Gia cố nền đường sắt

Xây dựng nền đường sắt

Ổn định cơ học - Tăng độ cứng và độ bền của nền đường sắt

Độ cứng của đường ray có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của đường ray. Độ võng dưới tải trọng bánh xe lửa là một điều tích cực, vì đường biến dạng thể hiện sự lan truyền tải trọng, làm giảm ứng suất trong mỗi lớp. Tuy nhiên, độ võng quá mức sẽ làm tăng ứng suất trong hệ thống ray và ảnh hưởng động đến lớp đá ballast dẫn đến giảm chất lượng đường ray.

Độ cứng của nền đường ray có ảnh hưởng lớn đến độ cứng chung của kết cấu đường ray. Hình dạng, độ võng và tuổi thọ của đường ray đều bị ảnh hưởng bởi độ cứng của nền đường ray. Độ cứng của nền đường ray là một hiệu ứng phức hợp của tất cả các lớp phụ trợ và do đó phụ thuộc vào đặc tính và độ dày của lớp ballast, lớp móng ballast phụ, lớp đáy móng và lớp nền.

Sự ổn định cơ học của lớp móng ballast phụ, lớp đáy móng làm tăng khả năng chịu lực và độ cứng của đường ray, đặc biệt là trong các điều kiện đất nền yếu hoặc lớp địa chất thay đổi.

Sáu khả năng cải thiện nền đường ray bằng ổn định cơ học

Tăng độ cứng lớp móng nền đường sắt: Độ cứng của lớp móng đường sắt có ảnh hưởng trực tiếp đến độ võng của ray dưới tác động của tải trọng. Độ cứng cao là điều cần thiết để duy trì tốc độ tàu chạy và được tăng lên nhờ hiệu quả ổn định cơ học lớp móng đá ballast.

Giảm sự thay đổi nền đường ray: Điều kiện nền địa chất biến đổi dẫn tới độ cứng nền đường ray không đồng đều, từ đó gây ra độ lún không đồng đều và hiện tượng võng đường ray. Ổn định cơ học lớp ballast hoặc lớp đệm móng phụ giúp giảm sự biến đổi độ cứng của lớp nền đường ray, hỗ trợ kết cấu đường ray ổn định hơn.

Tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún nền đường ray: Điều kiện nền địa chất yếu dẫn đến độ lún hình thành lớn hơn, giảm độ cứng nền đường ray và mất liên kết và tính đồng bộ kết cấu đường ray. Ổn định cơ học lớp móng ballast hoặc lớp đệm móng phụ giúp tăng khả năng chịu lực, giảm độ lún và duy trì sự liên kết, đồng bộ của đường ray.

Giảm độ dịch chuyển lớp đá ballast và độ lún đường ray: Sự dịch chuyển ngang của đá ballast dưới tác động tải trọng giao thông đường sắt, đặc biệt là qua các khu vực địa chất yếu, dẫn đến lún quá mức và mất liên kết đường ray. Ổn định cơ học của lớp đá ballast sẽ kiểm soát, hạn chế sự dịch chuyển cốt liệu đá ballast, duy trì sự đồng bộ của đường ray và kéo dài khoảng thời gian giữa các lần bảo dưỡng lớp ballast. 

Giảm thiểu sự suy giảm cường độ lớp ballast: Sự mài mòn của cốt liệu lớp ballast dưới tác động của giao thông đường sắt tạo ra các hạt nhỏ làm tắc nghẽn hệ thống thoát nước và giảm độ cứng của lớp ballast. Ổn định cơ học lớp ballast sẽ hạn chế dịch chuyển các cốt liệu, hạn chế sự suy giảm và duy trì cường độ lớp ballast và các đặc tính thoát nước.

Chuyển tiếp nền đường ray êm thuận: Những thay đổi đột ngột về độ cứng của mặt đường ray có thể xảy ra đối với các kết cấu bên dưới đường ray như tại vị trí cống hoặc mặt cầu. Điều này dẫn đến mất tính đồng bộ và chất lượng di chuyển của phương tiện kém đi dẫn tới hạn chế tốc độ cho phép. Ổn đinh cơ học và gia cường móng nền đường ray tại vị trí thay đổi này sẽ đảm bảo quá trình chuyển tiếp êm thuận.

Phương pháp thiết kế theo hiệu suất Tensar ổn định cơ học nền đường ray 

Tensar đã phát triển một phương pháp thiết kế theo hiệu suất để xác định bề dày lớp ballast và lớp móng ballast nhằm ngăn ngừa sự cố của lớp móng phụ trợ và lớp nền đường trong suốt thời gian khai thác các tuyến đường sắt được xây dựng lại. Cần xem xét tải trọng giao thông dự kiến để dự đoán sự tích tụ biến dạng lớp nền đảm bảo rằng biến dạng và hư hỏng khó có thể phát triển. 

Phương pháp thiết kế theo hiệu suất đã được kiểm chứng toàn diện   

Phương pháp tiếp cận sử dụng phân tích phần tử hữu hạn 3D tiên tiến (FEA) với các mô hình vật liệu đàn hồi dẻo nâng cao để dự đoán các biến dạng vĩnh viễn ở cả lớp nền đất dính và nền đất rời dưới tác động của bánh xe lửa. Lợi ích của việc ổn định cơ học các lớp ballast hoặc lớp móng ballast phụ bằng cách sử dụng lưới địa kỹ thuật ba trục TriAx được kết hợp bằng cách sử dụng mô hình vật liệu Tensar Stabilised Soil với các thông số đầu vào được xác định từ thí nghiệm nén ba trục đường kính lớn trên lớp ballast đường sắt điển hình và lớp vật liệu ballast phụ cùng lớp lưới địa kỹ thuật ba trục TriAx. Kết quả nghiên cứu thông số bằng FEA đã được sử dụng để phát triển một phương pháp tiếp cận đánh giá sức chịu tải đơn giản cho phương pháp thiết kế theo hiệu suất cho phép tối ưu hóa nhanh chóng. Phương pháp thiết kế đã được chứng thực bằng các thử nghiệm trong phòng và dữ liệu từ các thử nghiệm thực địa trên quy mô lớn.