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2.1.2.2 路堤填料不均匀,控制不当
在公路施工过程中,对填料、级配很难得到有效的控制,填料常常是开挖路堑、隧道掘进产生的方法,这些填料性质差异大、级配也相差很远。一方面,在施工过程中,如果分层碾压厚度过大,小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实,在荷载的长期作用下,回填料会产生不协调沉降变形,路面会产生局部沉陷,刚性路面还可能产生裂纹。另一方面,由于回填料的性质不一样,特别是有的回填料具有膨胀性,在路基排水系统局部失效后,水的渗入会使路面局部隆起,影响行车舒适度,严重的会使路面破坏。
控制不当体现在:(1)选用了稳定性较差的路堤填料,如采用高液限粘土、粉质土或使用淤泥、腐殖质含量较高的土料填筑路堤,会使路堤产生整段或局部的变形。(2)采用不同土质填筑路堤时,因土的性质不同如填筑方法不当,碾压成型后易造成不均匀性沉降。 2.1.2.3 地下水的影响
在地下水的交替作用下,路基土体内含水量反复变化,土体容重在一定范围内波动,更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值,再加上水的软化、润滑效应,可以使土体产生沉降变形。路基或地基中地下水的动态特征对路基不均匀沉降影响很大,路堤及其地基中的地下水主要补给来源有3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 路基强度高且刚度大以及均匀性要求高
列车速度越高,要求路基的强度越高、刚度越大,弹性变形越小。但是路基刚度过大,会使列车振动加大而不能平稳运行,路基刚度的不均匀则会给轨道造成动态不平顺。研究表明:由刚度变化引起的列车振动与速度的平方成正比。因此,列车运行速度越高,要求路基的刚度越大、弹性变形小,在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢,不允许刚度突变。客运专线的路基基床厚度、填料要求、压实标准以及检测方法等要比铁路I级干线的要求高得多,对路基的填筑质量,引入了K30、Ev2、Evd等多项检测指标进行联合控制【8】。
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2.3 路基不均匀沉降的影响和危害
2.3.1 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。
2.3.2 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。
第3章 路基沉降的控制
铁路专线路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降,以确保高速列车的行车安全,尽量满足旅客对舒适度的要求,并减少日常维修工作。
3.1 湿陷性黄土路基处理方法及效果评价
3.1.1 试验段工程地基处理方法
试验段工程地基处理方法对湿陷性黄土的地基处理应达到两个目的,其一是消除处理范围内的湿陷性,其二是提高地基承载力,提高地基的变形模量,减少压缩(固结) 变形试验段采用多种地基处理方法,改变黄土结构,增加土密度,达到消除黄土的湿陷性的目的。
首先进行局部地表处理,挖除耕植土后,换填改良土和冲击碾压进行加固处理, 再采用桩基和碎灰土垫层处理,同时辅以土工布和土工格栅。坑墓穴处, 先挖出松土,再用灰土夯填,然后再用钻灌注水泥砂浆进行填实处理。
3.1.2 地基处理效果方法
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对湿陷性黄土地基处理的成功经验地分析研究得出:当湿陷性黄土厚度不大于3m时,灰土垫层种经济有效 的方法(但一般需要较大的翻挖地,不利于冬、 雨季施工) 。深度相对较大(4~6m且环境影响要求较低时,可选择强夯法,但它的有效性与夯击的最佳击数(9~12击)、夯锤的底面积(锤重l0~15t,锤底面上静压力宜为20~25 kPa )、及地基土的含水量(最好为最优含水量附近)有关更大深度(大于8m) 宜选择挤密桩(孔内填以灰土或素土)、搅拌桩或 CFG桩,这些是处理厚湿陷性黄土地基的经济有效的方法,而且对调整地基的不均匀性和提高防水抗渗性能也有一定的作用。因此在条件允许的情况下, 在试验段进行现场试验和长期观测, 能更好地把握地基处理效果和路基变形规律。
3.1.3 湿陷性黄土路基的沉降控制措施
(1) 对试验段湿陷性黄土、松软土、地震液化土段地基,根据初步设计采用换填、强夯、灰土挤密桩、CFG桩、水泥搅拌桩 、旋喷桩、碎石土垫层加铺土工格栅等多种地基处理方法进行加固,消除黄土的湿陷性和地震液化土的液化性 ,并对松软土进行加固经检测达到《京沪高速铁路设计暂行规定》和设计要求后转入下道工序施工。
(2) 在基础处理前首先进行局部地表处理,提高地基上部的密实度,减少路基的工后沉降。基础加固后保证地基系数 K30≥90MPa/m、压实系数I>0.95。
(3) 路堤填筑按照“ 三阶段、四区段、八流程”水平分层( 每层松铺厚度不超过30cm) 填筑。推土机粗平,平地机精平,YZ18~20型振动压路机压实;填料的最佳含水量、碾压遍数、碾压速度及铺设宽度等按现场填筑试验段确定的施工参数进行,根据压实黄土的湿陷性随含水量的减小而增加,随干容重的增大而减小的试验分析特性,施工中填料含水量偏差控制在最佳含水量的-1%~3%之间,填料的干密度大于15.5kN/m 以消除湿陷性;每填高1.5m左右采用YCT25型冲击式压路机碾压一次, 碾压遍数根据现场试验确定。路堤分层填筑主要控制质量达到压实系数≥0.95 ,地基系数≥90MPa/m,静态变形模量Ev2>45N/mm。
(4) 路基基床表层所采用的级配碎石,基层采用的改良黄土均有严格的材质、粒径和级求。为保证达到设计标准,设带自动计量装置配碎石拌和站和改良土拌和站对填料进行集中拌和或改良,确保基床底层和基床表层的压实质达到规范规定的标准。
(5)为满足工程进度及施工质量要求,施工中采用机械化作业。选用大吨位石方挖掘、运输及重型振动压实机械(过渡段选用小型振动压实机械配合),并配备级配碎石摊铺、拌和等特种机械。
(6) 为控制堤身的沉降,施工中加强检测与试验,确保路基填料特性和质量、
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工程措施及施工全过程受控。根据德国高速铁路施工经验,在基床底层和表层施工质量控制标准中增加静态变形模量、Ev2控制指标。在路堤分层填筑质量检测中,也增加静态变形模量控制指标Ev2。通过综合指标控制,达到消除或减小路基工后沉降量的目的。
(7) 黄土路基基底的沉降最突出的是湿陷性下沉,其次是压缩下沉和增湿变形引起的下沉,控制黄土路基湿陷性下沉和增湿变形下沉, 施工中采取的防排水措施有以下几个方面。
①雨天不进行路堤填筑施工,并对刚填筑层采取覆盖防雨水渗人保护措施。 ②为确保路基填筑过程中不被冲刷破坏,每层填筑时应严格按设计要求做好路拱以利排水,并在两侧路肩顶铺设临时砖砌挡水埝和急流槽。
③路堤与路堑施工前先做好临时排水系统,在施作临时排水系统时应与永久排水系统统筹安排,尽量做到永临结合, 临时工程按永久工程标准施作。
④加强道床及路基的防排水设施,防止路基面的雨水渗人路基。双线之间铺筑沥青防水层,道床面雨水通过横坡直接排出路基两侧 ,通过两侧排水沟排走。曲线双线之间铺筑沥青防水层,隔一定距离设置集水井, 纵向设置纵向排水管汇集,通过横向排水管排至两侧排水沟。
3.2 控制工后沉降的主要途径
目前工后控制沉降的主要应对措施有:①加强基地处理②加强填筑过程控制③预留沉降量④补砟抬道;同时还应加强施工前的预防,具体措施有:
3.2.1 加强技术培训及明确控制标准
(1)由于承包商对工后沉降控制缺乏经验,可聘请专家现场指导。加强技术培训,大力培训沉 降观测人员、整理分析人员、计算预测人员,从控制方案、预测分析、观测操作上采取主动预控措施。
(2)制定路基工后沉降控制标准。工后沉降及沉降差控制标准一般采用四项指标:工后沉降、不均匀沉降、错台、折角。200km/h无砟轨道线路工后沉降控制标准采用渝遂线试验段控制标准,见表 3-1。
表3-1 工后沉降及沉降差控制标准表
工后沉降 ≤30mm
不均匀沉降 ≤20mm/20m
差异沉降错台 ≤5mm
折角 ≤1/1000
3.2.2 重视黄土地质核查
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