服役条件下高铁路基桩网结构土工格栅张拉试验研究

桩网结构路基已经在软土地区的高速铁路建设中取得了广泛的应用,服役期地基过大沉降、地下水淹没桩顶等引起桩网结构不合理受力,甚至导致格栅张拉破坏,目前仍缺乏深入的针对性观测和分析。建立一个全比尺的桩网结构路基模型试验,开展正常路基、桩间土过大沉降、路基浸水和路基水位下降4组典型工况的试验。同时采用前期研发的高速铁路路基动力效应试验装置施加车速达360 km/h、轴重为17 t和25 t的列车移动荷载,利用沉降板加位移传感器测量桩土的沉降变形量,利用光纤传感器测定了每组工况下的格栅拉力变化和空间分布规律,研究不同工况下相同的列车长期荷载对土工格栅拉力的影响。试验结果表明:在列车荷载作用下正常路基的桩网结构格栅最大拉力为5.9 kN/m,位于桩帽边缘处,为格栅抗拉强度的11.8%;桩间土发生过大沉降后格栅拉力最大值仍位于同一位置即桩帽边缘处,为11.85 kN/m,为格栅抗拉强度的23.7%。水位上升后桩网结构格栅拉力下降,但在列车荷载作用下格栅拉力又迅速增长,最大拉力为12 kN/m,水位下降后在列车荷载作用下格栅最大拉力为10.5 kN/m。桩网结构路基的规范设计中对格栅拉力的计算偏于保守,模型试验结果对实际工程中桩网结构路基的设计以及理论方法的验证有一定的指导和借鉴意义。

路基填土挤扩锚杆现场试验研究

以汕湛(汕头—湛江)高速公路揭博(揭西—博罗)段的水毁边坡应急抢险工程为依托,开展了路基填土挤扩锚杆现场试验,对比研究了普通锚杆、单盘挤扩锚杆和双盘挤扩锚杆结构力学特性。结果表明:普通锚杆其锚固段前3 m(自锚杆自由段与锚固段接触点起向锚固段延伸至3 m)承受的拉力占比为33.35%;单盘锚杆锚固段前3 m承受的拉力占比为56.65%,双盘锚杆锚固段前3 m承受的拉力占比为61.50‰;单盘锚杆实测极限抗拔承载力为普通锚杆的1.89倍,双盘锚杆为普通锚杆1.73倍;单盘锚杆、双盘锚杆与普通锚杆相比塑性位移占比较低,变形控制效果良好;单盘挤扩锚杆和双盘挤扩锚杆具有良好的工作特性,适合于承受较高荷载的工程应用。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

基于钢垫梁临时架空结构的铁路隧道基底托换整治技术及应用

铁路隧道基底结构在长期运营过程中发生破损、沉降或上拱等问题,严重时危及隧道运营安全,因此基底结构安全高效地重构很有必要。在充分考虑架空技术适用性、施工便捷性基础上优化既有架空结构,提出适用于铁路运输特点及隧道施工环境的钢垫梁架空结构,分析隧道基底结构全幅、分段、跳槽拆换的技术特点,形成了基于钢垫梁临时架空结构的铁路隧道基底托换整治技术方案和适用不同道床类型的托换工艺。在一既有隧道基底托换整治工程中进行应用,并验证其技术效果。结果表明,钢垫梁基底结构托换整治技术适用于天窗短、空间小的复杂隧道环境,具有结构灵活、施工便捷、适应工况多等优点,应用效果良好。

降雨-蒸发循环作用下柔性支护处治膨胀土边坡的渗流及稳定性研究

为探究土工格栅柔性支护处治膨胀土边坡的机理,基于广西百色地区的气候数据资料,运用Plaxis有限元软件分析了实际大气降雨-蒸发循环作用下柔性支护处治膨胀土边坡的温度、渗流变化及边坡稳定性。结果表明:边坡土体温度变化随着深度的增加而减小,在浅层温度变化最显著,最后逐渐趋于平缓。温度场的影响范围远大于渗流场,温度的改变很难对碎石层后部土体造成影响,深部土体温度在降雨-蒸发循环下仍保持稳定,土体中基质吸力、边坡安全系数与天气条件之间变化规律一致。柔性支护结构的存在能有效阻挡雨水渗入膨胀土边坡,保持膨胀土边坡含水率的长期稳定,有效阻隔蒸发蒸腾作用对膨胀土边坡的影响,维持了膨胀土体较高的抗剪强度,起到防渗保湿效果。

复杂路堑多级高边坡综合生态防护施工技术研究

本文基于现有生态防护技术中砼预制格布设质量和整体性、坡面锚杆支护、有机基材喷射结构整体性等方面技术难题,结合工程实际情况,从施工装置和施工技术角度出发,研究形成了复杂路堑多级高边坡综合生态防护施工技术,该施工技术可降低边坡生态防护的现场施工难度,提高现场施工效率。

公路施工路基缺陷加固技术的应用探究

在公路施工中,路基防护加固工程内容最为重要,因为该工程内容能够有效防治路基病害问题,提高路基稳定性。所以本文中探讨了公路施工路基缺陷加固问题及其发生成因,并对施工中路基缺陷加固技术的关键实践应用要点展开深度探究。

基于PSO-SVM的无砟轨道路基沉降病害识别

为了探究实时、准确的路基不均匀沉降识别方法,以CRTSⅠ双块式无砟轨道路基沉降病害为研究对象,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型,讨论不同路基沉降状态下的车辆-轨道系统振动规律,选取路基沉降识别敏感特征,并基于粒子群优化支持向量机算法实现对无砟轨道路基沉降病害的有效识别。研究结果表明:钢轨及道床的垂向位移对路基沉降变化较为敏感,随沉降幅值的增大而增大,随沉降波长的增大而减小,而路基沉降对钢轨及道床垂向振动加速度影响较小,利用轨道结构振动响应判断路基沉降状态可行性较低。车体、转向架及轮对垂向振动加速度随着路基沉降幅值增大而增大,其中车体、转向架对路基沉降幅值变化相对敏感,而轮对相对不敏感。随着沉降波长增加,车体与转向架垂向振动加速度先增大后减小,车体对沉降波长的敏感程度远高于转向架,故可将车体垂向振动加速度作为识别敏感特征。车体垂向加速度振动信号对无砟轨道路基沉降波长的识别准确率高于对沉降幅值的识别准确率,其中沉降幅值为20 mm时的识别准确率为84.78%,表明算法在该工况下的识别性能相对较低,但仍能保证一定的准确率,而对于无沉降和不同沉降波长工况,算法识别准确率接近100%。研究成果证明了粒子群优化支持向量机算法可实现对无砟轨道路基沉降的有效识别。

山区铁路高陡路基边坡绿色防护研究

在福建等花岗岩地区,因水土流失较严重且坡率较陡(<1∶1.5),难以有效实现铁路路基边坡的绿色防护。在赣龙铁路长汀南站、河田站开展大型原位路基工程绿色防护试验研究,创新绿色支护结构形式,提出多种新型绿色支护结构,实现陡路基边坡和花岗岩路基边坡的绿色防护,增加绿化面积42%;优化桩间距、桩长等支护结构尺寸,节省成本约12%。研究表明,花岗岩路基边坡采用椰纤维网防护,可有效防止水土流失,实现花岗岩路基边坡的绿色防护;采用大桩间距预加固桩后置的形式和框架锚杆联合基材,可以满足全坡面绿色防护的要求;采用“抗滑桩+桩间土钉”绿色防护结构,通过土钉联合表层短锚杆和三维固土网垫固定的基材,可实现抗滑桩之间的绿色防护。研究结果表明,该设计可解决花岗岩地区路基边坡水土保持的难题,拓展边坡绿色防护的领域,有效地改善铁路周边的水土保持和生态环境。

下穿既有高速公路的隧道超前支护措施与开挖方法研究

某新建隧道下穿既有高速公路,该区域土体较差,隧道围岩等级为V级。本研究基于有限元软件FLAC3D,以降低对既有高速公路影响为原则,利用有限元仿真对比分析无超前支护措施、小导管注浆、小导管+单层管棚和小导管+双层管棚4种超前支护措施和三台阶七步法、CD法、双侧壁导坑法3种开挖方法。本研究选取的控制分析指标主要有高速公路地表沉降值、隧道洞周位移、初期支护拉压应力。仿真结果表明,超前支护为小导管注浆的双侧壁导坑法和超前支护为双层管棚的三台阶七步法均满足要求,综合对比分析施工应力应变、工期和成本等因素,并考虑到该隧道工程地质条件较差,参照同地区类似项目的做法,推荐的综合施工方法为超前支护为双层管棚的三台阶七步法。

基于IPSO-LSSVM模型的公路路基沉降预测

为了对公路路基沉降监测数据进行准确分析,本文依据当前监测数据对未来某段时间的变形趋势进行预测,结合最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machines,LSSVM)模型与改进的粒子群优化算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)在数据预测与参数寻优中的优势,构建新的IPSO-LSSVM组合预测模型。该组合预测模型通过IPSO算法不断优化LSSVM模型中的惩罚因子C与核函数参数σ,避免参数选取随意造成预测精度不高的问题。最后使用实测某公路路基沉降数据对本文提出模型的有效性与优越性进行检验,结果表明,经IPSO算法优化的LSSVM模型预测精度更高,稳定性更好,可为变形预测提供一定参考。

桩网支承路基力学性能数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立桩网支承路基三维模型,分析桩间距、桩帽尺寸、软土层模量、下卧层模量和格栅模量等关键参数对桩网支承路基沉降、桩土应力、垫层上方应力、加筋网垫承担的应力、桩土荷载和格栅拉力等的影响。结果表明,桩土差异沉降受软土层模量影响最大,路基存在明显的应力集中即"土拱"效应,加筋网垫承担的竖向应力随下卧层模量、软土层模量和置换率的增大而减小,随格栅模量的增大而增大,两桩帽间格栅竖向变形近似呈悬索形状,上层格栅受到的拉力约为下层的0.4倍。

南宁外环膨胀土路基处治技术及设计方案研究

拟建南宁外环路穿越膨胀土分布区,若实施刚性支挡难以保证开挖边坡稳定,沿用弃土换填方案填筑路堤至少需废240万方,使工程投资大增并严重破坏生态环境,为此,研究运用膨胀土处治新技术进行路基工程设计。通过系统土性、填料性质试验,论证了物理处治技术修建膨胀土路堤的可行性;采取FLAC和极限平衡分析,获得实施柔性支护前后典型膨胀土堑坡的稳定性。基于试验、理论分析并借鉴交通部西部膨胀土项目的成功经验,提出两种封闭包盖措施填筑南宁膨胀土下路堤、不同边界条件下的路堑边坡柔性支护设计方案。对比分析表明,采用新技术效益明显,能实现南宁外环高速路安全、经济、节能环保的修建目标。

路基拓宽工程中桩承式加筋路堤处理的数值分析

为掌握拓宽路堤荷载作用下桩承式加筋路堤的工作特性及其处理效果,建立了三维有限元分析模型,采用土水耦合单元模拟地基土,三维薄膜单元模拟土工格栅,并基于接触单元考虑桩土界面的状态非线性,从土拱效应、土工格栅的拉膜效应以及桩土作用等方面验证了桩承式加筋路堤的工作机理。计算结果表明:土工格栅最大拉力发生在原坡脚位置的桩帽边缘处,外侧桩帽边缘的格栅应力逐渐减小;桩承式加筋路堤可使地表不均匀沉降由50.0 cm减小为8.3 cm,超孔隙水压力由63.7 kPa下降为11.0 kPa,并避免了老路基顶面出现的反坡现象,但在老路基处仍出现了较大的地基沉降和超孔隙水压力,故应充分重视老路边坡位置的地基处理。

高速公路路基工程施工与养护决策支持系统

在分析当前路基工程施工与养护存在问题的基础上,文章提出了高速公路路基工程施工与养护决策支持系统,从数据支持、基础应用和高级应用3个层次设计了系统的逻辑结构,从信息采集管理、查询统计、工程可视化分析及辅助决策等方面阐述了系统应具备的功能,并从地理信息系统、工程信息建模及岩土工程数值分析等方面探讨了建立系统的若干关键技术。

徐连线软土路基接触网支柱基础的研究

研究目的:改建铁路陇海线徐州至连云港电气化工程中,连云港地区表层为软黏土(海积黏土、淤泥质黏土),其下为淤泥,地基承载力低;地基沉降变形大,容易产生不均匀沉降;当受到外界扰动时易引起土体结构破坏,致使土的强度急剧下降;工程地质条件差。针对该工程软黏土路基,结合既有线路电气化改造现状,研究适用于徐连线软黏土路基接触网支柱基础的处理方案。研究结论:(1)在表层土较深的高填方地段,采用T型基础,利用基础翼缘部分主要承受垂直荷载,基础自身不会沉降,深入软土部分开挖量小,对既有行车安全影响小;(2)对路基填土厚度不足2.0m的区段,采用浅埋扩大底基础,首先换填基底材料,采取先抛片石对软土路基进行局部加强后,再填砂石土夯实,将基础底部承载力提高到设计值后,再进行扩大底基础的施工,降低基础对原状土承载力的要求;(3)浅埋扩大底基础,经现场试验验证,接触网基础顶面的水平位移、基础转角及支柱柱顶挠度满足设计要求,安全可行;(4)研究成果对于其他地区特殊地质条件下接触网支柱基础的处理方案具有较大的指导意义。

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。

基于最小二乘支持向量机的高速铁路路基沉降预测

高速铁路路基的施工环境复杂,沉降监测数据往往是不等时距的。鉴于最小二乘支持向量机拥有强大的非线性拟合能力,使用最小二乘支持向量机建立沉降与时间的关系函数,以等时间步长插值得到路基的等时距沉降时间序列,建立基于最小二乘支持向量机的高速铁路路基沉降预测模型。分别运用给出的预测模型和BP神经网络与灰色理论联合方法对杭甬铁路客运专线上虞北站5个路基沉降监测断面进行路基沉降预测,并与现场实测数据对比。结果表明,短时距的最小二乘支持向量机预测模型比BP神经网络与灰色理论联合方法的预测精度高,预测结果更稳定,外推预测沉降更可靠。

桩承式加筋路堤荷载分担比计算方法

针对桩承式加筋路堤作用机理复杂的问题,分析路堤填土-筋材-桩-桩间土在路堤荷载作用下的荷载传递机理.根据位移、应力连续条件,将路堤填土和加固区作为统一的整体考虑.将一定厚度水平向的加筋垫层视为具有刚度的薄板,考虑土工格栅的加筋作用,采用大挠度薄板理论计算筋材的挠曲变形.考虑路堤填土的土拱效应和路基桩土相互作用,推导在桩体打穿和未打穿软土层2种情况下桩承式加筋路堤荷载分担比的求解方法.采用相关文献中的模型试验结果对提出的计算方法进行验证.结果表明,采用该方法计算出的桩土应力比与实测结果比较接近,可为工程实践提供设计理论参考.

高速铁路无砟轨道路基面支承刚度研究

研究目的:为描述高速铁路结构设计中路基和地基的整体结构性能,提出并解释了路基面支承刚度概念,并对其工程意义及设计检测方法进行探讨。研究结论:路基面支承刚度是无砟轨道结构分析的重要参数,也是实现无砟轨道线下基础纵向刚度匹配的关键指标,可用于描述基床表层顶面对轨道结构地面的结构支承性能,同时也可作为轨道结构对路基结构性能的要求。通过对路基层状体系竖向刚度组合优化设计,可以实现路基面支承刚度的控制;通过不同断面的路基竖向刚度组合设计,可以实现线路纵向刚度调整,实现路基与其它构筑物刚度匹配。路基面支承刚度可通过承载板试验进行测试,承载板面积宜为1.0×1.0m2～1.5×1.5m2。