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          科研成果:高速鐵路路基工程濕陷性黃土地基沉降控制技術研究
          時間:2022-04-29 瀏覽次數:

          我國是世界上濕陷性黃土分布最廣、厚度最大、濕陷性最強的國家。濕陷性黃土具有垂直節理發育、孔隙大、壓縮性大等特性,對環境極其敏感,遇水后土體結構迅速破壞,易產生顯著的濕陷和壓縮變形,造成建筑物損毀,危害較大。

          以往對濕陷性黃土地基沉降控制技術的研究,主要集中在普速鐵路、房屋建筑和公路工程等領域,相對而言,對于高速鐵路研究比較少。濕陷性黃土地基的沉降包括濕陷變形及壓縮變形,如何解決在消除黃土地基濕陷性的同時,又控制其壓縮變形以滿足極其嚴格的高速鐵路路基工程后沉降控制標準,是濕陷性黃土地區高速鐵路的建造關鍵技術難題。

          本項目在鄭西高鐵試驗研究的基礎上,又依托西寶、大西和寶蘭等高速鐵路路基工程實踐和試驗,系統研究了濕陷性黃土的物理力學特性、地基變形特性、地基沉降計算理論、地基處理原則、沉降預測方法。

          CFG樁頂壓力盒測試 

          柔性位移計在土工格柵測試應用

          通過大量的室內外試驗研究和計算分析,總結得出黃土的濕陷性與各物理量的關系規律、復合地基的應力分布規律和沉降變形規律。首次提出了高速鐵路路基工程濕陷性黃土地基的沉降修正系數、擠密樁樁間土模量擴大系數、沉降計算深度等參數取用范圍,確定了適用于高速鐵路濕陷性黃土地基的沉降預測方法。

          研究成果技術創新主要體現在以下方面:

          1、揭示了適宜我國高速鐵路濕陷性黃土物理特性和變形參數,建立了高速鐵路“毫米級”地基沉降的濕陷性黃土地基物理參數應用體系,查明了高速鐵路濕陷性黃土的物理力學性質特性。

          2、提出了高速鐵路濕陷性黃土地基濕陷性消除標準,建立了高速鐵路黃土地基濕陷性變形控制體系。提出了采用濕陷系數δS<0.015作為高速鐵路黃土地基濕陷性消除控制標準的濕陷變形控制條件,確定了高速鐵路條件下黃土濕陷性變形的預防措施,按標準消除濕陷性后仍應做好防排水措施,應防止雨水長期浸泡路基工程。

          3、揭示了高速鐵路濕陷性黃土復合地基變形特性,發現了高速鐵路路基地基條件下的沉降變化發展規律。提出了濕陷性黃土地區高速鐵路路基工程擠密樁樁間土模量確定方法和擴大系數建議取值。揭示了高速鐵路濕陷性黃土復合地基條件下的應力分布、沉降變形特征和規律。找出了濕陷性黃土經水泥改良后作為高速鐵路路基填料應力傳遞具有柔性及剛性基礎的分布特征,提出了確定濕陷性黃土地區高速鐵路地基壓縮層深度的雙控標準。提出了高速鐵路荷載條件下地基處理后需靜置的時間和沉降完成比例。

          4、完善了濕陷性黃土地基變形計算理論,建立了高速鐵路黃土地基沉降控制體系。提出了濕陷性黃土地區高速鐵路地基采用水泥土擠密樁+CFG樁復合地基設計方法。確定了地基沉降壓縮層厚度控制標準和控制范圍。首次提出針對濕陷性黃土地區高速鐵路的沉降計算修正系數。

          5、建立了基于“毫米級”變形控制的濕陷性黃土路基設計原則和地基加固措施體系。通過研究確定濕陷性黃土地區高速鐵路可以采取的主要地基處理措施,包括強夯、水泥土擠密樁、柱錘沖擴樁、長短樁復合地基和樁板結構,并建立了濕陷性黃土高速鐵路路基地基工程 “毫米級”地基沉降的處理原則和方法。

           

          長短樁復合地基效果圖

          復合地基樁身應力分布

          本項目研究相關成果在建設項目中進行全面實踐應用,根據鄭西、西寶、大西和寶蘭4條高速鐵路開通運營以來的情況,無相關危及行車安全的病害發生。研究成果能夠有效支撐濕陷性黃土地基建設高速鐵路,確保工程建設的安全可靠性。本項目的技術研究成果已經被推廣應用到正在修建的銀川至西安高鐵、西安至延安高鐵等建設項目中。

          依托本課題研究獲得發明專利2個、實用新型專利4個、發表論文18篇。相關研究成果已納入《鐵路特殊土路基設計規范》。

          經專家評審,高速鐵路路基工程濕陷性黃土地基沉降控制技術具有創新性和實用性,在高速鐵路路基工程濕陷性黃土地基沉降控制技術方面達到國際領先水平。該項目于2021年度榮獲甘肅省科技進步一等獎。


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