长期动载下高速铁路聚氨酯加强层浸水试验研究

2019-07-19王勇

四川建筑 2019年3期

王勇

(中铁十七局集团第二工程有限公司, 陕西西安 710032)

高速铁路具有高速、舒适、安全的特点，为满足高速铁路系统高平顺性、高稳定性的要求，无砟轨道路基结构应满足强度、变形、耐久性等方面的功能要求。路基作为轨道的基础与上部轨道结构一起形成列车走行的基础，作为一种土工构筑物暴露于外界不仅受到自然环境、地形地貌的制约，而且服役过程中长期受到列车循环动荷载作用，是高速铁路运营中最为关键和薄弱的部分[1]，己有研究表明，水下渗进入路基基床，不仅会减小基床土体强度，同时也会降低基床土体的抗变形能力[2]。无砟轨道路基为空间多层复合体结构，路基结构层分别为基床表层、基床底层、路基本体，其中基床表层是路基结构中承受动力荷载和环境影响最大的区域。根据高速铁路路基基床表层水力损伤病害发生原因和特征，借鉴我国高速公路基层在水稳定性和防冲刷设计思想，在基床表层上应用具有协调层间变形和防渗功能的防水联结层是解决水损伤病害的有效途径[3-5]。

针对此本文提出了一种新型防排水基床结构，即在基床表层增设胶凝级配碎石防水层(图1)，并开展了结构层防水性能室内试验。

图1 聚氨酯碎石防排水型基床结构

1 试验方法内容

1.1 模型制作

(1)模型尺寸。

试验模型箱为钢结构长方体(长×宽×高=58cm×52cm×65cm)，底部钢板厚度为2.5cm，其余部分钢板厚度为1.5cm，两侧分别采用夹具固定在立柱上进行限位，限制模型箱在加载过程中发生晃动。

(2)边界条件。

为降低模型箱对结构边界受力方式的影响，在模型箱左右两个分别粘贴1cm厚的挤塑板，并通过在侧向放置土压力盒监测侧边边界对结构变形的影响，而在底部不设置挤塑板为刚性边界。

(3)测点布置。

为监测试验各结构层的受力和变形特性，在聚氨酯胶凝碎石表面、级配碎石底部、级配碎石中部和表面中埋设了土压力、湿度计，在聚氨酯级配碎石的表面和底部分别安装了沉降板，模型的传感器布置如图2所示。

图2 传感器布置

2.2 试验加载

加载荷载由西南交通大学线路工程教育部重点实验室的液压伺服加载系统提供，试验加载荷载幅值按应力等效原则进行换算，数值计算和现场试验表明无砟轨道路基面动应力幅值范围为10～20kPa，根据应力等效原则计算荷载幅值为5kN，动力荷载加载频率为5Hz，自然状态下激振2.4万次，浸水状态下加载2.4万次。

图3 加载荷载

3 试验成果

3.1 级配碎石含水率分析

级配碎石层含水率变化反映了聚氨酯胶凝碎石加强层的阻水性能。由图4可见，注水前后，级配碎石内部含水率稳定，在深度方向上：下部>上部>中部，上部含水率控制在14 %左右，中部含水率控制在5 %左右，下部含水率控制在17 %左右，设置加强层后，结构层具有较好的阻水能力。

图4 各层位含水率变化曲线

3.2 动应力分析

动应力反映了激振荷载对结构的作用的大小，以应力波的形式在各层传递，在传播过程中由于土体的阻尼的作用吸收能量，则土压力沿着深度方向逐渐减小。如图5所示，前期在级配碎石顶部一定范围内，应力波需要进行一定的调整，土压力曲线有所波动但是中后期土压力变化稳定，且注水前后对动应力变化不明显。同时发现，激振力经过5cm加强层后，土压力衰减了20 %，可见聚氨酯碎石加强层具有显著的耗能。