路基土工试验与检测技术专题讲座教学讲义

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1、云桂铁路试验检测工程师培训班路基土工试验与检测技术 专题讲座 2010年07月28日 昆明,主要内容,一、铁路路基的技术特点 二、铁路路基的填料分类与分组 三、铁路路基的压实质量控制技术与检测方法,一、铁路路基的技术特点,桥梁,路基,隧道,轨道,结构地基,路基结构的最大特点：土既是结构地基，又是结构材料,结构地基 结构材料,结构地基 结构介质,土,铁路路基的技术特点,1）构成路基的工程材料是天然松散的岩土材料（岩石风化的产物、量大、低廉、） 2）结构强度低、变形大、对自然环境因素（水、温）的变化敏感（填料选择、压实、防排水、） 3）建造成本低、舒适、耐久、环保、低碳、 ,高速铁路路基的技术特点

2、,1）对基床表层进行强化处理的基床多层结构体系是高速铁路路基的基本构造型式 由单一土材料结构层向多功能强 化材料结构层发展 由单层结构向双层、多层结构发展 不同功能结构层合理组合保证基床的长期性能稳定发挥（承载、排水、封闭等）,高速铁路路基的技术特点,0.3,普速铁路160120km/h,0.93,10kg/cm3,22.1,0.150.2,高速铁路路基的技术特点,0.6m,1.9m,级配碎石或砂砾石,A、B组填料及改良土,A、B、C组填料及改良土,200km/h客货共线有砟轨道高速铁路,250300km/h客运专线有砟轨道高速铁路,0.7m,2.3m,级配碎石,A、B组填料及改良土,A、B、

3、C组填料及改良土,底,300350km/h客运专线无砟轨道高速铁路,0.4m,2.3m,级配碎石,A、B组填料及改良土,A、B、C组（粗）填料及改良土,底,德国铁路300km/h高速客运专线无碴轨道路堤结构设计横断面图,Ril 836.0501,高速铁路路基的技术特点,2）变形控制是轨下系统(路基)设计的技术关键 结构设计由强度控制向变形控制转 变 变形控制事关工程成败，是核心问 题，也是最难的问题 变形问题的重要性随着行车速度的 提高而被放大了,Record de vitesse du 29 mars 1955 : 331 km/h,高速铁路路基的技术特点,3）路基是列车线路大系统的重要组成

4、部分，并发挥着重要作用 轨下系统的变形（垂向）将集中反映在轨面上 轨下系统的变形是车辆系统（车体、构架、轮对）和线路系统（钢轨、枕木、道碴、路基基床）相互作用的结果 理想路基基床： 变形小保证轨道几何型位 弹性大降低系统动力作用,二、铁路路基的填料分类与分组,路基结构,路基填料,路基压实,填料选择,分类分组,设计技术,施工技术,土工试验,压实检测,二、铁路路基的填料分类与分组,2.1路基填料的分类与分组现状 2.2完善路基填料分类与分组的建议 2.3关于粗颗粒土粒径级配标准的讨论,2.1分类与分组现状,为什么要进行土的工程分类 土在工程建设中的作用：建筑物地基，构筑物填料。前者是保持天然结构状

5、态的土，后者是经由人工扰动或配制的土。 对不同工程用途的土，选取影响显著的指标，按其差异划分成类或组，给予合适的定名，可从土类和土名中初步了解其主要的工程特性。 当用作地基土时，可结合其它指标确定地基土的承载力，初步估计建筑物的沉降； 当用于路基填料时，可初步评估填料的压实强度、透水性和稳定性，合理地选择施工方案。,2.1分类与分组现状,由于历史和专业的原因，我国铁路系统长期存在两种“土的工程分类”，即： 铁路路基设计规范中的“填料分类” 铁路工程地质技术规范中的“岩土分类” 两种分类方法服务于不同的工程目的，针对的是两种不同状态的土。,2.1分类与分组现状,“铁路工程岩土分类”的服务对象主要

6、是自然界中保持天然结构状态的地基土，它的土性决定于土的地质成因、矿物成分、粒径组成和水的含量，将它们按一定的规律划分成类或组，其主要目的是确定地基土的承载力，初步估算构筑物的沉降，如： 用孔隙比和含水量等指标确定地基承载力； 用含水量确定淤泥质土地基承载力； 进行相关原位试验确定地基承载力。,2.1分类与分组现状,“铁路路基工程填料分类”是针对天然结构已被破坏的扰动土，将其按粒径组成、按细粒含量和级配情况等划分成类和组，用以估算填料压实后的强度、可压实性和渗透性、冻胀性等。,2.1分类与分组现状,在土的粒组划分标准方面 两种分类方法在粒粒径划分和名称方面基本一致，只是在碎石和砾石的粒组界限不同

7、，如表2-1所列。 一般认为，碎石的粒径从200mm到20mm范围太大，按200mm到60mm划分更合理，也与国内外大多数相关规范的粒组划分标准一致，如表2-4所列。,2.1分类与分组现状,在土的工程分类标准方面 铁路工程岩土分类标准是将试样按粒组由大至小进行重量累积，当累积到某一粒组、其重量超过总重量的50%或自定的某一界限时，就以该粒组定名，即所谓的“粒径累积法”。 进行重量累积定名后，将土按2mm、0.075mm界限分成碎石类土、砂类土和黏性土三大类。 砂类土和黏性土之间的过渡部分则定为粉质土。 碎石类土按粒径大小和形状细分成6种，砂类土按粒径大小细分为5种，黏性土按塑性指数IP分为2种

8、，如表2-2和表2-3所列 。,2.1分类与分组现状,用“粒径累积法”进行土的工程分类，简单易行，但分类指标单一，不能很好地反映土性。 对粗粒土分类时,只按大于某一重量的粒组大小定名，不能考虑土中其它粒径成分。 对于细粒土来说，只用塑性指数单一指标定名，没有考虑液限高低对土性的影响，而高液限土的强度低、压缩性大、水稳定性差，容易引起路基的各类病害。,2.1分类与分组现状,在土的工程分类标准方面 铁路路基设计规范的分类依据是除考虑土中的颗粒粒径大小和塑性指标外，在粗粒土定名时考虑了土中的细颗粒含量和粗颗粒级配等情况，在给细粒土定名时考虑了土中粗颗粒含量和细颗粒塑性指标，如表2-5和表2-6所列。

9、 这样分类后能较清楚地了解每一种土的颗粒组成和土性，并对土的抗剪性、压缩性、可压实性、渗透性、抗冻性等进行初步评价，有利于对路基填料的正确选用。,2.1分类与分组现状总结,铁路工程岩土分类标准的分类依据： 所有土均按一级单指标分类 铁路路基设计规范的分类依据： 粗粒土按二级3指标分类 细粒土按二级2指标分类,2.1分类与分组现状,“填料分类”定名后，即可根据填料的工程性质和适用性进行“填料分组”。 以填料的剪切强度、可压实性、压缩性、对气候环境的敏感性等为依据，将填料分为A、B、C、D、E共五组。 A组优质填料 B组良好填料 C组一般填料 D组不宜使用的差质填料 E组严禁使用的劣质填料,2.1

10、分类与分组现状,A、B组填料多为强度较高、压缩性较小的块石、碎石、砾石、砂土和粗粒混合土等。 级配好、颗粒硬、不易风化强度较高的软块石、15%含泥量为A组填料； 级配不好、不易风化强度较低的软块石、1530%含泥量为B组填料； 含泥量30%后为C组填料； 易风华的软块石为C组填料； 风华的软块石为D组填料。 细粒土由于强度较低、压缩变形较大，均被归为C组和D组填料。 L40%时的黏土和粉土为C组填料； L40%的黏土和粉土为D组填料。 有机土为E组填料。,2.1分类与分组现状,粗粒混合土中的细粒含量对填料性质有影响，采用5%、15%、30%划分。 细粒含量5%，混合土受水的影响小，没有冻胀性，

11、可作为渗水材料使用。 细粒含量在515%，在混合土中它已填充了部分粗颗粒的空隙，使混合土的透水性、压实性有所改变。 细粒含量在1530%，混合土的性质受细粒含量的影响较大。 细粒含量30%时，混合土的性质基本受细粒土控制。,2.1分类与分组现状,与铁路工程岩土分类标准比较，尽管铁路路基设计规范的分类标准对传统的“粒径累积法”进行了部分修改，但仍存在下列问题： 没有考虑填料中粗细颗粒填充物的成分。 粗粒混合土中的细粒成分对填料性质的影响较大。如果细粒成分是粉性土，这类填料的强度、抗变形、可压实性和水稳定性等工程性质比含黏性土时要好。同样，细粒混合土中的粗粒成分对填料性质的影响也较大。如果粗粒成分

12、是未风化、不易风化、易风化、风化的软硬块石或漂石，这类填料的工程性质差异巨大。,2.1分类与分组现状,没有考虑填料中相邻粒组的含量。 在给巨粒土定名时，未考虑相邻粗粒组的含量（60mm的土中，大于0.075mm的土所占比例）的影响；同样，在给粗粒土定名时，未考虑相邻巨粒含量（60mm的土占全土的比例）和细粒含量（60mm的土中，小于0.075mm的土所占比例）的影响。当然，在给细粒土定名时，也未考虑相邻粗粒含量的影响。,2.1分类与分组现状,同组填料的工程性质差异性未得到验证。 路基填料分组中，将颗粒大小、细粒成分等差异极大的的土放在了一组。如在A、B组填料中，从硬块石、不易风化的软块石到级配

13、良好的中粗砂共有十几种，它们在试验的可击实性、施工的可控制性、碾压的均匀性等方面相差很大；同样，在C、D组填料中，将易风化、风化的软块石和细粒含量较大成分不同的粗细粒土放在一起，也会存在水稳定性、耐久性和可靠性显著不同的结果。因此，当用同一组填料填筑路基时，可能会产生不同的工程效果。,2.1分类与分组现状,现行的路基填料分类和分组标准有进行修改完善的必要。修改完善的最好途径是采用国内外大多数相关规范的分类标准，即“统一分类”体系进行填料分类定名分组，这样才能较合理地控制土性，同时也可向国内外土的工程分类总趋势靠拢，便于技术交流。 另一方面，路基填料分类和压实标准的研究，尤其是高速铁路路基的设计

14、标准，许多国家已有相对成功成熟的工程应用经验，分类标准统一后，可借鉴各国的先进技术，开阔我们的思路，又好又快地建设我国的高速铁路。,2.2分类与分组完善建议,土的工程分类的“统一分类法”，实际上是一种综合的多层次分类方法，其技术思想和理论框架最早由美国提出。 主要特点是将土的粒组和搭配情况划分得较细，首先考虑了粒组的主要成分，然后再用颗粒级配、细粒含量和塑性指标、颗粒成分和相邻粒组含量等参数对土性进行更深入的描述，并将其清晰地反映在定名里，用明确的标准符号表达出来。 目前，“统一分类法”被普遍认为是一种较为完善的分类方法，也是世界各国和国内大多数行业普遍采用的分类方法，如表2-7所列。,2.2

15、分类与分组完善建议,技术路线： 1.粒组划分(三组两种) 2.分级定名（三级五因素） 3.考虑相邻粒组含量和细粒成分,2.2分类与分组完善建议,1.粒组划分 按粒组范围将土分为三组，即粒径大于60mm为巨粒组，600.075mm为粗粒组，粒径小于0.075mm的为细粒组，粗粒组与细粒组合称为小颗粒组，如表2-8所列。 当巨粒组土重量超过土总重量的50%时称巨粒土，在60mm以下的土中，当粗粒组超过土总重量的50%时称粗粒土，否则为细粒土。,2.2分类与分组完善建议,2.分级定名 将土进行三级定名。 第一级以土的主成分定名，第二级以土的主成分级配和细粒含量加以描述，第三级以细粒成分和相邻粒组含量

16、描述。 细粒土的第二级用塑性图定名，第三级考虑粗粒土的含量和成分。,2.2分类与分组完善建议,3.考虑相邻粒组含量的划分 给巨粒土定名时，需考虑粗粒组的含量（指60mm土中砾和砂的土重量占土总重量的比例），其标准为： 当粗粒组少于土全重量的25%时，定名时不予考虑； 当粗粒组为土全重量的25%50%时，定名为含砾（砂）的。,2.2分类与分组完善建议,3.考虑相邻粒组含量的划分 给粗粒土定名时，需同时考虑巨粒含量和细粒含量（细粒含量指在60mm的土中，小于0.075mm的土所占比例）。 巨粒含量的标准为：当巨粒含量少于土全重量的25%时，定名时不予考虑；当巨粒含量为土全重量的25%50%时，定名为含石的。 细粒含量的标准为：当细粒含量5%，定名时不予考虑；当细粒含量5%15%时，定名时为微含土（粉土或黏土）的；当细粒含量为15%30%时，定名时为含土质（粉土或黏土）的；当细粒含量为30%50%时，定名时为土质（粉土或黏土）的。,2.2分类与分组完善建议,3.考虑相邻