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铁路路基病害研究

发布时间:2021-07-10 01:02:24

1、铁路路基病害检测

铁路路基病害一般指铁路路基平台顶部结构不坚实而且渗水,以及原填充物的不均匀性,经长期雨水冲刷和渗透、行车振动等所形成的一定规模的充坑、洞穴或渣石填充物。路基病害比较隐蔽,一旦受到外界因素影响造成塌陷,将直接威胁行车安全,因此,铁路病害的勘查十分重要。

路基勘查中,由于受到电磁干扰、铁轨干扰及行车震动干扰的影响,限制了一些地球物理方法的应用,因此,目前常用于对铁路病害检测的地球物理方法是微重力测量。

由于路基的病害地段和完整地段有一定的密度差异,为微重力测量提供了前提。图10.14是法国波尔多—塞特铁路线上路堤下喀斯特溶洞的微重力异常等值线图,测量位置位于铁路线巴尔萨克处,勘查对象是5m高的路堤和路基部。图中可见,在该带中部有一处密度较大的地段(异常达3×10-1g.u.),这是一处过去曾进行过灌浆处理的地段。在过去处理时,由于突然塌陷,未能进行专门研究。在地段两端出现-2×10-1~-6×10-1g.u.两处异常,位于边坡基部并向路基底下延伸。经对异常的解释和钻探验证,证实在路基下3~6m深处的灰岩中存在喀斯特溶洞。

图10.14波尔多—塞特铁路线上路堤下喀斯特溶洞的测定和处理

铁路路基是多用耕土堆垫压实而成,如果出现路基病害,必将引起电性差异。路基位于地面以上(或浅水面以上),所以无论是洞穴或渣石充填物都可使勘探体积所涉及范围内的视电阻率增大,由此对称四极剖面会出现高阻异常,路基病害越严重,规模越大,高阻异常越明显。例如,图10.15是陇海路某段采用对称四极剖面法实测曲线,采用AB=7m,MN=1m装置,由图可见,全线有三种病害形式:

图10.15路基勘查部分剖面图1—严重病害段;2—较重病害段;3—轻度病害段

1)较大洞穴或渣石填充物的严重病害段,视电阻率曲线值很高;

2)较重病害段,视电阻率曲线呈高低交错;

3)轻度病害段,视电阻率较高,视电阻率曲线呈高低交错。

严重病害段的影响可至路基外侧钢轨下,是急需处理部位。轻度病害段,短期内不会形成大的病害,可作为今后雨季的防范对象。

根据地球物理测量和钻孔所提供的资料,可以确定出需要灌浆地带,得出最佳的工程计划。灌浆处理后,除打钻检查外,还可以进行微重力测量,以圈出灌浆不足或灌浆过量的地层。图10.16是在一已知灌浆地带,对灌浆后地层的重力异常变化,与计算机根据模型(用灌浆前的钻孔资料制作的地质模型)计算出来的理论异常曲线对比。从图10.16(a)可以看出,该地带的右半部灌注未超出预计范围,也未出现重力异常。在模型左半部出现剩余异常,表明灌浆不足。图10.16(b)是灌浆容量对比图,图10.16(c)是地质模型(沿Ⅰ号测线的剖面)。

图10.16巴黎—斯特拉斯堡铁路线上

近年来,使用瞬态面波进行铁路路基承载力的检测也取得了较好的结果,为路基病害的确定和治理提供了可靠数据。

利用瞬态瑞雷面波法测试既有线路路基承载力时,由于受到行车影响,在测线布置时只能在枕轨外测或路肩上进行。由于瑞雷面波是一个体波,具有体积勘探的特点,因此可代表路基道心的实际情况。瞬态面波数据采集时使用面波仪和低频检波器测量。震源采用18磅(lb)大锤和铁板。道间距随着勘探深度的增大而相应增大。数据处理主要是求取频率-速度频散曲线,对频散曲线经过反演拟合并结合路基的实际情况进行分层,计算出各层厚度及瑞利波的层速度。通过频散曲线上vR数值的大小可以定性地判断测点处瑞利波速度随深度的变化情况和路基的相对强度特征,vR较高区域反映路基强度较高,vR较低区域反映路基强度较低。

在部分瑞利波测点上作轻型动力触探(N10)值,根据铁道部轻型动力触探技术规定(TBJ18—87)将N10值换算为承载力σ0(σ0=8N10~20),然后将瑞雷面波速度vR与相对应测点的轻型动力触探(N10)进行数学统计分析,得到vR与N10的相关关系式:

环境与工程地球物理

式中:A,B为常数。当相关系数r>0.7时,说明vR与N10是相关的,可用vR代替N10来计算承载力σ0的大小,即

环境与工程地球物理

根据此式可用vR定量计算路基的承载力。

图10.17为京广线部分区段K2011+170~K2100+270段路基瑞利波测试,并按上述换算关系(取A=91.07913,B=2.940517)换算得到的承载力等值线图。图中在K2011+230附近路基的承载力偏低,约为80kPa,而在其两侧的路基的承载力相对偏高,约为180kPa,此结果与现场实际的情况非常吻合。

图10.17承载力等值线图

2、路基的主要病害有哪些?分析产生的原因。

几种路基病害产生的原因
1.1 产生滑坡的病害成因:有内在因素,也有外在因素。内在因素是形成滑坡的先决条件,它包括岩土性质、地质构造、地形地貌等。外因通过内因对滑坡起着促进作用,它包括水的作用、地震和人为因素等。所以,滑坡是内外各因素综合作用的结果。
1.2 形成崩塌的病害成因:①陡峭高峻的边坡或山体斜坡,坡度大于45°、高度大于30m,特别是坡度在55°~75°的斜坡,是崩塌多发地段。②由风化的坚硬岩层组成的又高又陡的斜坡,如互层砂岩,稳定性更差,容易形成崩塌。③受地质构造影响严重,有很多结构面将岩体切割成不连续体的斜坡,特别是有两组结构面倾向线路,其中一组倾角较缓时,容易向线路崩塌。④水的作用是产生崩塌的重要因素。绝大多数的崩塌发生在雨季或暴雨之后,因为水的渗入,对岩石产生软化、润滑和动水压力作用,使岩体强度降低,内摩擦力减小,促使崩塌发生。⑤其他如地震、爆破、人工开挖斜坡及列车震动等,都是诱发崩塌的因素。
1.3 基床翻浆冒泥、下沉外挤的病害成因:基床排水不良承载力不足或受水浸承载力进一步下降的土质基床在列车荷载反复作用下,将逐渐形成基床翻浆冒泥下沉外挤的病害。水若源于降雨,翻浆冒泥表现为季节性,即雨季发生,旱季不发生;水若源于地下水,则翻浆冒泥表现为常年性,但雨季比较严重。基床土遇水承载力下降,原因比较复杂,如基床土为膨胀土未更换或改良;排水系统不完善;基床未作砂垫层或厚度不足;填土密实度未按规定控制;轨道状态不良;速度、轴重增加而轨道与之不相匹配等。
1.4 路基陷穴的病害成因:造成洞穴顶部塌陷的主要因素是水的作用和列车荷载作用。洞穴在水的侵蚀、潜蚀作用下和列车动荷载的反复作用下,洞顶的岩土结构逐渐遭到破坏,承载力也逐渐丧失,最终突然塌陷。
1.5 路基冻害的病害成因:由于土中的水在冻结过程中有向冻结锋面迁移的特征,并不断析出冰层,且体积增大9%这一物理力学现象造成。所以,冻结过程中土中水的迁移机理,是产生路基冻害的基本原因。
1.6 路基沙害的病害成因:在风的作用下,移动沙流经常给铁路造成不同程度的危害,有时甚至掩埋线路,危及行车安全。
2 路基病害的防治措施
2.1 路基滑坡的防治
2.1.1 排水措施 滑坡的发生和发展都与水的作用有关,排水是防治各类滑坡之本。但应根据具体情况,采用切合实际的排水方式。对滑坡体以外的地表水,应加以拦截和引出,在滑坡可能发展的边界5m以外修建一条或多条环形截水沟;对滑坡体以外的地下水,应修建截水盲沟;对滑坡体内的地下水,应疏干和引出,浅层地下水采用支撑盲沟,深层地下水采用泄水隧洞,亦可采用垂直孔群或仰斜孔群排水;对滑体范围内的地表水,应尽快汇集引出以防下渗,在充分利用天然沟谷的基础上,修建排水系统。
2.1.2 减重措施 当滑动面不深,且滑体呈上陡下缓状,滑坡范围外有稳定的山坡,滑坡不可能向上发展时,在滑坡上部减重,以减小滑坡的下滑力,是一种操作简单、经济实惠的防治措施。将减重的土体堆在坡脚反压,以增加抗滑力,效果更好。
2.1.3 支挡措施 ①抗滑挡墙。它是广泛应用的一种防治滑坡措施。它施工方便,稳定滑坡收效快。抗滑挡墙多为重力式,石砌,也有用混凝土或钢筋混凝土的。②抗滑桩。它是利用桩在稳定岩土中的嵌固力支挡滑体的建筑物。它具有对滑体扰动少,操作简便,工期短,收效快,对行车干扰小,安全可靠等优点。抗滑桩多为挖孔或钻孔放入钢筋骨架灌筑混凝土而成。抗滑桩在滑动面以下的锚固深度,应根据滑体作用在桩上的主动土压力、桩前的被动土压力、岩土性质等来确定。③锚杆挡墙。是一种新型支挡结构,由锚杆、肋柱和挡板三部分组成,用于薄层块状滑坡或基岩埋深较浅、滑体横长滑面较陡的滑坡。④抗滑明洞。若滑动面的下缘处在边坡上的较高位置,可视地基情况设置坑滑明洞,洞顶回填土石支撑滑体,或滑体越过洞顶落在线路之外。但这一措施对行车干扰大,施工困难,造价昂贵,只有在其他措施难以奏效时采用。
2.2 路基崩塌落石的防治 常用的防治措施有如下类型。①拦截类适用于小规模、小块体的崩塌落石。拦截构造有落石平台、落石坑、落石沟、拦石墙、钢轨栅栏及柔性拦石网等。②遮栏类应用于规模较大的崩塌落石,遮栏建筑有各种明洞和棚洞。修建明洞、棚洞,既可遮挡崩塌落石,又可对边坡下部起稳定和支撑作用。③支挡加固类适用于不宜或难于消除的大危岩或不稳定的大孤石。支挡建筑有支顶墙、支护墙、明洞式支墙、支柱、支撑等。④护坡、护墙适用于易风化剥落的边坡。边坡陡者用护墙,边坡缓者用护坡。⑤改线绕避上述措施不能奏效时,应考虑改线绕避。
2.3 基床翻浆冒泥下沉外挤的防治 应视病害性质,产生原因,地段长短及施工条件等情况,合理选择施工工艺,综合整治以求实效。①排水。适用于排水不良而导致的基床病害。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统;修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害,使基床土保持疏干状态。②提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害,如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土(二合土或三合土)及换砂。③使基面应力降低或均匀分布。④土工膜(板)封闭层或无纺土工纤维渗滤层。它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用,常与换砂、砂垫层配合使用。
2.4 路基沙害的防治
2.4.1 植物固沙 以营造林带为本。林带采用植物混种、均匀透风类型。迎风林带先矮后高,即先灌木,后乔木;背风侧则先高后矮,有效防护宽度一般为树高的15~25倍。沙害严重地段,迎风侧可营造多条林带。防沙林应根据沙漠性质、水文地质条件、气候特征力求所选树种生长快、固沙、防风能力强、不怕沙埋。常被选用的植物首沙枣、胡杨、小叶杨、文冠果、花棒、沙蒿、胡枝子、杨柴等十几种(参见线路维修管理之铁路沿线造林绿化)。
2.4.2 工程固沙 一般用在没有植物生长条件的地段,或作为植物固沙初期的辅助措施。常用以下几种形式:①路基本体护。对路基或路堑本体用不同的材料进行覆盖,如干砌片石(或预制水泥板)、栽砌或散铺卵砾石。路基两侧防护。在路基两侧一定范围内修筑一些阻沙、固沙及导沙设施,保护线路不被流沙掩埋。阻沙设施包括防沙栅栏、防沙沟堤、防沙挡墙等;固沙措施包括麦草沙障、土埂沙障、化学乳剂固沙、铺设卵石或黏土覆盖沙面等。导沙设施包括用卵石铺砌而成表面光滑的输沙平台、在路基迎风侧修建导沙堤等。

3、铁路路基病害论文 摘要翻译成英文(急急急~~~)

Abstract: The article analyses the existing in the railway roadbed disease are classified, analyzes all kinds of railway roadbed disease occurs, The article introces the mechanism of roadbed disease detection method, and points out that the various types of clear roadbed disease and formation mechanism, and the accurate detection is railway roadbed disease prevention and effective governance foundation.
Article embankment is band structure engineering, the geological conditions along through the difference is bigger, packing is also not even, and many areas in expansive soil, the red clay, soft rock weathering resial soil underlying engineering properties of soil, and the bad by geography and climate change affects, and because of all the technical level, economic conditions and the construction of the reasons of the mechanical equipment, China's railway roadbed design usually adopts low technical standard, the construction quality often lax, leading to various requirements of railway and become a bed disease wide distribution, management difficult, multiple strong disease, and in recent years with the speed of the train and heavy of subgrade stress level, opens. Distribution condition and functions of the significant changes. Because both railway roadbed design capacity, train speed in smaller after the dynamic stress caused by load under various diseases, leading to proce, or make already existent diseases more serious and the serious influence the safety operation of the train. So understand the type of disease and its occurrence mechanism, and carries on the practical detection, the protection and management of subgrade is very important.
Keywords: railway roadbed, disease, mechanism, detection
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4、铁路路基病害防护与技术近期参考文献

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