铁道工程技术专业毕业设计-高速铁路黄土路基沉降分析及控制

铁道工程技术专业毕业设计-高速铁路黄土路基沉降分析及控制铁道工程技术专业毕业设计题目：高速铁路路基沉降分析及控制学校：专业：学号：姓名：指导教师：日期:摘要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AbstractHigh-speedrailwayrepresentstherailwaymodernizationdevelopmenttrendinthe21stcentury,istheimportantachievementoftransportation,isthecommonwealthofmankind.Alongwiththerapiddevelopmentofeconomy,thetransportationdemand,ChinarailwayPDLsurgehasenteredarapiddevelopmentconstructionperiod，Duetothehighspeedrailwayrunningspeed,thetechnicalstandardofroadbed,strictcontrolofsubgradesettlementofdeformationandhasbecomethebiggestcharacteristicofPDLroadbed.Themostobviousharm,roadbeddeformationofthebiggestproblemsistheembankmentsettlement.Embankmentsettlementcontrolisonewhichinvolvesmanyfactors,haslargeuncertaintiesofengineeringproblems.Embankmentsettlementincludingsubgradeconstructionsettlementandpost-constructionsettlement,post-constructionsettlementrisk,particularlyseriousharm,Thispaperfromthenatureandcharacteristicsofloessembankmentsettlement,thereasonandharm,thecontrolmeasuresofembankmentsettlementandroadbedsettlementmechanism,Controlofsubgradesettlementafterthenecessity,stepsandmeasures,andthecharacteristicsofmeasures,embankmentsettlementcalculation,monitoringofembankmentsettlement.KEYWORDS：embankmentsettlementcontrolmodesettlementcalculationdetectio目录第1章绪论11.1选题背景及意义11.2我国铁路路基现状11.3黄土10.黄土的颗粒组成会及结构2.黄土的多孔性2.黄土的湿陷性与变形特性3.黄土的结构性问题4第2章路基沉降42.1路基沉降4.路基沉降的原因42.2路基不均匀沉降的影响和危害6.路基不均匀沉降对铺轨施工的影响6.路基对称将对高铁运营的危害62.3客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准62.4客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求82.4．1沉降控制标准82.4.2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113.1影响路基沉降的因素6.影响沉降稳定的自然因素11.影响沉降稳定的人为因素113.2湿陷性黄土路基处理方法及效果评价8.试验段工程地基处理方法8.地基处理效果方法8.湿陷性黄土路基的沉降控制措施83.3路基工后沉降14.路基工后沉降组成分析14.工后沉降控制的重要性与特点153.4控制工后沉降的主要途径15.加强技术培训及明确控制标准16.重视黄土地质核查163.5工后沉降的控制步骤16.施工前的控制措施16.施工过程中的控制措施17.加强路基沉降分析与预测17.做好路基沉降观测183.6地基设计18.桩网地基设计19..1CFG桩桩网复合地基19..2灰土桩桩网结构24.桩板结构26..1整体构造分析27..2结构几何尺寸优化27..3承台板设计28..4托梁设计28..5桩基设计29.DDC桩32..1适用性及沉降控制机理分析32..2沉降计算模式33..3复合地基下部土体的沉降33.水泥土挤密桩35..1水泥土其它影响因素及有关性能研究35..2水泥土挤密桩的加固原理363.7地基沉降计算36.地基沉降计算基本原理36.CFG桩的沉降计算36.桩板桩基承载力、沉降计算39第4章路基沉降监测404.1路基沉降监测的目的404.2路基沉降的监测内容及要求40.沉降观测基本要求41.路基沉降监测的技术要求424.3合理选择观测设备。434.4观测元件埋设说明434.5沉降观测操作要求444.6沉降观测时间、频率444.7沉降观测资料的应用45第5章结论与展望475.1结论475.2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―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的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1.0mm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Q3、Q4、老黄土离石黄土Q12、Q22、红色黄土午城黄土Q1三类；根据黄土的湿陷性又分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。.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CaCO3、MgCO3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％0.01mm的颗粒对湿陷性的影响更加明显。.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CaCO3,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.Omm，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％l-l，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％湿陷系数范围湿陷系数中值＜300.09～0.1370.12030～400.04～0.1180.08640～500.02～0.1000.06050～60＜0.02～0.0840.0460～700～0.0600.03＞700～0.03＞.%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l-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）黄土10～1747～4822.5～32.06～846～4822.0～28.08～1447～4919.0～22.012～1843～4510.0～40.022～2545～488.0～1.525～3040～457.0～1.33种类型，即地下水侧向补给、降雨补给、地表水侧向补给。其动态变化及潜蚀作用影响到土体中的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度从而导致路基的不均匀沉降。2.2路基不均匀沉降的影响和危害.路基不均匀沉降对铺轨施工的影响路基不均匀沉降会增加施工难度和施工强度，在铺轨时需要再度调整路基整体的高度使其达到统一，因扣减可调整量很小并要预先填高一定量为工后沉降留有空间以便达到设计标高，还要考虑未来行车后各不同时间段各路段不同土质以及路桥过渡段不同沉降量。.路基对称将对高铁运营的危害路基是路面的基础,路基不均匀沉降必然会引起路面的不平整,导致路面产生许多病害,主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面沉降、桥梁伸缩缝的跳车等,破坏了线路平顺通畅，不仅难以满足客运专线高速行驶的要求,而且还会加大运输成本,增加运输时间,增加养护维修费用，减少使用寿命，降低社会经济效益，降低旅客舒适度，危及行车安全等。2.3影响路基沉降的因素.影响沉降稳定的自然因素..1地形地形不仅影响路线的选定与线形设计．也影响到路基设计。平原、丘陵、山岭各区地势不同，各区的水和温度的情况也不相同。平原区地势平坦，地面水易于积聚，地下水水位较高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然区划和土质所规定的临界高度：丘陵区地势起伏，山岭区地势陡峭。如果排水设计不当，或地质情况不良，易降低路基的强度与稳定性，出现水毁、边坡坍方、路堤沿山坡的滑动等坏现象。..2气候气候条件，如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、年蒸发量、风向和风力等，都影响路基水温情况。在一年之中．气候有季节性的变化，因此路基水温情况也随之变化。气候还受地形的影响，例如山顶与山脚、山南与山北，就有所不同。即所谓“小区地形与小区气候”．因此路基水温情况也有所差异。大气的温度变化使路基的温度也发生相应的变化．并造成土基内不同深度处温度出现差异。在温度差的影响下，土基中的水分以液态或气态由热处向冷处转移，并积聚或凝结在该处。从而使土基中的湿度分布发生变化．特别是在季节性冰冻地区，湿度积聚现象更为严重。..3水文地质水文条件指地面径流、河流洪水位、常水位及其排泄条件、有无积水和积水期的长短以及河岸的冲刷和淤积情况等。水文地质条件指地下水位、地下水移动情况、有无泉水、层间水等。所有这些。都会影响路基的稳定性，如处理不当，往往会导致路基出现各种病害.影响沉降