动荷载作用下铁路路基翻浆冒泥探讨

２００８年第３期（总第１６０期）　安徽建筑　１３７　煎　旦　基　宣　过　Ｍｕｄ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｐｕｍｐｉｎｇ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｍｏｖｉｎｇ　Ｌｏａｄ　周　猛　（中铁二十五局集团有限公司，广东广州５１０６００）　摘要：结合工程实例，对铁路路基翻浆冒泥机理进行系统的总结和评迷，分析列车动荷栽对路基翻浆冒泥现象的影响，在路基的不同位置埋设　土压力盒，对列车荷栽传递规律进行监测。　关键词：动荷栽；铁路路基；翻浆冒泥；监测　中图分类号：Ｕ４１　８．５＊３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００７－７３５９（２００８）０３—０１　３７—０２　Ｚｈｏｕ　Ｍｅｎｇ（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　２５ｔｈ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｗｈｙ　ｍｕｄ　ａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｐｕｍｐｉｎｇ　ｈａｐｐｅｎｓ　ｉｎ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｐｍｓｅｎｔｅｄ；ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｒａｉｎ’ｓ　ｍｏｖｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｏｎ　ｉｔ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ；ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｉｎ　ｌｏａｄ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｅｌｌ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｂｇｒａｄｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｖｉｎｇｌｏａｄ；ｓｕｂｇｒａｄｅｏｆ　ｒａｉｌｗａｙ；ｍｕｄ　ａｎｄ　ｓｏｉｌｐｕｍｐｉｎｇ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　１概述　荷载的动应力较一般建筑物的地基基础的荷载要大，且分布是　不均衡的。在基床横断面上，钢轨下界面处的应力最大，道心次　之，轨枕端头最小。其后的路基荷载现场监测结果也证实了这　一铁路路基基床的翻浆冒泥病害，历来是我国既有铁路线最　常见的路基病害之一。由于基床的软化和道碴的板结使道床的　整体弹性降低，严重影响了列车的运营安全及运输能力的提　高。以往曾对翻浆冒泥病害进行过大量的研究工作，并提出了　换填土，垫砂或用沥青胶砂、石灰土、水泥掺料土作封闭层等处　理措施，这些措施无疑对控制病害的发展起到了积极的作用。　但是近年来，随着我国铁路运输事业的发展，特别是在铁路提　速、重载列车飞速发展和运量日益增长的形势下，其危害性显　得愈来愈大。本文结合湖南省境内某铁路路基的工程实例揭示　铁路路基翻浆冒泥的机理，并提出有效的工程处理措施。　国内外众多学者对循环荷载作用下土的软化和翻浆冒泥　点。　２．１．２振动加速度大　列车振动荷载通过道床自基面向下传播。振动作用的传播　可视其为自上向下传播的弹性波，在基面上作用的宽度为自轨　枕两端向两侧４５。所覆盖的范围。列车振动具有随机性，振动　加速度的变化幅度很大。　２．１．３对基床作用的延时长、频率高　２．２列车动荷载对路基翻浆冒泥的影响　一般认为，在一定运量范围内，运量与翻浆冒泥的产生，近　机理进行了零星的研究工作。普遍认为，路基的翻浆冒泥是土　中的细粒成份随水的迁移过程，发生的充分条件是：①路基土　乎是直线的比例关系，如图１中Ａ—Ｂ阶段，即发生触变了的粘　性土未及恢复而又产生了第二次触变，如此便形成了翻浆冒　泥。当运量超过某一限度时，如图１中Ｂ点以上的蓝线部分，即　粘性土连续地发生触变而得不到恢复的机会，翻浆冒泥就越发　严重了。　中细粒成分含量较高；②道碴中缺少中细砂，具有翻浆冒泥的　通道存在；③存在自由水；④存在循环荷载。　当列车通过时，由于冲击荷载的作用，轨枕向下压，路基土　中超孑Ｌ隙水压力增加，列车通过以后，轨枕突然上升到正常位　置。这一现象导致抽吸路基中细土，形成翻浆冒泥现象。　综上所述，土、水、动荷载的不利组合是基床产生翻浆冒泥　的关键。　路＿　面　凳　２列车动荷载作用下翻浆冒泥机理　２．１列车荷载的特点　　．０　运量　图２路基面受力与列车速厦的关系　列车荷载是形成基床变形，造成基床病害的一个重要因　素。翻浆冒泥病害的产生与作用在基床上的列车振动荷载的特　点密不可分。　２．１．１动应力大，且分布不均衡　图１　基床变形与运量的关系图　图２表明平顺良好的线路，列车运行速度的变化对路基面　应力影响并不显著，路基面应力基本上均匀一致。但如线路不　列车振动荷载是复杂的荷载，动应力值具有随机性，和机　车车辆轴重、列车运行速度、轨道的技术条件与状态有关。列车　收稿日期：２００８—０４—０７　作者简介：周猛（１９５８一），男，江苏如皋人，毕业于中南大学，工程师。　平顺，则速度的变化对路基面的应力影响就很大，并产生应力　集中。　３路基荷载现场监测结果　为了比较全面地了解在列车荷载作用下路基不同部位的受　力情况，在此铁路线路的四个不同的地方埋设了１２个振弦式压　（下转第１５１页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年６月　结构设计与研究应用　１５１　５　因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的　不确定性。　以上都是钢结构稳定设计中存在的问题，只有我们进一步　钢结构稳定理论设计不断地完善。　参考文献　［１］陈绍蕃．钢结构设计原理［Ｍ】．北京：科学出版社，２０００．　［２］夏志斌，潘有昌结构稳定理论［Ｍ】．北京：高等教育出版社，１９８８．　［３］陈绍蕃阙结构稳定设计指南【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，１９９５．　［４］朱步范，罗建华．钢结构稳定性设计计算要点．新疆石油科技，１９９８　（３）．　８地深入研究这些稳定，钢结构稳定理论将会进一步完善，如对　于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了　钢结构稳定的可靠度设计，这也表明了钢结构稳定设计理论也　在不断的完善。　３结束语　钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中，设计人　员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生　不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中　［５］卢家森，张其林．钢结构稳定问题的可靠性研究评述阴．同济大学　学报，２００５（１）．　［６］吴剑国Ｉ网壳结构稳定性的可靠性研究［Ｄ】．同济大学博士论文，　２ｏｏ１．　设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出　现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，本文　就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问　题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得　（上接第１３７页）　［７］沈世钊，陈［８］虞昕．网壳结构的稳定性［Ｍ　Ｂ京：科学出版社，１９９９．　芳．考虑随机参数影响的空间结构稳定性分析［Ｄ】．同济大学　硕士论文，１９９７．　÷｝．｛．｝．｛．｝．｛。｝．｛．｝．｛。｝．｛．｝．｛．｝．｛。｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．Ｈ．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛．｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝．｛－｝．｛・｝．｛・｝．｛・｝＿｛・｝｛・｝｛。｝｛－｝｛・｝．｛。｝．｛’｝．｛。｝．｛　｝＿　力盒，每处分别在轨枕下埋设１个和轨枕外０．２ｍ处埋设２个。　成槽囊，导致路基的翻浆冒泥现象，因为路基３７５ｋＰａ的极限承　埋设的里程及传感器的个数如表１，具体的埋设方位见图３。　压力盒埋设里程及数目　表１　载力是路基土在未受到水的浸泡条件下的结果，若路基受到水　的浸泡，则其强度会大幅度地降低。　４结论　①现场实测结果表明，轨枕下的平均应力为５．０ｋＰａ，而轨　枕外端０．２ｍ处的应力平均为３．０ｋＰａ，轨枕下的应力大于轨枕　路轨　外的应力值。该值虽然远未达到路基３７５ｋＰａ的极限承载力，但　在水的作用下仍然会出现路基病害。　②在往复列车荷载作用下，应力一应变反应特性是路基病　害产生的原因。路基填土在列车轮对荷载重复作用下产生的累　积塑性变形大小与路基土的饱和度密切相关，随着饱和度的增　●　１　枕木　●２　图３土压力盒埋设位置　加，土的动强度显著降低。　③随着列车牵引重量的增加、速度的提高，振动荷载作用　的时间和频率均会增加，这将降低基床土的强度，加剧基床变　形。另外在列车振动荷载作用下，当道床排水不良、脏污时产生　的抽吸作用会加速翻浆冒泥的发展。　由于各组数据难于直接看出其规律，因此采用数理统计软　件ＳＰＳＳ进行了统计分析。通过对监测数据的处理与分析，可　以得到路基轨枕下和轨枕外Ｏ．２ｍ处压力的均值和方差。　经过处理试验的路基显著增加了其承载力，为了保证处理　的效果，还应加强排水设施的完善。例如，采取路基中增加排水　管、采用透水混凝土修筑排水沟、增加排水沟的深度、设立排水　盲沟等措施。　参考文献　［１］杨若芳，杨灿文．防治翻浆冒泥新技术［Ｍ】．北京：中国铁道出版社，　１９８９．　图４轨枕下土压力统计分析　图５轨枕外土压力统计分析　［２］李宏泉．软土路基翻浆冒泥的软化机理研究【Ｄ】．中南大学土建学　院硕士论文，２００４．　由于路基的整修试验时间较短，监测的数据可能会小于长　期运营条件下道碴被压实后的实际压力。　由图４和图５可以清楚地看到，轨枕下的压力盒的平均应　力为５．０ｋＰａ，而轨枕外压力盒的平均应力为３．０　ｋＰａ，轨枕下的　［３］ＩｍｄＡｌｏｂａｉｄｉ，ＤａｖｉｄＪＨｏａｒｅ．ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰｏｒｅＷａｔｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅ　ａｔｔｈｅＳｕｂｇｒａｄｅ－ｓｕｂｂａｓｅＩｎｔｅｒｆａｃｅｏｆａＨｉｇｈｗａｙｐａｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄＩｔｓＥｆｆｅｃｔ　ｏｎ　Ｐｕｍｐｉｎｇ　ｏｆ　Ｆｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｘｉｌｅｓ　ａｎｄ　Ｇｅｏｍｅｅｈａｎｉｃｓ，１９９６（１４）．　［４］周锡九．铁路路基基床病害及其产生机理分析叽．北方交通大学学　报　１９９４（１）．　应力大于轨枕外的应力值，虽然远未达到路基３７５ｋＰａ的极限　承载力，但由于水的作用仍然会使得道碴陷入路基土中，而形　［５］诒牺丽．铹埘　乐鐾基床变形及其踌治　ｊＥ京：中国铁道出版社，１９８４．