结合客运专线无砟轨道路基的工程结构及我国东北地区季节冻土的工程特点,通过对粗颗粒土的室内冻胀试验,得出随着细颗粒含量的增加,粗颗粒土的持水性和冻胀率都相应增大;当粗颗粒土中小于0.075 mm细颗粒含量为5%时,土样经饱和再排水条件下冻胀率为1.31%。根据哈齐客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值方法分别对季节冻土区既有和新建的客运专线无砟轨道路基设置隔热层后的路基温度场进行了对比分析,计算结果表明:对于新建路基,在路基面铺设10 cm厚隔热层和保温护坡措施后路基的保温效果良好,可以起到对路基冻害的预防作用;对于既有路基,采用在路基面(轨道板处除外)和边坡位置铺设隔热层措施,路基的保温效果不明显。
以季节性冻土区哈大铁路客运专线路堑路基冻害为背景,通过原位挖探及室内试验,对石质路堑路基冻害成因及基岩冻胀主要影响因素进行了研究。结果表明:基床表层级配碎石各项物理指标符合非冻胀性填料要求,无明显冻胀;基岩冻胀是形成石质路堑路基冻害的主要原因;岩体渗透性、地下水、温度及工程条件等是基岩冻胀的主要影响因素。提出了设置地下降排水设施、增设防冻层和隔断层等工程对策防治路堑路基冻害。在今后铁路客运专线建设中,建议设计时在岩体等级确定、路基设计冻结深度选取方面应进行必要的修正;在渗水盲沟深度和防冻层厚度确定上应结合地下水位临界深度考虑加上最小距离d,建议岩石类d取0.4 m。
运用土壤冻结融化条件下热传导的基本方程和数值理论方法,结合哈大客运专线具体工程,通过模拟分析在不同的路基高度、几何断面选型、填料选择和施工、竣工季节条件下,对比分析了换填路基结构不同部位的季节性最大冻结深度在今后50a内随着时间在全球升温的背景趋势下的变化规律。通过分析并讨论换填路基的热状况特征及其分布变化规律,在数值模拟结果的基础上,结合季节性冻土区高速铁路无碴轨道路基结构的特点,总结并提出了较为合理的换填路基高度、几何结构形式选型、路基填料的选择分类以及路基施工和竣工季节,并通过以上结果分析评价了换填后路基的整体热稳定性。
主要阐述特殊地质即季节性冻土条件下接触网支柱基础的设计理念。针对东北地区季节性冻土这一特殊土壤特性,提出采用机械扩底桩基来抵抗季节性冻土冻胀上拔,其优点是有效地提高抗冻拔力及减少钻孔深度,尽可能减少支柱基础与路基内桩板结构干扰。机械钻孔扩底桩基是季节性冻土代表区域内高速铁路建设中接触网支柱基础设计可选的优化方案,也是支柱基础底部受到地基处理措施干扰及湿陷性黄土影响要求基础浅埋时的佳选。
本文通过对哈大客运专线路基施工中沉降实践研究,对路基沉降观测的关键技术与要求进行了统计和探讨,以确保施工质量和运营安全,可为今后路基沉降测量提供参考。
鉴于哈尔滨-大连(哈大)客专路基设计工后沉降不大于15 mm的要求,开展了路基现场试验.对路基中的温度、沉降变形及冻胀力的变化情况进行观测.结论表明:线路所处地区,10月下旬开始冻结,来年2月后地表附近地温过程线开始上抬;冻结层直到4月中旬才全部处于正温,最大冻深约为1.66 m,应做好防治措施.经过观测,路基在经历冻融循环后的沉降变形为10 mm左右,满足设计的要求.路基填料含水量应严格保持为最优含水量,并做好防排水措施,季冻区的路基将不会产生冻胀变形和冻胀力.
对季节性冻土地区客运专线的路基基床结构进行了优化,通过现场填筑试验证实优化后的路基基床填筑方案,即铺设两布一膜,上覆5 cm中粗砂,再铺设55 cm厚级配碎石达到了检验标准,可在所研究的工程中推广使用。同时提出采用C25纤维混凝土代替原设计8 cm沥青混凝土作为防水层,优化后的防水层在施工操作性和质量保证方面有较大优势。
为缓解哈大(哈尔滨—大连)铁路客运专线施工周期短、工期要求紧的矛盾,需进行冬期施工,因此必须制定相应的冬期施工质量保证措施。从保证混凝土工程全面质量出发,对施工过程以及环境温度变化进行温度监测是非常重要的。以冬期施工钻孔灌注桩混凝土温度测试研究为背景,为了解土壤温度变化情况,利用虚拟仪器技术构建了冻土测温系统,并利用该测温系统在整个冬季对不同深度土壤温度的变化情况进行了连续观测。实践证明:该系统结构简单,测试精度高,温度测试通道可随意扩展,充分利用了虚拟仪器在数据采集、分析、存储方面的优点,具有较强的实用性。
在季节性冻土区的铁路客运专线路基工程中,冻胀、融沉和翻浆都会对基床产生较严重的破坏。根据路基冻胀观测所获得的资料,分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。季节性冻融翻浆是影响路基稳定性的关键所在,通过对其产生影响的主要因素和防止措施的分析和探讨,提出了提高工程建设质量的方法及技术措施,对提高工程质量、降低运营维护成本具有重要意义。
结合哈尔滨至大连客运专线大连至沈阳段的实际情况,确定了季节性冻土地区保温护道的设置条件、保温护道的尺寸及边坡坡率,并对保温护道的作用进行分析。