优质毕业设计铁路路基病害防治与检测.doc
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1、摘 要铁路是线状工程,决定了要经过多种地质条件及气候环境不一样地域,而不少地域全部存在膨胀土、红粘土、软岩风化残积土等多种工程性质不良土,而且受到地理和气候环境常年改变和影响,加之因为技术水平、经济条件和施工机械设备方面原因,中国铁路路基设计通常采取较低技术标准,施工质量往往要求不严,从而造成多种铁路基床病害成为一个分布广、治理难、多发性强病害,严重影响了列车安全运行。研究铁路路基病害类型及其发生机理,并能对其进行实用检测,对路基防治和治理是很关键。铁路路基病害类型特征关键有翻浆、冒泥、下沉、挤压变形、边坡溜坍、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水浸路基冻害九类。尽管路基病害表现形式多样,不过产生路基病害
2、关键原因则是土质不良、压实密度不足和排水不畅等原因造成。针对地基病害形式类别,对现有线路特点,对现有路基测试应遵照原位(动力触探)和区段测试(地质雷达、瞬态面波法)相结合测试方法,这么可对现有路基情况做出一个综合评价,为路基病害处理提供基础资料。铁路路基病害发生是其特定地质环境和对应环境改变共同作用结果,搞清楚各路基病害类型及发生机理,并进行正确检测,是预防铁路路基病害并进行有效整改基础。关键词:现有铁路;路基病害;检测;整改目 录摘 要I前 言11铁路路基病害类型2铁路路基病害类型及原因分析2翻浆冒泥2路基下沉2挤出变形2边坡坍方3边坡冲刷3陷穴36 滑坡37 水浸路基38 冻害39 沙害4
3、铁路路基病害产生机理42.1病害发生取决于特定地质环境;42.2病害发生和对应气候改变和列车振动荷载息息相关。4铁路路基病害检测43.1经典地段开挖横沟,了解路基几何特征。53.2采取探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内路基进行大面积扫描检测。53.3对路基强度、刚度等参数方面分析54病害预防和整改54病害预防64病害整改64.2.1.路基滑坡防治64.2.2路基坍毁落石防治84.2.3基床翻浆冒泥、下沉外挤防治94.2.4.路基陷穴防治104.2.5.路基冲刷防治114.2.6.路基冻害防治134.2.7.路基雪害防治144.2.8路基沙害防治15结 论16致 谢17参考文件18前 言中国铁路
4、始建于1876年,铁路运输线是中国国民经济大动脉,在中国交通运输体系中居于主导骨干地位,它在国家建设中占相关键地位。伴随中国改革开放深入,中国在修新线铁路时采取了中国外优异科技结果,和此同时,对现有铁路进行补强和改造,并加强了对线路养护和维修。较大改善了铁路运行情况,提升了铁路抵御自然灾难能力,丰富了预防和整改铁路线路病害理论和实践,对发展国民经济,促进工农业生产,改善人民生活,改变边远地域交通闭塞和文化技术落后面貌,巩固国防,沟通国际交往,起到了国民经济大动脉关键作用。在当今社会经济高速发展情形下,对铁路运输需求量在逐步增大,铁路运输发展将偏向高速和重载运输。这么就会加重铁路线路承载能力,造
5、成铁路线路损害,严重影响铁路运输。为了确保铁路能够很好完成运输任务,全方面了解和掌握铁路线路常见病害分析及预防整改技术很关键。 1铁路路基病害类型铁路路基病害类型及原因分析铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基、冻害等。翻浆冒泥路基强度因含水过多而急剧下降,在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象,称之为翻浆。 翻浆冒泥通常易发生于基床土质不符合要求部位,尤其是以细粒土作路基填料、风化石质作基床,降雨量大路堤和路堑地段为病害多发地段一定条件含粘粒、粉粒基床表层土在和列车反复振动作用下,发生软化或触变、液化,形成泥浆。列车经过时轨枕上下起
6、伏使泥浆受挤压抽吸而经过道床孔隙向上翻冒,造成道碴脏污、板结进而使道床降低或丧失弹性。轨道几何尺寸改变危及行车安全。翻浆冒泥分为土质基床翻浆、风化石质基床翻浆和裂隙泉眼翻浆。路基下沉路基下沉关键是路基填筑密度不够和强度不足所致,表现形式有路基下沉、道砟囊或道砟袋。填方路基下沉造成断面尺寸改变病害现象,为路堤沉陷。因为路基土密实度不足或地基松软。在水、荷重、自重及振动作用下发生局部或较大面积竖向变形。通常经过列车运行一段时间后。下沉会趋于缓解。但有时冈荷重增加或水作用使沉降速率加大。局部下沉也会造成陷槽使线路不平顺。下沉分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。挤出变形表现形式有路肩隆起、侧沟被挤,路肩
7、外挤和边缘外膨。关键是因为土体强度不足而产生剪切破坏或塑性流动,基床内土常常处于软塑状态,在基床内影响深度较大,在列车荷载作用下,基床上发生剪切破坏,发乍外挤变形。外挤是因为基床强度不足引发,。外挤分为路肩隆起、。边坡坍方坍方表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍关键发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤,岩石风化成零碎薄片,从坡面上脱落下来现象,剥落碎屑堆积。会堵塞边沟,影响路基稳定。碎落是岩石碎块一个剥落现象落石产生冲击力可使路基、路面遭到破坏,威胁行人及车辆安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆现象。崩坍土石方往往造成交通中止,也是危害最大路基病害。崩坍发生
8、关键是路堑开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移现象。边坡冲刷边坡冲刷指较高大土质路堑、路堤边坡、岸坡(滨河、河滩、海滩和水库(塘)路堤边坡)或严重风化软质岩石边坡受到水流冲蚀、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。陷穴陷穴指路基下及其周围存在洞穴,其坍塌可引发基床和道床忽然沉落轨道悬宅,中止行车,甚事造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。6 滑坡 滑坡指影响路基稳定土(岩)体滑动。分为边坡深层滑动、路基滑移及山体滑坡。7 水浸路基水浸路基指实际浸水超出设计水位路基被水浸或淹没,引发一
9、定沉降或局部坍塌,当路堤缺乏足够防护和加固设备时,造成路基稳定性受到影响或破坏。8 冻害冻害发生在严寒地域,如路基土为透水性较差细粒土,当含水量较高或基面积水,在冻结过程中,土中水重新分布和聚集形成冰块。又引发不均匀冻胀现象。9 沙害在中国北方地域,因为地理条件原因,常常出现风沙常常掩埋铁路。尽管路基病害表现形式多样,但产生路基病害原因则关键是土质不良,压实密度不足和排水不畅等。铁路路基病害产生机理路基病害产生和发展和路基填料工程性质、地表水和地下水、列车振动荷载、土动力强度特征和温度及其改变相关。关键是路基填料、水、列车荷载和温度改变等各项原因综合作用结果,多种原因之问又相互关联,铁路路基病
10、害发生原因很复杂,而且每一个病害全部有自己特殊病理。但归纳起来关键有两个方面:2.1病害发生取决于特定地质环境;2.2病害发生和对应气候改变和列车振动荷载息息相关。前者是病害发生内因。后者是病害发生外因。对某一具体线路来讲,其地质条件是客观存在,即使它也在不停地发生改变,但基础上是一个较为稳定量,所以,在一定程度上路基病害发生频率和程度将取决于气象水文条件和列车长久反复振动荷载影响,路基病害产生和发展是各项原因综合作用结果。观察表明,在列车轮轴荷载反复作用下,路基渐进破坏关键表现为过大塑性变形,这种塑性变形累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动,并产生路基病害。研究表明:产生这些病害(破坏)
11、原因在很大程度上依靠于路基土在循环荷载作用下抗剪强度特征,以后者和土饱和度亲密相关。伴随饱和度增大,土动强度(即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态最大偏应力比)将显著降低。处于轨道下方路基土因反复受到挤压和固结而产生过大累积塑性变形,从而形成所谓道碴坑和枕木下方积水坑。尤其是在雨季,基床填土含水量达成饱和状态,动强度显著减小,从而使道床工作性能急剧下降,甚至会造成线路产生严重不平顺而影响行车安全。铁路路基病害检测 为了对路基病害进行合理整改,必需正确检测病害情况,分析病害成因。依据铁路现有线特点,路基检测应不干扰行车或少干扰行车,为此需采取检测手段应努力争取正确、可靠、快速,从而为未来整改工作
12、提供正确可靠信息。可采取轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多个手段对线路进行试验检测,具体步骤和方法以下:3.1经典地段开挖横沟,了解路基几何特征。3.2采取探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内路基进行大面积扫描检测。探地雷达法含有直观反应道床几何形态、表层分辨率高优点,能够探明路基结构分层;探测路基病害类型、程度和具体位置,用于分析道床、路基各个土层地质情况;探地雷达测出结果是基床电性参数,而无法给出路基力学特征。而瞬态面波法表层情况因为石碴散射和高频信号限制不能正确反应,探地雷达方法可填补瞬态面波法不足。瞬态面波方法对在土中频散曲线比较平滑,能够正确反应路基土力学参数随深度改变,
13、测试深度也比较深,也恰好填补了探地雷达方法不能反应路基土力学参数和测试深度浅不足。在路基病害测试中,最关心是路基表层和其下路基土承载能力,所以两种方法结合,优势互补,恰好能够达成路基测试目标。3.3对路基强度、刚度等参数方面分析重型动力触探关键反应路基土力学性能,是以击数10cm-1来反应路基各个位置力学性能指标,击数越高说明土质性能越好,强度也越高,能够从不一样深度位置来测试出不一样深度下土力学性能以分析路基情况。轻型动力触探和重型动力触探原理相同,只是后者以击数10cm-1来反应路基各个位置力学性能指标。针对现有线路特点,对现有路基测试应遵照原位(动力触探)和区段测试(地质雷达、瞬态面波法
14、)相结合测试方法,这么可对现有路基情况做出一个综合评价,为路基病害处理提供基础资料。 4病害预防和整改路基病害预防和整改,应落实“预防为主、综合治理”标准,首先搞清发生病害原因,经过综合分析。因地制宜地采取整改方法。4病害预防病害预防包含以下内容:资料搜集包含线路设计、施工资料及线路区域气候、水文、工程地质等情况,并了解其改变规律,为防治病害提供第一手资料;依据线路目前状态及运行情况,应每3-5行一次线路普查,评定线路安全状态,提前发觉病害趋势并进行对应处理。调查方法除了传统人工调查、轨检车检测外,铁道部现在正在推广铁路路基快速物探检测系统,检测深度达轨面下2.5m度可达80km/h入路基和路
15、基积水,保持路基面排水坡度。4病害整改路基病害整改应从路基填料(改变其填料类型、改变填料成份)预防水侵入(改善路基结构设计)、提升路基强度和刚度(改善路基结构设计)入手,路基整改步骤见图前期准备总体方案检测路基细化方案治理施工效果评价 路基整改步骤图处理路基病害基础按以下步骤进行。需要检测路基病害,判定路基病害类型、发生部位及规模大小、严重程度;对产生病害关键原因进行分析:通常为填料、水分侵入、强度不足等方面问题;拟采取方法:应采取技术上可行(控制病害产生原因)、经济上合理治理方法。 4.2.1.路基滑坡防治 对滑坡这一常见路基病害预防及治理。中国铁路有些区段滑坡病害较为密集,平均每百公里分布
16、高达2030处,多为山区铁路。发生滑坡常常中止行车,甚至使列车颠覆,给运输安全带来严重危害。斜坡上岩土沿坡内软弱带或软弱面向前和向下发生整体移动现象,称为滑坡。发生滑坡软弱带又称滑动带。滑动带在重力作用下,或在其它外力作用下使其剪切应力大于强度,或因震动液化、溶蚀潜蚀、自燃、人为开采等原因作用下,使其结构破坏和岩土性质改变而丧失强度,就会引发滑动带上覆岩体或土体发生滑动。滑坡通常从地表上展现裂缝等迹象改变可大致划分出蠕动、挤压、微动、滑动、大动和滑带固结六个阶段。在发生滑坡地方,常出现环状后缘、月牙形凹地、滑坡台阶和垅状前垣等独特地貌景观。但岩体滑坡因为其界面生成多依附于岩体内现有结构裂面,所
17、以其后缘和分块裂缝通常呈直线或折线状。滑坡按其特点可进行多种不一样分类。中国铁路按滑体物质组成及其成因,把滑坡分为粘性土滑坡、黄土滑坡、堆填土滑坡、堆积土滑坡、破碎岩石滑坡和岩体滑坡等六类。产生滑坡原因有内在原因,也有外在原因。内在原因是形成滑坡先决条件,它包含岩土性质、地质结构、地形地貌等。外因经过内因对滑坡起着促进作用,它包含水作用、地震和人为原因等。所以,滑坡是内外各原因综合作用结果。防治滑坡标准预防。对有可能新生滑坡地段或可能复活古滑坡,应采取必需工程方法,以预防产生新滑坡或古滑坡复活。治早。滑坡发生和发展,是有一个过程,早期整改,能收到事半功倍效果。一次根治和分期整改相结合。滑坡通常
18、应一次根本根治,不留后患。但对规模较大、性质复杂、变形缓慢,一时尚不致造成重大灾难滑坡,也可在全方面计划下,分期整改。同时注意观察每期工程效果,为确定下期工程提供依据。防治滑坡方法应在搞清滑坡成因基础上,对诱发滑坡多种原因,分清主次,采取对应工程方法。常见防治对策有排水、减重、支挡、改善土体物理力学性质等。(1)排水方法滑坡发生和发展全部和水作用相关,排水是防治各类滑坡之本。但应依据具体情况,采取切合实际排水方法。对滑坡体以外地表水,应加以拦截和引出,在滑坡可能发展边界5m以外修建一条或多条环形截水沟;对滑坡体以外地下水,应修建截水盲沟;对滑坡体内地下水,应疏干和引出,浅层地下水采取支撑盲沟,
19、深层地下水采取泄水隧洞,亦可采取垂直孔群或仰斜孔群排水;对滑体范围内地表水,应立即聚集引出以防下渗,在充足利用天然沟谷基础上,修建排水系统。(2)减重方法当滑动面不深,且滑体呈上陡下缓状,滑坡范围外有稳定山坡,滑坡不可能向上发展时,在滑坡上部减重,以减小滑坡下滑力,是一个操作简单、经济实惠防治方法。将减重土体堆在坡脚反压,以增加抗滑力,效果愈加好。(3)支挡方法依据滑体推力大小,能够选择合适支挡结构防滑。抗滑挡墙。它是广泛应用一个防治滑坡方法。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。抗滑桩。它是利用桩在稳定岩土中嵌固力支挡滑体建筑物。它含有对滑体扰动少,
20、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锚固深度,应依据滑体作用在桩上主动土压力、桩前被动土压力、岩土性质等来确定。锚杆挡墙。是一个新型支挡结构,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、滑体横长滑面较陡滑坡。具结构轻盈,节省材料,适宜机械化施工,提升生产效率等优点。抗滑明洞。若滑动面下缘处于边坡上较高位置,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。但这一方法对行车干扰大,施工困难,造价昂贵,只有在其它方法难以奏效时采取。(4)改善滑坡土体物理力学性质用物理化
21、学方法,加固和稳定滑坡。方法很多,如焙烧、成浆、加灰土桩、硅化、电渗、离子交换等。这些方法,因为工序复杂,成本较高,现在中国铁路仅小规模试用,还未广泛采取。(5)改线绕避上述整改方法难以奏效时,在经济技术合理情况下,能够考虑改线绕避。养护维修关键点滑坡区地表排水设备,如截水沟、排水沟、吊沟等应做到无淤积、无漏水、无冲刷、排水通畅、沟涵相通。对失效损坏处所,应立即修补,确保状态良好。滑坡区地下排水设备,如支承渗沟、暗沟、隧洞、渗井、渗管等,应定时检验,立即清理和疏通。对失效或损坏处所,应立即修补或整改。地下排水设施,通常每十二个月在春融以后和冰冻之前,在雨季开始之前和暴雨以后,必需仔细观察其流量
22、,掌握其改变规律和排水效果,发觉异常立即处理。滑坡区防护和加固建筑物,应保持完整无损,如有开裂、滑移,必需认真查明原因,采取治理方法,不可麻痹大意,要防患于未然。对规模大,情况复杂大滑坡,虽经模治仍在缓慢变形或间歇变形,应对其认真观察,实施动态监控,掌握改变规律和发展趋势,方便立即采取有效方法。保护好山坡植被,搞好水土保持,也是滑坡区养护维修关键任务。4.2.2路基坍毁落石防治坍毁落石是堑坡或其上山坡岩块土石发生坍毁或坠落造成危害地质现象。含有忽然、快速和较难估计特点,是地形、地质比较复杂山区铁路十分常见路基病害,对铁路行车安全危害甚大,常常造成中止行车,甚至列车颠覆。形成坍毁原因陡峭高峻边坡
23、或山体斜坡,坡度大于45、高度大于30m,尤其是坡度在5575斜坡,是坍毁多发地段。由风化坚硬岩层组成又高又陡斜坡,如互层砂岩,稳定性更差,轻易形成坍毁。受地质结构影响严重,有很多结构面将岩体切割成不连续体斜坡,尤其是有两组结构面倾向线路,其中一组倾角较缓时,轻易向线路坍毁。水作用是产生坍毁关键原因。绝大多数坍毁发生在雨季或暴雨以后,因为水渗透,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,促进坍毁发生。其它如地震、爆破、人工开挖斜坡及列车震动等,全部是诱发坍毁原因。防治标准以预防为主,制早治小,一次根治,不留后患为标准。新建铁路应加强工程地质工作,对坍毁落石地段,严重者应
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