1、石家莊鐵道大學畢業論文膨脹土地區鐵路路基病害形式及整治措施研究Expansive soil in railway roadbed disease forms and regulation measures2015 屆 專 業 鐵道工程技術 學 號 學生姓名 指導教師 完成日期 2015年6月15日畢業論文成績單學生姓名學號班級專業鐵道工程技術畢業論文題目膨脹土地區鐵路路基病害形式及整治措施研究指導教師姓名王天亮指導教師職稱副教授評 定 成 績指導教師 王天亮得分評閱人得分答辯小組組長舒玉得分成績： 院長簽字： 年 月 日畢業論文任務書題 目膨脹土地區鐵路路基病害形式及整治措施研究學生姓名學號班

2、級 專業鐵道工程技術承擔指導任務單位 石家莊鐵道大學指導教師 指導教師職稱 副教授一、主要內容就膨脹土研究的歷史、主要特性、主要研究內容、物理力學特性、分類、改良方法和發展趨勢等方面進行綜合介紹，基本反映了目前膨脹土研究的現狀，為今后膨脹土理論分析和試驗研究提供參考任務：通過文獻查閱、現場調查、資料搜集等方式，調查膨脹土地區鐵路路基病害形式，分析成因，并提出整治措施。二、基本要求1、收集有關工程施工的相關資料，熟悉相的基本理論，并針對具體的實例進行分析研究。2、論文應層次清楚、語句通順、論點正確、論據充分，所引用的實證資料真實可靠。三、主要研究方法 1.文獻歸納法2.理論研究法3.實例分析法四

3、、應收集的資料及參考文獻1劉曉暉，潘愛華，劉小毅合六葉高速公路六安連接線膨脹土路基處理公路與汽運，2009，(02)2登峰，郭朋超膨脹土鐵路路基施工技術uJ鐵道標準設計2004，(06)3李國軍膨脹土地段鐵路路基施工技術鐵道建筑，2000，(07)4陳善雄，李伏保，孔令偉弱膨脹土工程特性及其路基處治對策卟巖土力學，2006，(03)5杜翔斌鐵路膨脹土路基填筑試驗研究卟鐵道工程學報，2007，(05)6揚若芳，揚燦文防治翻泉冒泥新技術一土工聚合物的應用M 北京：鐵道出版杜1998：4117陸士強等土工合成材料應用原理M 北京：承利電力出版社，1994：68728兗石鐵路泉林段膨脹土路基翻漿冒泥成

4、因及整治研究報告R煙臺：魯東大學土木工程學院、濟南鐵路局鴻運巖土工程公司，2005五、研究進度計劃安排論文進度安排1. 第1周至第4周：分散實習，搜集相關資料；2. 第5周至第7周：集中實習，撰寫開題報告；3. 第8周至第11周：撰寫論文；4. 第11周至第12周：論文中期檢查；5. 第12周至第15周：撰寫并完善論文；6. 第16周：進行論文答辯。 教研主任簽字： 時間： 年 月 日畢業論文開題報告題 目膨脹土地區鐵路路基病害形式及整治措施研究學生姓名學號班級專業鐵道工程技術一、研究背景作為在全世界范圍內分布非常廣泛的一種特殊豁土膨脹土有著這樣的性質，也就是膨脹土當遇水的時候會發生膨脹并且失

5、水收縮開裂，而且當其反復脹縮將會導致土體強度的減小，這些都對于鐵路建設工程安全性有都有著巨大隱患。因而對于鐵路建設項目的施工以及后來的運營而言，需要地預防整治膨脹土地區鐵路基床病害。這些病害主要有路基下沉等表現，而且其中里面基床翻漿最為明顯，在全球范圍內，膨脹土的分布都非常廣泛，一直到當今為止，膨脹土所分布的地方以及國家遍布世界各地f11，例如中國、俄羅斯、加拿大、印度等國家，膨脹土年蒸發的蒸騰量超過甚至都超過了在半干旱地區年降雨量，而且膨脹土分布比較集中的位置大概處于在北緯60度至南緯50度的區間。可見膨脹土的分布之廣，對于一些建設項目工程都有著很大的威脅。 對于膨脹土而言，有明顯脹縮性、多

6、裂隙性等特點，而且這些特征都會引起鐵路工程施工及維護方面的不安全圓。到現在為止，中國的京九、南昆等幾條鐵路干(支)線，運行通車后這些膨脹土地區的路基段都產生了路基病害，甚至有的路基損壞率達到75，路基基床病害很常見。二、國內外研究現狀最早的膨脹土的工程問題是1938年美國墾務局在一座鋼制虹吸管工程中首認識并報道的，隨后引起了世界范圍內的廣泛關注。自1965年在美國召開首屆國膨脹土會議之后，每4年1屆；國際工程地質大會、國際土力學及基礎工程大會以及許多地區性的國際會議中都將膨脹士工程問題列為重要的議題。英國、前蘇聯、美國、日本和羅馬尼亞等國都高度重視并組織力量專門研究膨脹土的工程性質，制定有關的

7、規范。20世紀70年代初，我國也開始有組織、有計劃地在全國范圍內開始大規模進行膨脹土特性的試驗及理論研究工作。先后進行了膨脹土普查并選擇了若干試驗研究基地建立長期觀測網。在試驗技術、基礎理論研究及與工程建設密切相關的膨脹土處理措施等方面都積累了豐富的資料，取得了一些成果，并已編制出膨脹土規范。2O世紀8090年代膨脹土的研究重點主要集中在鐵路路基處理上，鐵路系統曾連續3次組織召開了全國膨脹土工程研究學術會議。此外，全國土力學及基礎工程學會、鐵道學會和工程地質學會等在全國性的學術會議中也設膨脹土專題討論。20世紀90年代以后，隨著高速公路和基礎設施建設的發展，針對膨脹土工程問題的系統試驗研究和試

8、驗成果分析，在論和實踐上獲得了很多有價值的資料。膨脹土的工程問題已成為世界性的研究課題，引起了各國學術暴和工程暴的高度重視。自1965年在美國召開首屆國際膨脹土會議之后，每四年一屆，今年在美國DALLAs召開了第七屆會議。此外，國際工程地質大會、國際土力學及基礎工程大會以及許多地區性的國際會議都將膨脹土工程問題列為重要的議題。英國，前蘇聯，美國、日本和羅馬尼亞等國都先后組織力量專門研究膨脹土的工程性質，制定有關的規范，充分反映了各國對膨脹土工程問題的高度重視及采取的科學態度。我國對膨脹土的工程問題給予了極大的重視。在七十年代開始，有組織地在全國范圍內開展了大規模韻膨脹土研究工作。在壘國十余個省

9、區進行了膨脹土普查，并在此基礎上選擇了若干試驗研究基地，建立了長期觀測網。在處理工程問題的實踐經驗、試驗技術和基礎理論等方面都積累了豐富的資料，取得了一批成果。八十年代后期鐵道部重點課題“裂土的工程性質及其在鐵路工程中的應用技術條件的研究”的研究成果獲國家科技進步二等獎，從一個方面代表了我國現在的研究水平。原國家建委系統先后兩次組織了全國膨脹土地基設計專題研究學術討論會鐵路系統連續三次組織召開了壘國膨脹土(裂土)工程研究學術會議。此外，全國土力學及基礎工程學會、鐵道學會和工程地質學會等在全國性的學術會議中也設膨脹土專題討論。我國膨脹土研究工作主要集中在以下幾個方面：(1)工民建膨脹土地基問題，

10、(2)膨脹土地區的筑路工程問題J(3)膨脹土的筑壩問題，(4)膨脹土工程性質及測試技術等。其研究成果集中體現在有關的技術規范中。自1978年以來，先后制定了“膨脹土地區建筑技術規范一、“鐵路路基裂土(膨脹土)工程技術條件暫行規定 J “鐵路膨脹土工程地質勘鍘規則”也正在編制，“膨脹土地區營房建筑技術規定”也巳制定在軍隊內實施“脹縮土筑壩巳納入“碾壓式土石塤設計手冊”。四、預期達到的結果了解認識膨脹土的特征、工程性質、以及膨脹土對路基施工的危害.首先，文獻歸納。檢索與本課題有關的文獻，認真閱讀，收集有價值的資料。其次，理論研究。整理膨脹土的相關概念，通過收集來的資料進行理論究。最后，實例分析。結

11、合理論研究與實際案例進行分析，得出實用的方案。指導教師簽字：時 間：年 月 日摘要膨脹土是影響道路及其它構造物建設的一種特殊土質，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應著重從影響其物理.力學性質變化的內在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學性質達到處理的目的。膨脹土及其工程病害問題一直是當今國內外工程地質領域一直沒有妥善解決的世界性技術難題，全世界每年因此造成的經濟損失達150億美元以上，其中我國是受災害最嚴重的國家之一。因此對于膨脹土的研究還任重而道遠。關鍵詞： 膨脹土 特殊土質 嚴重 工程病害AbstractExpansive soil is the influence

12、 of the construction of roads and other structures a kind of special soil, in the practical engineering, the damage is huge. Should solve the problem of expansive soil, emphatically from affect its physical.The internal factors and external factors of mechanical properties change, and by changing th

13、e mechanical properties of soil to achieve the purpose of processing. Expansive soil and its engineering disease problem has always been the engineering geology field both at home and abroad has not been properly solve technical problem worldwide, every year around the world therefore, the economic

14、losses caused by more than $15 billion of our country is one of the worst affected by the disaster. So the research for the expansive soil is still a long way to go.Key words: expansive soil Special soil serious engineering diseases目 錄第1章 緒論11.1膨脹土研究的意義11.2國內外研究現狀11.3研究內容及方法2第2章膨脹土的工程特性32.1膨脹土的簡介3膨脹

15、土的定義3主要性質3含水量32.2膨脹土的分布情況4我國膨脹土分布4世界膨脹土分布42.3膨脹土的工程特性4膨脹土的裂隙性4膨脹土的脹縮性6膨脹土的抗剪強度特性7膨脹土的風化特性7第3章膨脹土路基的病害特征及成因分析83.1膨脹土路基的病害特征8滑坡8坍滑8溜塌93.2膨脹土路基病害產生機理10滑坡產生機理10路基下沉產生機理10溜塌產生機理10坍滑產生機理103.3膨脹土路基的防治措施11膨脹土路基病害防治常規方法和措施11路基邊坡防護11加強排水措施123.3.4膨脹土路塹邊坡病害防治措施13第4章特殊土路基的病害整治實例154.1實例一：淮南線膨脹土路基基床下沉病害的整治研究15工程背景

16、介紹154.1.2淮南線膨脹土基床病害的發生原因15淮南線基床病害的整治16整治效果184.2實例二新建云桂鐵路南寧樞紐SN一2標改建湘桂左線GXGDK802+400GXGDK802+740路塹擋護工程19工程背景介紹19病害產生原因19整治措施19整治效果214.3實例三兗石線膨脹土路基翻漿冒泥病害21工程背景介紹21翻漿冒泥產生原因分析21整治翻漿的措施22整治效果24第5章結論與展望255.1結論255.2展望25參考文獻26致謝27第1章 緒論1.1膨脹土研究的意義膨脹土及其工程病害問題一直是當今國內外工程地質領域一直沒有妥善解決的世界性技術難題，全世界每年因此造成的經濟損失達150億

17、美元以上，其中我國是受災害最嚴重的國家之一。我國是膨脹土分布廣、面積大的國家之一，先后己有20多個省市發現有膨脹土，其中主要分布膨脹土是粘粒成分主要由親水礦物(主要是蒙脫石、伊利石、高嶺石等)組成，液限大于40%，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征的粘性土。在自然條件下，一般多呈硬塑或堅硬狀態，具黃、紅、灰白等色，裂隙較發育，常見光滑面和擦痕。膨脹土分布廣泛，在世界六大洲的40多個國家都有分布。據統計，美國由于膨脹土造成的損失平均每年高達20億美元以上，已超過洪水、颶風、地震和龍卷風所造成的損失的總和，全世界每年造成的損失達50億美元以上。在河南、湖北、廣西、云南等省，在內蒙、東北等

18、地也有發現。早在五六十年代，就因其工程問題引起人們對它的重視。我國由于膨脹土地基致害的建筑面積達1000萬m2左右，鐵路、公路及建筑物受到的危害也很嚴重。南水北調中線工程將穿過三百余公里的膨脹土地區，膨脹土渠坡的穩定問題對工程的正常運行至關重要。研究解決膨脹土邊坡穩定問題具有實際意義。因此對于膨脹土的研究還任重而道遠。1.2國內外研究現狀最早的膨脹土的工程問題是1938年美國墾務局在一座鋼制虹吸管工程中首認識并報道的，隨后引起了世界范圍內的廣泛關注。自1965年在美國召開首屆國膨脹土會議之后，每4年1屆；國際工程地質大會、國際土力學及基礎工程大會以及許多地區性的國際會議中都將膨脹士工程問題列為

19、重要的議題。英國、前蘇聯、美國、日本和羅馬尼亞等國都高度重視并組織力量專門研究膨脹土的工程性質，制定有關的規范。20世紀70年代初，我國也開始有組織、有計劃地在全國范圍內開始大規模進行膨脹土特性的試驗及理論研究工作。先后進行了膨脹土普查并選擇了若干試驗研究基地建立長期觀測網。在試驗技術、基礎理論研究及與工程建設密切相關的膨脹土處理措施等方面都積累了豐富的資料，取得了一些成果，并已編制出膨脹土規范。2O世紀8090年代膨脹土的研究重點主要集中在鐵路路基處理上，鐵路系統曾連續3次組織召開了全國膨脹土工程研究學術會議。此外，全國土力學及基礎工程學會、鐵道學會和工程地質學會等在全國性的學術會議中也設膨

20、脹土專題討論。20世紀90年代以后，隨著高速公路和基礎設施建設的發展，針對膨脹土工程問題的系統試驗研究和試驗成果分析，在論和實踐上獲得了很多有價值的資料。自1965年在美國召開首屆國際膨脹土會議之后，每四年一屆，今年在美國DALLAs召開了第七屆會議。在七十年代開始，有組織地在全國范圍內開展了大規模韻膨脹土研究工作。在壘國十余個省區進行了膨脹土普查，并在此基礎上選擇了若干試驗研究基地，建立了長期觀測網。在處理工程問題的實踐經驗、試驗技術和基礎理論等方面都積累了豐富的資料，取得了一批成果。八十年代后期鐵道部重點課題“裂土的工程性質及其在鐵路工程中的應用技術條件的研究”的研究成果獲國家科技進步二等

21、獎，從一個方面代表了我國現在的研究水平。原國家建委系統先后兩次組織了全國膨脹土地基設計專題研究學術討論會鐵路系統連續三次組織召開了壘國膨脹土(裂土)工程研究學術會議。1978年以來，先后制定了“膨脹土地區建筑技術規范一、“鐵路路基裂土(膨脹土)工程技術條件暫行規定 J “鐵路膨脹土工程地質勘鍘規則”也正在編制，“膨脹土地區營房建筑技術規定”也巳制定在軍隊內實施“脹縮土筑壩巳納入“碾壓式土石塤設計手冊”。1.3研究內容及方法就膨脹土研究的歷史、主要特性、主要研究內容、物理力學特性、分類、改良方法和發展趨勢等方面進行綜合介紹，為今后膨脹土理論分析和試驗研究提供參考任務：通過文獻查閱、現場調查、資料

22、搜集等方式，調查膨脹土地區鐵路路基病害形式，分析成因，并提出整治措施。第2章 膨脹土的工程特性2.1膨脹土的簡介2.2膨脹土的分布情況2.3膨脹土的工程特性土表層的進一步風化創造條件，同時，裂隙又成為雨水進入土體的通道，含水量第3章 膨脹土路基的病害特征及成因分析3.1膨脹土路基的病害特征如圖3-1圖3-2所示如圖3-3圖3-4所示 圖 滑坡產生機理路堤滑坡與填筑膨脹土的類別、性質、填筑質量以及基底條件等有關。若用灰白色強膨脹土填筑堤身，則形成人為的軟弱面；填筑質量差，土塊未按要求打碎；基底有水或淤泥未清除，處理不徹底；邊坡表層破壞未及整治等，都有可能產生滑坡。因此，膨脹土路堤有從堤身滑動的，

23、也有從基底滑動的。滑坡滑坡的產生主要是由于膨脹土的裂隙性所致。有的滑坡從坡腳一直牽到邊坡頂部，破壞性很強。路基下沉產生機理路基下沉由于膨脹土初期強度較高，不易壓實，但路基建成后在自身脹縮及外界風化、荷載等共同作用下，路基會產生不均勻下沉。縱向裂縫路肩尤其是邊緣部分，機械碾壓不到，使得填土達不到規定的密實度，因而沉降量大。另外，路肩受外界條件影響比較嚴重，容易產生與路的走向相同的裂縫。溜塌產生機理溜塌這種現象多發生在雨季，是邊坡表層最普遍的一種病害。主要是邊坡表層、風化層內土體吸水過飽和，在重力和滲透壓力作用下，沿坡面向下而產生的一種溜塌現象。坍滑產生機理坍滑邊坡淺層膨脹土在脹縮效應及風化作用下

24、，由于裂隙切割及水的作用，土體強度衰減，失去穩定性，沿一定滑面整體滑移并有坍落現象。膨脹土路堤填筑后，邊坡表層與內部填土的初期強度基本一致。但是隨著通車時間的延續，路堤經過幾個干濕季節的反復收縮與膨脹作用后，表層填上風化加劇，裂隙發展，濕脹干縮效應顯著，當有水滲入裂隙時，則膨脹土軟化，強度降低，導致邊坡坍滑發生。3.3膨脹土路基的防治措施膨脹土路基病害防治常規方法和措施（1）路基換填路基換填是膨脹土路基處理方法中最簡易而且有效的方法,即挖除膨脹土,換填非膨脹土或砂礫。換土深度根據膨脹土的強弱和當地的氣候特點確定。換土深度要考慮受地面降水影響而使土體含水量急劇變化的深度, 基本上在1m2m, 即

25、強膨脹土為2m,中、弱膨脹土為1m1.5m,具體換土深度根據調查后的臨界深度來確定。路基換填技術, 直接改變了路堤土體的物質成分, 降低有效蒙脫石含量, 減弱或消除膨脹性。該方法可以一勞永逸地治理病害, 但是工程量較大, 必須停車斷道。（2）濕度控制濕度控制法包括預濕和保持含水量穩定, 為控制由于膨脹土含水量變化而引起的脹縮變形, 盡量減少路基含水量受大氣的影響, 需在施工中采取一定的措施。如利用土工布或粘土將膨脹土路基進行包封, 避免膨脹土遇外界大氣直接接觸, 盡量減少膨脹土內部的濕度遷移。水利工程建設中經常采用膨脹土預濕法, 用水浸泡地基土或覆蓋非膨脹土以達到膨脹土的濕度平衡。（3）改性處

26、理改性就是利用石灰、水泥或其他固化材料通過與膨脹土的物理化學作用進行膨脹土的改性處理, 以達到降低膨脹土潛勢, 增加強度和提高水穩定性的目的。具體來說, 石灰的固化作用是由于鹽基交換、次生碳酸鈣膠結性、粘土顆粒與石灰相互作用形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物而顯現出來; 水泥的固化作用是由于鈣酸鹽與鋁的水化物和顆粒間的膠結作用, 膠結物逐漸脫水和新生礦物的結晶作用, 從而降低膨脹土的液限, 增大了膨脹土的塑限和抗剪強度;NCS固化材料除具有石灰、水泥的優點消除土的脹縮外, 還有吸水增強作用, 改善土的壓實性并生成微型路基邊坡防護路基邊坡防護與加固膨脹土路基病害多發生在邊坡上，因此路基邊坡的設計

27、與防護加固就顯得尤為重要。考慮到膨脹土的特殊工程性質，路基邊坡的設計要有利于邊坡穩定，有利于養護，一般采用直線式、折線式和平臺式三種類型。同時要放緩邊坡坡度，降低邊坡高度，并采取工程措施預防可能產生的邊坡破壞或對已經產生變形破壞的邊坡進行治理。邊坡的防護與加固措施應根據邊坡變形破壞類型與影響邊坡穩定的工程地質條件、環境地質條件、氣候條件、經濟技術指標等諸多因素來決定。概括為以下幾種：(1)植被防護適用于低邊坡的坡面防護。可于邊坡種植草皮及蒸發量小的植物，以減少水分蒸發，增強對邊坡土體的固結能力，但種植灌木不適用于路堤邊坡，它不利于保持路基土中水分的穩定。(2)骨架護坡廣泛應用于各類膨脹土中任何

28、坡度的邊坡，通常使用方格骨架護坡與拱形骨架護坡兩種，主要是對風化層土體起支撐穩固作用。骨架一般采用片石勾縫，寬0.5m，嵌入坡面深度應視邊坡膨脹土風化情況及氣候條件決定，一般不小于0.5m。當強風化層超過1.5m時，不宜采用骨架護坡。(3)三合土抹面適用任何坡度的邊坡坡面防護，可防止降雨和地表水對坡面的沖蝕，也可防止地表水滲入土體引起膨脹變形。但其溫度調節能力差，容易產生局部脹縮變形。(4)混凝土預制塊封閉其作用和性能與三合土抹面類似，但它對坡面表土膨脹可起到一定的抑制作用。(5)片石護坡適用于邊坡已產生局部破壞的各種坡段，整治膨脹土病害；也適用于新線的路塹邊坡，預防邊坡破壞發生。通常使用干砌

29、片石護坡和漿砌片石護坡兩種。(6)擋土墻防護這里所說的擋土墻是用于膨脹土路基邊坡穩定的支擋建筑物，有別于一般的土質邊坡坡腳墻。根據不同的土體結構特性有坡腳墻、坡腰墻和坡頂墻。因為膨脹土的特殊工程性質，擋墻位置除坡腳外還應考慮軟弱層與界面處；基礎應埋置在風化層以下，一般距地面不小于1.52.Om：墻背應回填砂與碎石，調整部分膨脹變形；墻頂應設一定寬度的平臺；擋墻必須設泄水孔。加強排水措施路基排水設施對膨脹土路基的穩定尤為重要，所有排水設施均應精心設計，要做好路基地面排水工程，使排水通暢，防止地表水下滲，浸潤土質。所有地面排水溝渠，尤其是近路溝渠均應鋪砌和加固，防止沖刷滲漏。邊溝應比一般地區適當加

30、寬加深，路塹邊溝外側應設平臺，保護坡腳免遭水浸，并防止剝落物堵塞邊溝。塹頂設截水溝，以防水流沖蝕坡面和滲入坡體，截水溝縱坡應利于排水。對于臺階形高邊坡應在每一級臺階內設截水溝以截排上部坡面水，且在截水溝與坡腳之間設一定寬度的平臺以利坡腳穩定。另外還要注意防止基底蒸發失水引起膨脹土干裂收縮。總而言之，膨脹土對工程的危害之大不僅體現在設計、施工過程中，它還會隨著季節氣候的不斷變化而產生反復的、較強的、潛在性的破壞。目前我國已有許多處公路、鐵路交通中斷，建筑物傾斜、下陷、防洪堤坍塌、山體滑坡等都是由膨脹土造成的。因此，對膨脹土的勘察防治尤為重要。3.3.4膨脹土路塹邊坡病害防治措施 3-7排水重力罩

31、面示例圖 3-8石籠擋墻處治淺層滑坡示意圖 3-9石籠擋墻處治深層滑坡示意圖4.1實例一：淮南線膨脹土路基基床下沉病害的整治研究工程背景介紹淮南線膨脹土路基基床下沉病害的整治研究4.1.2淮南線膨脹土基床病害的發生原因（1）膨脹土工程性質的影響眾所周知，形成基床病害的原因是土、水及列車動力三個主要因素作用的結果。據研究，基床土中小于0.005mm的粘粒含量大于30，液限大于32，塑性指數I大于l2，礦物成分以蒙脫石、伊利石為主，或以其中某一種為主，便極易產生基床病害。從表4-1和表4-2可以看出，淮南線該段線路基床土礦物以伊利石、蒙脫石為主，二者都是親水性很強的粘土礦物，它們的晶體晶層之間連結

32、力薄弱，水份極易進人各晶層之間，晶層間的的距離隨著含水量的增加而增大，以致引起土體體積的膨脹。另外，該段基床土的粘粒含量高達42.8，由于細顆粒含量高，比表面積大，親水性強，在水和列車動應力的共同作用下，基床土吸水膨脹軟化，承載力急劇降低，以致發生下沉擠出等基床病害（2）氣候的影響該區域氣候溫和，年蒸發量為800900ram，平均降雨量為汛期59月份。降水較多，基床排水不良，導致基床土抗剪強度的降低，從而引起基床下沉外擠。該段線路基床面以下，普遍存在一軟弱持力層，經對路基土做了五組輕便動探試驗，基床表層0.3m范圍內。平均值為l7擊，容許承載力為100kPa，均不能滿足規范中要求的既有線基床容

33、許承載力值不小于150kPa的標準，該層基床土相當軟弱，在動應力作用下，易下沉擠出。（3）車動荷載的影響路基基床是軌道結構的基礎不但承受著線路上部建筑的靜載而且承受著列車循環作用的動載，翻漿冒泥等淺層病害和下沉擠出變形等較深層的病害，均與路基基床動應力有關。當基面動載超過基床土體的承載能力時，隨著列車荷載的作用，道床會不斷地“切人”基床土體內，導致線路持續下沉。淮南線基床病害的整治（1）土工格室的材料性能本次試驗用的土工格室為北京燕山石化公司樹脂應用研究所研制開發的G100型和G150型。格室可折疊，展開后為呈蜂窩狀的三維結構，見圖4-1，厚度為1.25rnm的經改性的共聚聚丙烯制成，接縫用超

34、聲焊接，格間尺寸為20x22cm。材料橫截面為矩形均質攝氏23。時的抗拉強度為256NPa，焊縫剝離強度174Ncm。圖4-1蜂窩狀的三維結構采用土工格室整治基床土的設想是基于：基床土在列車動載作用下沉降的同時向兩側擴張，并伴隨著有路肩的隆起，因此在基床面下方存在著一個拉伸變形區域，如果將土工格室布置在這個區域，將產生拉力，提高基礎的承載力。本次試驗設計用土工格室整潔基床下外擠K195+130一K195+190，總長60m，其中K195+130一KI95+170鋪0.15m厚土工格室40m，K195+170K195+190鋪0.10m厚土格室20m。土工格室寬度4.0m設置于靠基床頂部，基面做

35、好4排水坡，先鋪10一厚砂墊層，以利于排水，其上再鋪格室，路肩用干砌片石垛加固，見圖2采用封鎖線路或不中斷行車，慢行1525k1Tdh條件扣軌施工，張拉土工格室須用鐵釬或木樁在周邊固定，要使土工格室盡量成方形，實際上是使土工格室有個預拉力，格室中填中粗砂。圖4-2 K195+170K195+190土木格室斷面整治圖（2）土工格室的動應變測試分析為研究土工格室在列車荷載作用下的變形情況，共布置二個斷面，分別在軌下、道心和枕木端頭外側下的15cm厚的土工格室內貼上應變片，以測得土工格室在列車通過時水平方向的變形情況。表1在車速1525kmh不同機車類型測得的動應變值。從表4-1看出，在列車輪子通過

36、的瞬間，軌下和道心的土工格室在水平方向表現為拉應變，軌下最大，動拉應變為9001O5O，平均990，道心拉應變為620830，平均715，而枕木端頭外側下的土工格室在列車通過時的動應變與軌下、道心下不同。主要表現為壓應變，基本無拉應變，最大壓應變150250，平均192。根據土工格室拉伸模量557MPa計算得，列車通過時，軌下土工格室最大拉應力為0.500.58MPa，道心下拉應力0.350.46MPa，遠小于土工格室抗拉強度25.6MPa，土工格室的強度能滿足強度要求，從以上分析還可知道，土工格室主要是在軌枕范圍內使基床土得到改善，故設計土工格室4.0m寬是保守的。測點位置 動應變 軌下 道

37、心 枕木端頭外側 一般值平均值 900-1050620-830-150-250 900715-192表1 車速1525 kmh不同機車類型測得的動應變值（3）土工格室加固基床土的機理分析從以上土工格室加固基床土后的動應力和土工格室的動應變的試驗分析，可以看出，土工格室加固基床土的作用主要表現為：土工格室加固砂墊層后，增強了砂墊層的整體性和剛度，減少不均勻沉降。這對于減小基床病害陷槽的發生和發展是有利的。在列車荷載作用下，土工格室對格網內砂的橫向變形起到約束作用，相當于增加了橫向主應力1，如果1不變，則剪應力(1一3)/2減小，故提高了被加固砂的抗剪強度，這與其它加筋土的機理是一致的。可以用摩爾

38、一庫倫強度理論解釋加固砂墊層抗剪強度提高的原因，單元體在1和3作用下產生橫向變形，當處于破壞的臨界狀態時，應力圓(1，3)與強度包線相切，當沿3方向有土工格室時，對橫向變形的限制作用相當于給單元體一個應力增量3，應力圓(1，3R)沒有達到破壞狀態，3R在作用下，破壞時可承受更大的1，即1R-3R大于1-3。采用土工格室加周砂墊層后有效地改善了動應力的分布，使加固砂墊層下基床土的動應力分布更趨均勻，從而達到加固砂墊層下基床土的目的。整治效果采用土工格室加固砂墊層的方法，不但提高了本身被加固的砂墊層的承載力，而且也使加固砂墊層下的基床土的動應力得到改善，這樣基床軟弱層只需挖去相當于格室深度的部分和

39、增加其下510的排水砂墊層，與傳統的換砂厚度0 5 m相比，使置換厚度減少0 203 m左右，而且土工格室質量輕，運輸方便，強度高，特別是能在狹小的空間里可操作，減少了換砂法由于置換深度大，勞動強度大，施工難度大的問題，可以縮短工期和干擾行車的時間，從這個意義上來說，也就節省了投資。淮南線使用土工格室加固基床后，經幾年的運營。證明效果是好的。現車速已由原來的25 kmh提高到80100 kmh。4.2實例二新建云桂鐵路南寧樞紐SN一2標改建湘桂左線GXGDK802+400GXGDK802+740路塹擋護工程工程背景介紹該工程位于南寧盆地，工程地質屬低山丘陵地貌，覆土層較厚，地表上覆細圓礫土，厚

40、0633m；其下為弱膨脹土，厚3N6m，下伏泥巖、泥質粉砂巖互層局部夾褐煤，具有弱膨脹性。本段路基以挖方通過，GXGDK802+428+668左側最大路塹邊坡高度約22m，原設計自上而下分層開挖，坡面采用人字骨架護坡和錨桿框架梁護坡，坡腳設置路塹樁板墻，塹頂外設置天溝。在施工過程中，20l1年9月30 日一10月7日臺風“納沙”、“尼格”相繼帶來的強降雨侵襲工地，至使改建湘桂左線GXGDK802+490+627左側坡腳樁板墻頂以上二、三級邊坡坍滑，下緣第三系巖層未蠕動變形。病害產生原因本段路基巖土以弱膨脹土為主，膨脹土因含有大量膨脹性黏土。礦物，在氣候干濕交替作用下容易產生強烈的干燥收縮和吸水

41、膨脹，特別是表層0515m 范圍的脹縮作用尤為顯著。該段路基從3月份開始施工，到9月底土方已基本完成，在長達半年的施工過程中，路塹邊坡膨脹土逐步暴露在空氣中，經過不斷的日曬雨淋，干濕交替，此時路塹邊坡表面已出現不規則的收縮裂紋，但防護措施尚未完成，臺風帶來的強降雨造成了路塹左側邊坡坍滑。整治措施膨脹土路塹邊坡穩定是控制的重點，遵循“快速施工、及早封閉、注重防水”的原則施工。(1)開挖前做好塹頂截水溝，防止雨水流入開挖場地。(2)路塹開挖時，嚴格控制邊坡的高度和坡度，不能過高、過陡，采取縱向分坡、分段開挖方式，嚴禁長大地段開挖。分層開挖時做好地表臨時排水，防止場地積水。(3)開挖后及時整修邊坡，

42、及時封閉防護，減少坡面暴露時間，以利邊坡穩定。分層開挖地段要做好開挖與防護循環作業。若防護一時不能施工，則預留不小于50cm 的防護層(4)開挖至基床表層后，盡快施作擋墻和側溝。本段路基巖土以弱膨脹土為主，膨脹土因含有大量膨脹性黏土。礦物，在氣候干濕交替作用下容易產生強烈的干燥收縮和吸水膨脹，特別是表層0515m 范圍的脹縮作用尤為顯著。根據膨脹土的特性，采取具體處治措施如下：(1)建立完善的排水系統。水是路基病害之源，治病先治水。本病害的直接原因是臺風帶來的強降雨造成的，因此，建立完善的排水系統尤為重要。首先在施做其他防護之前先做好塹頂天溝，離塹頂以外810m 順線路方向修建天溝，以截斷路塹

43、山坡之水，降低再次滑坡的風險，同時增加施工的安全性。天溝必須防滲，靠山一側溝壁不得高出地面，且溝頂與地面必須順接，以匯入地表水。其次及時施作平臺截水溝，并做好與天溝、側溝、排水溝的銜接，形成完善、暢通的排水系統。(2)減緩路基邊坡。減緩路塹邊坡能減輕邊坡的下滑荷載，特別是對于膨脹土路基，較緩的邊坡能有效降低邊坡坍滑，但減緩邊坡往往受到地形地貌的限制，過緩可能會大大增加工作量，增加工程投資，同時會受到工程建設用地的影響。本工程受建設用地限制，左側坡腳樁板墻頂以上二、三級邊坡采用1：2的邊坡比。(3)多平臺寬平臺。多平臺與寬平臺的作用基本相同，一是減輕邊坡上的荷載，減少下滑力，增加邊坡的穩定性，對

44、不良地質路基加固作用尤為明顯，二是有利于今后對路基防護工程的檢查維修。本工程設三級平臺，第一級坡腳樁板墻頂平臺寬3Om，第二級邊坡平臺最寬處80m，第三級樁板墻頂平臺寬3Om，三級平臺寬度共計達14m，削減土方約25，O00m。，平臺的減載作用相當明顯，大大降低了路塹邊坡的壓力，提高了路塹邊坡的穩定性。(4)抗滑樁及樁板墻。本工程設置兩排抗滑樁，抗滑樁之間設樁板墻，樁距6m，樁長913m 不等，樁截面高×寬2x1.5m，第一排抗滑樁設49根，第二排設抗滑樁設25根。抗滑樁及樁之間擋土板均采用C30鋼筋混凝土制作。為利于樁板墻的排水，板后連續設置05m 厚砂卵石反濾層，砂卵石采用編織袋

45、碼砌，且增設一層復合排水網。板墻地面以上及墻頂下06m 分別設置一排泄水孔，間距2m，泄水孔采用50mmPCV管，泄水管坡度向線路外側傾斜，坡度不小于4。(5)錨索及錨桿框架梁。線路左側樁板墻墻頂以上第二級路塹邊坡因坍滑體較厚，采用錨索框架梁+支撐滲溝整治。框架梁節點間距40m，采用C30鋼筋混凝土現場立模澆注，錨索采用一孔4束，設計張拉力690kN。錨索鉆孔采用115mm 鉆孔，與水平面下傾角25。，錨索沿坡面間隔40m布置，每孔錨索設計錨固段長10m，張拉段15m。錨索采用4束l 52mm 高強度、低松弛鋼絞線制作，其抗拉強度不得低于1，860MPa，錨索采用I級防護，全孔范圍內采用C35

46、水泥砂漿灌注，注漿壓力0608MPa，錨頭采用C30混凝土封閉。線路左側樁板墻墻頂以上第一級路塹邊坡，坍滑體較薄，采用錨桿框架梁+支撐滲溝整治，錨桿框架梁成本較錨索框架梁低。框架梁采用鋼筋混凝土現場立模澆注，節點間距25m，框架梁必須嵌入坡面，錨桿設置在框架梁的節點上，采用單根32HRB400螺紋鋼制作，錨桿長度為80m，鉆孔直徑中1 10mm，與水平面下傾角25。，孔內灌注水泥砂漿，砂漿添加抗腐蝕性添加劑，注漿壓力不小于04M Pa。錨索及錨桿施工前應選擇相同的地層進行拉拔試驗，試驗孔數不少于3孔，以驗證錨固段的設計指標。支撐滲溝設在抗滑樁之間，其出口配合路塹樁板墻使用，滲溝凈距105m，斷

47、面寬度b=15m、深度h=20m。(6)植物防護。植物防護能有效防止路基表層水土流失，樹木的根系還能對邊坡淺層土壤起到一定的穩固作用。本工程在錨索錨桿框架梁內種植適應南方氣候特點且根系發達、耐旱耐貧瘠的灌木，密植草皮。種植前先將框架內的原生土挖除1O一15cm，換填相同厚度的有機腐植土，增加土壤肥力；適度夯實，以保證路塹邊坡膨脹土不暴露在空氣中。及時種植灌木草皮，前期加強澆水保養，確保灌草成活率，如有枯死要及時補植。4.2.4整治效果目前該工程已經全部完成施工，經過實踐的檢驗，該膨脹土路塹邊坡坍滑工程設計滿足要求，施工方案合理，表明該膨脹土路基病害工程整治是成功的，為同類路基病害的設計和施工積

48、累了可借鑒的技術資料。4.3實例三兗石線膨脹土路基翻漿冒泥病害工程背景介紹 (1)翻漿從路基面開始，逐漸侵入道床以至枕木底部，嚴重的在枕木面上也泛濫泥漿。(2)基床存在深淺不等的道碴陷槽時，由于積水，其表層土壤便成漿泥或成塑性狀態稠泥，整個道床呈泥碴混合體。(3)在道碴孔隙間可以清楚地看到泥漿上冒的途徑痕跡，當列車行進時，看到泥漿從通路孔隙中噴出，冒出泥漿的顏色基本上與路基面土壤相同，有時比路基面土壤稍深一些。(4)雨季開始，翻漿首先在鋼軌接頭處出現，隨著雨季的延續，迅速地蔓延至鋼軌的其余部分，雨季過后翻漿程度逐漸減輕。翻漿冒泥產生原因分析(1)翻漿冒泥地段巖土的工程地質特征。兗石線自兗州至莒

49、南長230km地段，斷續分布膨脹土，累計分布總長1135km，占此段全長的494 。其中以沂沭河平原分布最廣，連續性最強。充石線膨脹土基床翻漿冒泥最嚴重的地點在泉林車站附近，其土質物理力學及化學分析見表2表2 泉林車站機床膨脹土基本特性砂粒粒徑 粉粒粒徑20.05mm 0.050.005mm 含量（%） 含量（%） 粘粒粒徑 液限 塑限<0.005mm (%) (%) 含量（%） 8.3 42.6 24.663.8 23.2 56.3 15.3 39.260.518.6 自由膨脹率塑性指數 （%） 蒙脫石含量 陽離子交換量 （%）mol/100g38.665.342.581.6 18.6

50、 272.6 23.5 335.3根據上述實驗結果，參照鐵道工程巖土分類標準TB1OO772O01認為場地為中等膨脹土。基床的巖土工程地質特性是基面形成翻漿冒泥的內因。細小的粘土顆粒均帶有電荷，在水介質中產生離子交換，使土粒周圍形成增厚的擴散層，且因顆粒小、比表面積大，因此粘土細顆粒的離子置換性促使土的膨脹性、崩解性增強、透水性降低、塑性增大。(2)水是產生翻漿冒泥極為重要的條件。在調查中我們發現，在該段中地下水的埋深較大，引起該段翻漿冒泥的水的來源主要是地表水。當基床膨脹土浸于水中時，產生濕化軟化作用呈塑性狀態或流動狀態，在列車動力的重復拍擊抽吸作用下，泥漿便向上翻冒。(3)列車反復的動力作

51、用。基床土中有水存在時，在列車周期性的垂直力作用下，粘性土發生觸變液化成漿，列車振動時軌枕底面對道床和路基面的真空抽吸作用加劇，使泥漿侵入道床向上翻冒。特別是在鋼軌接頭處振動最大，該處的翻漿冒泥更為嚴重。整治翻漿的措施由以上分析，根治路基翻漿冒泥病害的有效方法是封閉、加固基床表層，提高路基基床強度，降低基床的滲透能力，使基床表面的地表水順利地排出，切斷雨水下滲路徑。找到一種強度高、韌性(彈性)好、抗滲性能強、使用壽命長、固化基床迅速的筑路劑是關鍵。（1）材料選用改性脲醛樹脂含有大量的羥甲基和酰胺基，能溶于水，粘結性能好，粘結強度較高，不受微生物、霉菌等的破壞；可室溫固化，固化時間可控制在幾分鐘

52、至幾小時內完成。具備毒性小，制造容易，價格便宜，耐光照性能好，耐老化，使用方便等優點。丙烯酸鈣具有在土中滲透、擴散性好的特點，丙烯酸鈣單體與引發劑一起加到土中，它就在土中進行聚合反應，形成不溶于水的網狀高分子鏈，使土顆粒被強度高、有塑性的鏈包圍，形成一個空間網，使土的強度大大增加。另一方面，丙烯酸鈣單體與土中呈片層結構的蒙脫土粘粒之間發生偶合并可進行聚合，產生出有機一無機復合體。如果把以上兩種物質共混聚合，兩種網狀聚合物會交織在一起，形成一種既有強度又有韌性的共混聚合物。共混聚合物發揮各自的長處，形成一種穩定性好，防水性好的新型聚合物材料。把這種材料在鐵路基床上面鋪設一定厚度，可防止地表水下滲，提高基床強度，防止翻漿冒泥、基床下沉等病害產生。但全用高分子材料存在收縮量大的缺點，所以，添加適量的粉煤灰進入膨脹土中，創造堿性介質環境，使粉煤灰中游離SiO2、Al。03、Fez03等產生火山灰效應，形成水泥一類反應物，使改性土體遇水有越泡越硬的特征。采用無機加有機復合材料對膨脹土加固，可使基床土變成既有強度，又有韌性，防止開裂的新型土體。（2