【正文】 ..................................................... 66 第 6 章 高速鐵路檢修重點(diǎn) 70 附錄 A 外文資料翻譯 71 英文 ........................................................................................................................ 71 譯文 ........................................................................................................................ 82 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 高速鐵路概述 高速鐵路，簡稱“高鐵”，是指通過改造原有線路 (直線 化、軌距標(biāo)準(zhǔn)化 )，使?fàn)I運(yùn)速率達(dá)到每小時(shí) 200 公里以上，或者專門修建新的“高速新線”，使?fàn)I運(yùn)速率達(dá)到每小時(shí) 250 公里以上的鐵路系統(tǒng)。 近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國也開始重視提高旅客列車的速度。全線縱貫北京、天津、上海三大直轄市和河北、山東、安徽、江蘇四省。由于在輪軌接觸的鐵路技術(shù)中，隨著速度的提高，對基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)的車輛都提出了新的要求，主要可以歸結(jié)為兩個(gè)方面，一方面當(dāng)速度超過 250 km/h 以后，空氣動(dòng)力特性發(fā)生顯著變化，因此對車輛結(jié)構(gòu)和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施提出新的要求；另一方面由于高速運(yùn)行的列車需具備持久穩(wěn)定、高平順性及安全舒適的運(yùn)行條件，因此對軌下基礎(chǔ)提出新的要求。它的穩(wěn)定和安全將直接影響今后長期運(yùn)營的安全與效益，而路基這種土工結(jié)構(gòu)物的工程性質(zhì)極為復(fù)雜，其強(qiáng)度與穩(wěn)定石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 3 性受多種因素的影響與制約。 圖 13 高速鐵路無砟軌道路基 常見病害 高速鐵路路基常見病害有：路基沉降、邊坡?lián)p壞、雨水風(fēng)沙沖蝕、特殊地質(zhì)條件下的病害等。例如黃土地區(qū)，由于黃土具有較強(qiáng)的濕陷性，故而成為引發(fā)鐵路路基沉降變形的重要原因。 ②水分的影響 水分對于鐵路路基的影響是不可小視的。從而導(dǎo)致路基沉降變形現(xiàn) 象的發(fā)生。 ④路橋過渡段的影響 路橋過渡段由于是兩種不同性質(zhì)的路基的突然變化，造成沉降不一致，會(huì)出現(xiàn)沉降差，影響旅客舒適性。因此，在鐵路的設(shè)計(jì)施工中，要嚴(yán)格的對工程質(zhì)量加以控制，盡可能的減少路基的沉降量。主要有： (1)濕陷性黃土 (2)凍土 (3)軟土 (4)膨脹土 濕陷性黃土路基處理技術(shù) 濕陷性黃土的概念 在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土 濕陷性黃土的特征 在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，如遇到浸水情況，土體結(jié)構(gòu) 將發(fā)生顯著變形，導(dǎo)致土體塌陷。 濕陷性黃土地基的處理 根據(jù)建筑物的重要性、地基濕陷類型、地基濕陷等級(jí)進(jìn)行地基設(shè)計(jì)。 防水措施 以防止大氣降水、生產(chǎn)和生活用水以及浸入地基，是濕陷性黃土地區(qū)建筑物設(shè)計(jì)中不可缺少的措施。 (2)墻體宜選用輕質(zhì)材料。 地基處理方法 由于受水浸濕這一特定條件的不確定性，土體濕陷對工程建設(shè)具有極大的危害性，輕者使工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫和下沉，重者使工程結(jié)構(gòu)體系失穩(wěn)直至徹底破壞?；彝辆哂幸欢ǖ哪z凝強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，具有較好的強(qiáng)度、承載力、較低的壓縮性和良好的耐久性、水穩(wěn)性及不透水性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在陜北地區(qū)的建筑工程中，有將近一半多層建筑使用灰土墊層。它適合加固從礫石到不飽和粘性土的各類地基土。 強(qiáng)夯法施工設(shè)備簡單；施工工藝、操作簡單；適用土質(zhì)范圍廣；加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強(qiáng)度可提高 2～ 5 倍，變形沉降量小，壓縮性可降低2～ 1O 倍，加固影響深度可達(dá) 6～ 10m；土粒結(jié)合緊密，有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；工效高，施工速度快、較換土回填和樁基縮 短工期一半；節(jié)省加固原材料；施工費(fèi)用低，節(jié)省投資；它的適用范圍十分廣泛。 深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法 施工兩種。因此，應(yīng)用粉噴樁的土層中含水量應(yīng)超過30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應(yīng)用更好。 (4)灰土擠密樁法 灰土擠密樁法屬于一種柔性樁復(fù)合地基，它是通過夯實(shí)的樁身和擠密的樁間土提高地基強(qiáng)度，又通過樁 間土的擠密達(dá)到消除濕陷性的目的，是濕陷性黃土地區(qū)重要的地基處理方法之一?；彝镣ǔ２捎?3:7 灰土或 2:8灰土。若土層很厚，可先在土層中鉆孔，填以粗砂和碎石形成砂井，然后在塘內(nèi)放水浸泡，水深保持 ～ 。在我國 濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多，并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機(jī)理如下： ①硅化加固法：通過打入帶孔的金屬灌注管，在一定的壓力下，將硅酸鈉 (俗稱水玻璃 )溶液注入土中；或?qū)⒐杷徕c及氯化鈣兩種溶液先后分別注入土中。但對下列情況不宜采用堿液加固：①對于地下水位或飽和度大于 80%的黃土地基；② 已滲入瀝青、油脂和其他石油化合物的黃土地基。 凍土地區(qū)路基處理技術(shù) 凍土的概念 凡是土溫等于或低于零攝氏度的土 (石 )，成為凍土。多年凍土上限和季節(jié)融凍層相銜接，稱為銜接的多年凍土，多年凍土上限和季節(jié)融凍層之間為不凍層隔開的稱為不銜接的多年凍土。 我國多年凍土分布地區(qū)很廣，約占全國面積的 1/5，較集中的地區(qū)是東北大小興石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 12 安嶺和青藏高原。在多年凍土地區(qū)，由于地下冰層較厚且埋藏較淺 .在道路施工及通車運(yùn)營過程中由于各種因素的共同作用，使多年凍土局部融化 凍土覆土層在土體本身的自重和外力作用下產(chǎn)生沉陷，造成路基嚴(yán)重變形。凍脹的原因包括土中原有的水結(jié)冰體積膨脹；同時(shí)也包括土凍結(jié)過程中下部未凍結(jié)土中的水分遷移并向凍結(jié)面富集，水分相對集中，水與土粒分異形成冰透鏡體或凍夾層，使土體積膨脹。 (3)冰錐、冰丘 在寒季流出封凍地表或封凍冰面的地下水或河水，凍結(jié)后形成丘狀隆起冰體稱為冰錐。由于自然應(yīng)力或人為活動(dòng)，破 壞了多年凍土 (或地下冰 )的熱平衡，使地表下沉所形成的凹地或水凹地，稱為熱熔沉陷和熱熔湖 (塘 )。用遮陽板遮擋路 基在俄羅斯和美國阿拉斯加地區(qū)己有研究和應(yīng)用；在國內(nèi)，尚處于應(yīng)用研究階段。 遮陽板遮蔽太陽對路基直接輻射效果在暖季和在輻射強(qiáng)烈空氣稀薄的高原地區(qū)表現(xiàn)得更突出一些。路基下凍土地溫在人為擾動(dòng)后的變化是復(fù)雜長期的過程。在暖 季 可以阻止外界熱量傳人路基。是一種較好的主動(dòng)防護(hù)凍土的工程措施，適合在多年凍土區(qū)使用。片石通風(fēng)路基對片石的性質(zhì)要求較高 所用石料應(yīng)潔凈、無級(jí)配、強(qiáng)度符合要求。其工作原理是：在寒冷季節(jié)，有較大的密度冷空氣在自重和風(fēng)的作用下將通風(fēng)管中的熱空氣擠出，并不斷將周圍路基土體中的熱量帶走，達(dá)到保護(hù)地基土凍結(jié)狀態(tài)的目的。通風(fēng)管路基的人為上限抬升幅度相當(dāng)大，通風(fēng)管埋設(shè)在路基體中，可抬升多年凍土的上限，對多年凍土起到保護(hù)作用。通風(fēng)管的設(shè)計(jì)高度問題。在寒冷季節(jié)空氣溫度低于凍土溫度，熱管中的液體工質(zhì)吸收凍土中的熱量，蒸發(fā)成氣體。在溫暖季節(jié)。熱棒路基的造價(jià)較高，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)地溫特點(diǎn)，工程造價(jià)等斟情選擇。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土。在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會(huì)發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導(dǎo)致路基病害的產(chǎn)生，繼而影響列車正常運(yùn)行。泥沼比軟土具有更大的壓縮性，但它的滲透性強(qiáng)，受荷后迅速固結(jié)，工程處理也比較容易。 改變路堤的結(jié)構(gòu)形式 (1)反壓護(hù)道 反壓護(hù)道是通過在路堤兩側(cè)填筑一定高度的護(hù)道起反壓作用，防止地基破壞，保證路基穩(wěn)定的一種有效的工程措施，如圖 29 所示 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 18 反壓護(hù)道施工簡易，既不需特殊的施工機(jī)械和昂貴的材料，也不需控 制施工速率，用于非耕作區(qū)和土源豐富的地區(qū)較為合適，在耕作區(qū)則不宜采用。土工合成材料主要是聚酯了高分子材料的化合物，耐酸堿，耐腐蝕，并具有較大的抗拉強(qiáng)度。 人工地基 人工地基是軟土地基內(nèi)設(shè)置各種材料制成樁，構(gòu)成復(fù)合地基或?qū)⒌鼗翐Q成性能良好的土料，以保證路基穩(wěn)定的一類方法。因?yàn)閺氐椎馗淖兞说鼗恋男再|(zhì)，效果很好。直接拋石施工時(shí)，可先拋中間部分，將淤泥擠向兩側(cè)，再向兩側(cè)拋石，擠出淤泥。根 據(jù)我國在淤泥質(zhì)黏土中打樁前后的荷載試驗(yàn)，其沉降量可比天然地基減小 20%～ 30%，因而適用于對沉降要求較高的工程。砂樁直徑根據(jù)置換率要求石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 20 及施工機(jī)械、成樁方法等綜合因素考慮，宜選用較大直徑。 (3)碎石樁 碎石樁是以碎石 (卵石 )為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁。 圖 211 碎石樁機(jī) 碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分為振沖 (濕法 )碎石樁和干法碎石樁兩大類。 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 21 (4)生石灰樁 生石灰樁是用 2～ 5cm 的生石灰塊填入軟土孔眼中，形成生石灰樁地基，樁的平面布置與砂井相同，樁徑通常為 20～ 40cm，樁距為樁徑的 3 倍左右，樁長視土層厚度而定，一般不宜很長， 10m 以內(nèi)。另一方面，由于生石灰熟化后生成的氫氧化鈣，其韌期為膠凝狀，強(qiáng)度較低，而摻八砂子則正好彌補(bǔ)了這方面的不足。加固深度一般在 10～ 15m。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需的時(shí)間和排 水距離的平方成正比。 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 22 圖 212 排水砂井 砂井是打樁機(jī)具在地基中擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中形成按一定規(guī)律排列的孔眼 (這些孔眼具有一定深度和直徑 )，在輕重灌以粗砂而成。雖然理論上需要的直徑很小，但在實(shí)際中，直徑過小難于施工，并且在使用過程中，容易發(fā)生側(cè)向位移造成上下錯(cuò)斷而失效。瑞恰特 ()通過理論證明，砂井有效間距縮短一半，將使地 基固結(jié)度達(dá) 90%所需的時(shí)間縮短為 1/6,；而砂井直徑增大 20 倍，是能使固結(jié)度達(dá) 90%所需的時(shí)間減少為 1/4。砂井在平面上的布置，有三角形和正方形兩種排列方式，一般采用三角形布置。用砂井加固軟土地基時(shí) ，路堤底部必須鋪設(shè)砂墊層以溝通砂井，將砂井中滲透出來的孔隙水引到路堤坡腳之外。袋裝砂井的直徑按其排水及施工工藝的 砂墊層 臨時(shí)性填土 永久性填土 砂井 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 23 要求確定。 ②由于編織袋是一個(gè)整體，能夠保持砂的連續(xù)性和密實(shí)性，不會(huì)因地基變形而切斷，使用效果良好。 (3)塑料排水板 塑料排水板法是將預(yù)制的帶狀塑料排水板用插板機(jī)將其豎直地插入土中，形成類似砂井的排水通道，使孔隙水沿塑料板的通道流出，從而加固地基土的方法。如圖： 圖 213 塑料排水板 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 24 (4)排水砂墊層 排水砂墊層是在路堤底部的地面上鋪設(shè)的一層砂墊層，其作用是在軟土層頂面增加一個(gè)排水面。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石 ,為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。該土具有吸水膨脹，失水收縮并往復(fù)變形的性質(zhì)，對路基的破壞作用不可低估，并且構(gòu)成的破壞是不易修復(fù)的。膨脹土在塑限和液限含水率的收縮量與膨脹量，稱為極限脹縮潛勢。不同類型的膨脹土其崩解性是不一樣的，強(qiáng)膨脹土浸入水中后，幾分鐘內(nèi)就能完全崩解；弱膨脹土浸入水中后，則需要較長時(shí)間才能完全崩解。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土 中裂隙有關(guān)，且滑動(dòng)面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面所控制。由于膨脹土的超固結(jié)性，其初期強(qiáng)度極高，一般現(xiàn)場開挖都很困難。這一軟弱面多為裂隙面、層面或其他結(jié)構(gòu)面。不少地段的坍滑體厚度不大，但在邊坡上卻不易擴(kuò)展 。因此，一般膨脹土均屬于高塑性黏土。當(dāng)黏土的含水率發(fā)生變化，立即產(chǎn)生垂直和水平兩個(gè)方向的體積膨脹。這類黏土能吸收很多的水，其結(jié)果是對結(jié)構(gòu)物 發(fā)生破壞性膨脹。而孔隙比處于中間值時(shí)，土的脹縮變形都較大。高曠地帶蒸發(fā)條件好，地基土易干縮，建造的單層淺基建筑物裂縫多；而建在低洼處附近有水田水塘的單層房屋裂縫少，石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 27 是因?yàn)榈屯莸貛У鼗林兴植灰咨⑹?，有補(bǔ)給來源，較能保持相對穩(wěn)定濕度的緣故。換土法能夠得到比其他處理方法更大的地基承載力，從根本上改變地基土的性質(zhì)，工期也比較短。 (4)預(yù)濕膨脹 施工前使土加水變濕而膨脹，并在土中維持高含水率，則土將基本上保持體積不變，因而不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。為了保持路基的正常穩(wěn)定，使路基能經(jīng)常地處于干燥和堅(jiān)固狀態(tài)，應(yīng)將可能停滯在路基范圍內(nèi)的地表和地下水及時(shí)排除，并防止路基范圍以外的水流入或滲入路基范圍內(nèi)。因此必須及早的采取相應(yīng)的防范措施。因此，必須做好地面水和地下水的排除工作，使路基有良好、完善的排水系統(tǒng)，確保路基具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 (3)排水 設(shè)汁應(yīng)經(jīng)濟(jì)適用。 (5)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)，應(yīng)貫徹因地制宜、就地取材的原則，以減少造價(jià)，要能迅速有效地排除“有害水”，以免影