，路肩擠出到處可見，對這種路基地段必須采用有力措施，才能保證列車正常運營。 基床應力狀態(tài) 道床結(jié)構(gòu)及對基床施加的荷載 道床結(jié)構(gòu)施加的靜荷載進行鐵路基床病害整治，要清楚了解道床結(jié)構(gòu)的基本形式，正線鐵路道床的結(jié)構(gòu)如圖23。圖2－3 鐵路道床結(jié)構(gòu)圖 當鐵路等級為I級次重型時，設計軸重220KN，鋼軌重量50kg/米，當鋪設混凝土軌枕時，每公里為1840根，，道碴坡度1：。根據(jù)以上指標，其中活荷載42KPa。 列車運行對基床產(chǎn)生的動荷載 鐵路火車運行，對基床面產(chǎn)生動應力作用，動應力大小與行車速度有關，按下式計算： = P （1+） 當用韶8機車時，軸重P=220KN，行車速度按70KM/h計算時。當行車速度為200KM/h時，動應力92Kpa。在以這兩種速度行車時。 在火車荷載作用下路基中應力分布規(guī)律 在火車運行荷載作用下的基床中動應力分布規(guī)律，參閱國內(nèi)及前蘇聯(lián)資料，在（Г?Г?КοНшин）“在火車荷載作用下路基應力狀態(tài)的變化規(guī)律”的文章中，介紹了在軸重為210KN，速度為120KM/h，路基中應力分布曲線如圖24。圖2－4 在火車荷載作用下基床里應力分布規(guī)律文章中介紹在火車荷載作用下，路基橫斷面上不同深度水平線上應力狀態(tài)分布的規(guī)律及動應力在深度上存在范圍。在同一深度，任何點的應力，可通過該斷面鋼軌下應力乘以不均勻享數(shù)來計算，則＝這里為應力分布不均勻系數(shù)，它表示出在路基橫斷面上應力分布不均勻的特點，在鋼軌下斷面上的=1。在基床部位，枕木端部和道中心的不均勻分布系數(shù)分別用和表示。 根據(jù)試驗研究結(jié)果，對于木枕直線段，路基面上枕木端部 ＝~，對于混凝土軌枕＝~。而在道心，不管是木枕還是混凝土軌枕，道床中心路基面上=~。在上述基礎上，研究出木枕和鋼筋混凝土枕下路基面上，不均勻分布系數(shù)平均值=，=。不均勻分布系數(shù)，經(jīng)研究它不依賴于車輛類型，荷載軸重以及運行速度而變化，它在不同部位，隨深度的變化規(guī)律見表23。表23 荷載分布不均勻系數(shù)表距枕木底面的深度（m）斷面上（距軌道中心線X數(shù)值）沿軌道中線（x=0）鋼軌下的斷面上（x=）枕木端部下面（x=135）在枕木范圍外（x=）~(=)~(=)~(=)~(=)~(=)~(=)~(=)~(=)~(=)從表中不均勻系數(shù)看出，在同一個路基斷面上，同一水平線上的鋼軌下系數(shù)為1，是最大值。第二位軌枕端部，最小者在道心。不均勻系數(shù)隨著深度的增加，相互的差別在減小，系數(shù)最大差值為20%。由該資料得到,在基床中同一橫斷面,鋼軌下、枕木端和道心的各個部位,應力隨著深度的增加按接近指數(shù)形式曲線衰減,應力按下式計算 式中 是路基面下離枕木底hi處的應力；是路基面離枕木底h0處的應力； lj是應力隨深度衰減系數(shù)。 應力隨深度衰減系數(shù)lj跟行車速度有關,可用下式表示 lj =a+bV 式中a,b是根據(jù)試驗資料用回歸法統(tǒng)計出來的系數(shù)，～。表24 路基應力隨深度衰減系數(shù)的參數(shù)部位系數(shù)鋼軌下軌枕端部道中心AB106106105 火車運行動荷載對基床的作用頻率在路基橫斷面上不僅有隨深度變化的應力大小影響著路基應力狀態(tài)，各種車輛的作用頻率也影響著路基應力狀態(tài)，用圖24中四個輪對的車輛為例來說明車輛對路基作用過程。車輛作用于道床上時，先是整體呈彈性壓縮，然后車輛下的道路，在不同部位局部或全面恢復到荷載作用前的應力狀態(tài)，使應力狀態(tài)產(chǎn)生周期性地變化。在路基中荷載作用的反復性和周期性，不僅依賴于轉(zhuǎn)向架軸間距離l0和不同轉(zhuǎn)向架相鄰軸間距離L0，還依賴于行車速度。圖2－4 車輛對基床的作用頻率下面表25列出了在不同的軸間距情況下列車施加給軌枕上的最大荷載Qmax以及恢復值Q0與施加的最大荷載Qmax比值（Q0/Qmax），還列出了路基面恢復應力與施加最大應力比值h σ0/σmax。同時也列出了在不同的軸間距下，路基頂面最大應力的重復頻率f0。從表中看出,火車給予軌枕的最大壓力,在軸間距l(xiāng)0=,可減少