高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高速铁路路基工程地基沉降控制技术研究,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汇报提纲,一、研究背景,二、主要研究内容,三、研究方法与技术路线,四、主要研究成果及创新,五、推广应用与社会经济效益,六、科技查新情况,七、有待进一步研究的问题与建议,一、研究背景,截止至2021年底，我国高速铁路运营里程已突破1.6万公里，居世界第一；,时速350公里的高速铁路需要高度平顺和稳定的轨下根底，路基作为一种土工构筑物，其沉降变形控制关系到高铁列车能否平安、平稳与高速运营；,无砟轨道路基工后沉降控制标准高桥路过渡段不大于5mm，岩土材料具有低强度、多孔隙等特性，其变形具有大变形、非线性及非弹性特点，这两者(沉降标准的严格性与变形特性的复杂性)之间的矛盾是高速铁路路基建设需解决的关键性问题。,1.,高速铁路路基沉降控制标准,高速铁路,旅客列车设计速度,工后沉降量,（,km/h,）,一般地段,路桥过渡段,无砟轨道,250v350,15mm,差异沉降,5mm,折角,1/1000,路基构筑物的变形主要由路根本体变形和地基变形两局部组成。,实测资料说明：经分层压实后的路根本体变形量较小一般约为填高的1/1000，且填筑完成后沉降很快趋于稳定。,因此，地基沉降控制是路基沉降控制技术的研究重点。,一、研究背景,2.,高速铁路路基沉降组成,路基构筑物变形组成示意图,我国幅员辽阔，地形地貌、,岩土性质,差异,较大,；,一、研究背景,3.,我国高铁建设地理背景与地质条件,软土、松软土、,膨胀土、,湿陷性,黄土等特殊岩土,广泛分布；,气候,多样,在如此地质,复杂,、气候,多样,地区跨区域修建高速铁路,，沉降控制难度,相当,大,。,一、研究背景,日本：,高速铁路的先行者,，在复杂地质条件及松软地基条件下多以桥梁通过，高铁路基很少特别是无砟轨道路基更少。,国外研究现状,德国：,无砟轨道高铁的代表,，其地质条件相对简单，高铁地域跨度小，建设周期长。,4.,地基沉降控制研究现状,国外高铁以日本、法国和德国为代表,法国：,有砟轨道高铁的代表,，建设周期较长，对松软地基多采用排水固结法处理，时速,300,公里高铁路基工后沉降控制标准为不大于,50,毫米,。,由于地质条件、建设周期、轨道类型、沉降控制标准均不相同，国外高铁,可供我们借鉴的经验有限。,一、研究背景,国内研究现状,大规模高速铁路建设之前，我国针对软土地基进行了系统的研究，在普速铁路有砟轨道路基稳定控制及沉降控制方面取得了较大的进展；,由于无砟轨道路基工后沉降控制精度到达了毫米级，传统意义上无需处理的地基也需要进行处理，而此前研究很少涉及；,加之地基土变形特性复杂、沉降计算理论不完善、缺乏实践经验，沿用软土模式导致设计与实际相差较大；,随着京津、武广、郑西、京沪等高速铁路的建成运营，国内也开展了相关的研究，也为完善解决路基沉降变形控制问题提供了实践参考。,4.,地基沉降控制研究现状,由于沉降控制标准的提高，铁路路基加固设计从过去的“稳定控制转变成了现在的“变形控制，工后沉降控制仍然是高铁路基质量控制的关键。,在广泛分布的第四系地层上修建高铁，按现行设计理论几乎所有土质地基均需处理，有些硬塑土层加固桩长达30米以上，每公里地基处理费用到达了2000万元以上。根据已开通高铁沉降观测数据，实测沉降值与理论计算沉降存在着较大差异，地基处理的合理性、经济性存在着优化空间。,一、研究背景,5.,研究的重要性与意义,汇报提纲,一、研究背景,二、主要研究内容,三、研究方法与技术路线,四、主要研究成果及创新,五、推广应用与社会经济效益,六、科技查新情况,七、有待进一步研究的问题与建议,根据我国高铁建设规模、分布范围、特殊岩土的分布情况，本研究按照地基土的变形特性对软土、松软土、中等压缩土地基以及湿陷性,黄土、膨胀土,、,戈壁土等,特殊岩土,地基,进行系统研究。,高压缩性土沉降完成时间长，属传统意义上软土、松软土范畴，目前高铁地基一般采用刚性桩穿透处理，本次在以往研究的根底上进行了深化、系统化研究；中低压缩性土一般具有较高的结构强度和较低的压缩性，可以作为高速铁路路基持力层，但其变形特性，特别是变形随时间的开展规律尚不明确，是本课题研究的重点。,黄土、膨胀土、戈壁土地基除自身的压缩特性外，含水量变化能引起地基,湿,陷、胀缩,及,溶陷,变形，是沉降控制的,难点,，对其特殊变形特性进行了专门的研究。,二、主要研究内容,1.,主要研究对象,二、主要研究内容,2.,主要研究内容,1综合勘察方法及土工参数选取,2地基变形特性,3 沉降计算理论,基底附加应力；,压缩层厚度；,地基总沉降计算方法与修正系数,工后沉降估算方法与施工期完成比例。,4地基加固措施优化、沉降控制技术,5沉降预测方法,二、主要研究内容,3.,关键技术及难点,各类地基土沉降变形计算参数的精确获取与选择；,地基土沉降变形随时间的开展规律；,路基基底附加应力分布及地基中附加应力的传递规律；,各类地基土压缩层厚度确实定方法与判定标准；,路基总沉降修正系数取值及施工期沉降完成比例。,岩土种类的多样性,岩土变形性质的复杂性,沉降控制标准严格,计算理论,的局限性,难点,关键技术,本课题对以下八个方面进行了专题研究：,一：华东、华南地区中低压缩性土地基沉降控制技术研究,二：海东、胶济铁路中低压缩性土地基沉降控制技术研究,三：东北地区中低压缩性土地基沉降控制技术研究,四：松软土地基沉降控制技术研究,五：软土地基沉降控制技术研究,六：黄土地基沉降控制技术研究,七：膨胀土地基沉降控制技术研究,八：戈壁区低压缩性土地基沉降控制技术研究,二、主要研究内容,4.,研究课题组成,汇报提纲,一、研究背景,二、主要研究内容,三、研究方法与技术路线,四、主要研究成果及创新,五、推广应用与社会经济效益,六、科技查新情况,七、有待进一步研究的问题与建议,三、研究方法与技术路线,通过,综合勘察、室内试验、,现场填筑试验、理论研究、数值模拟等，,对不同,类型地基沉降变形特性、沉降计算方法、地基加固措施及沉降控制效果等进行全面系统的研究。,在,全国范围内,选择了,19,条,高,速,铁,路,，选取,34,处,典型,地基土,试验工点,三、研究方法与技术路线,课题由中国铁路总公司鉴定中心主持，中铁咨询院，铁一、二、三、四院参加，合作单位还包括西南交通大学、长安大学、中南大学、华中科技大学等高校。,课题试验经费1040万元，自2021年起，历时4年，于2021年通过铁路总公司科技部结题验收。,三、研究方法与技术路线,汇报提纲,一、研究背景,二、主要研究内容,三、研究方法与技术路线,四、主要研究成果及创新,五、推广应用与社会经济效益,六、科技查新情况,七、有待进一步研究的问题与建议,高精度获取岩土变形参数是沉降计算的关键。通过综合勘察试验，研究各类地基的变形特性，提出适宜的勘察方法和参数选取原那么。,1.提出了各类地基土勘察方法选取原那么,勘察方法的选取原那么,土类,勘察方法及变形参数选取,中,低压缩性土,土工试验与原位测试相结合（有地区经验优先采用,原位测试,方法，土工试验优先采用,高压压缩,试验）。,中,高压缩性土,静力触探,为主，结合室内试验。,高压缩性土,黄土,湿陷性,勘察优先采用探坑、探洞试验，,变形参数,采用钻探结合室内试验。,膨胀土,室内试验结合静力触探试验（有地区经验也可采用,标贯试验,）。,戈壁土,细粒土,静力触探或动力触探。,粗粒土,荷载试验、动探及标贯试验。,勘察方法及变形参数选取,中,低压缩性土,压缩系数较小，,a,在,0.17,0.24MPa,-1,之间,，,处于较低水平。,从不同区域不同成因的中,低压缩土工程性质来看，其普遍,具有低含水率、小孔隙比、高强度、,超固结性,等特征。,岩土参数及工程特性,2.,获得了各类地基土工程特性及变形参数,试验工点,合福合肥,宁安繁昌,宁安安庆,赣龙赣州,京沪宿州,京沪凤阳,吉珲铁路,张呼铁路,地层,硬塑黏土,硬塑粉质,黏土,硬塑黏土,硬塑含砾,黏土,硬塑粉质黏土,硬塑黏土,硬塑粉质,黏土,硬塑黏土,天然含水率,/%,21.30,20.88,24.78,24.18,29.20,22.67,21.30,23.70,天然孔隙比,e,0.65,0.69,0.71,0.75,0.86,0.67,0.64,0.72,压缩系数,/MPa,-1,0.20,0.20,0.17,0.24,0.22,0.19,0.20,0.18,压缩指数,C,c,0.186,0.160,0.191,0.176,0.17,0.19,0.105,0.165,压缩模量,/MPa,7.86,8.91,11.61,7.42,8.43,9.69,8.98,10.20,超固结比,OCR,/,2.420.9,4.321.4,1.68.5,1.03.9,3.54.8,2.211.5,1.03.8,通过对我国华北地区地形地貌、松软土成因、工程特性等综合分析，提出了华北地区松软土,5,个工程分区。,中高压缩性土,岩土参数及工程特性,2.,获得了各类地基土工程特性及变形参数,华北地区松软土工程分区,3.,首次,建立了,基于变形特性的高速铁路,地基土分类体系,当,a,0.1MPa,-1,时，为低压缩性土,当,0.1MPa,-1,a,0.3MPa,-1,时，为中低压缩性土,当,0.3MPa,-1,a,0.5MPa,-1,时，为中高压缩性土,当,a,0.5MPa,-1,时，为高压缩性土,该分类已,不适应高速铁路设计精度需求,，本课题研究通过大量综合勘察及对土工试验资料统计分析，结合现场试验段长期沉降监测，基于路基沉降变形控制目的，首次提出将地基土按照压缩系数,a,划分为低、中低、中高、高压缩性四类。,?铁路工程岩土分类标准?将黏性地基土按照压缩系数a划分为低、中、高压缩性三类。,当,a,0.1MPa,-1,时，为低压缩性土,当,0.1MPa,-1,a,0.5MPa,-1,时，为中,等,压缩性土,当,a,0.5MPa,-1,时，为高压缩性土,4.,获取了各类,地基土,地基,变形特性,4.1,低压缩性土地基变形特性,低压缩性土a 0.1MPa-1一般可不考虑沉降时间效应，能够直接作为高速铁路路基根底。,兰新试验段监测资料说明，采用冲击碾压、重锤夯实等处理后总沉降都很小，最大沉降量均不到5mm。,粗粒土,兰新柴窝堡试验工点不同处理措施地基沉降曲线,4.1,低压缩性土地基变形特性,宁安城际安庆试验工点采用天然地基，填土高度为,49.3 m,，未进行深层处理。总沉降小，完成时间快，预测工后沉降小于,10mm,。,宁安安庆试验工点,DK249+860,断面,P-T-S,曲线,水平位移,4.,获取了各类,地基土,地基,变形特性,细粒土,不同成因的中低压缩黏性土都具有一定的超固结特性、较小的压缩指数。,室内高压试验卸载后回弹性变形较小，现场平板载荷试验能观察到明显的回弹现象，荷载小于,200kPa,时以弹性变形为主。,4.2,中低压缩性土地基变形特性,中低压缩性土0.1MPa-1a 0.3MPa-1沉降时间效应不明显，经过一段时间预压后可以直接作为高速铁路路基根底，上覆松软土层时可以作为地基加固桩基持力层。,4.,获取了各类,地基土,地基,变形特性,赣州试验工点高压及回弹e-lgP曲线,凤阳试验工点平板载荷回弹试验,P-S,曲线,变形稳定时间短，不同深度、不同压力水平下试样长期压缩曲线无明显差异，大局部变形在较短时间内完成。,4.2,中低压缩性土地基变形特性,4.,获取了各类,地基土,地基,变形特性,宁安繁昌试验工点土样,(300kPa),长期压缩试验曲线,天然地基沉降,4.2,中低压缩性土地基变形特性,路堤填筑期可完成总沉降的80%以上，经过短期放置13个月左右可完成总沉降的90%左