铁路客运专线路基的设计与施工

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1、铁路客运专线 路基的设计与施工,主要内容,1客运专线路基横断面与组成 2路基基床的研究与设计 3基床表层的技术要求与施工 4基床底层、路堤、路堑的有关要求 5介绍几种特殊的检测方法 6路基填料与改良,1客 运 专 线 铁路路基横断面与组成,双线标准路堤横断面,双线路堑 (土质、软岩、强风化) 标准横断面,双线路堑(硬质岩石)标准横断面,2基床的研究与设计,基床与基床表层的定义,基床：列车动应力有效作用范围内的路基部分它的厚度主要与列车轴重、轨道结构有关,基床表层：轨道的基础，动应力强烈作用范围内的基床部分它的厚度除与列车轴重、轨道结构有关外，还与线路的等级（列车速度）有关,基床与基床表层的作用

2、,（1）增强线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚度，使列车通过时的弹性变形控制在一定范围之内； （2）扩散作用到基床底层土面上的动应力，使其不超出基床土的允许应力； （3）防止道碴压入基床及基床土进入道碴层，防止道床病害； （4）防止雨水浸入基床底层，使基床底层土软化，防止发生翻浆冒泥、路基面下陷等基床病害，并保护基床肩部表面不被雨水冲刷； （5）防冻等其它特殊要求。基床表层厚度与材质要求就是围绕这些要求研究制定的。,基床表层的作用有以下几个方面：,车轮作用于路基表面上的动荷载分布,列车的荷载作用,实测路基面动应力曲线,作用于路基表面的动应力数值,通过理论分析与环行线与广深线的实测后

3、得出动应力的计算公式：,（轴重的影响很大，因此高速铁路降低车辆轴重非常重要。）,动应力在路基面上的简化分布,简化图式（1）,动应力在路基面上的简化分布,简化图式(2),(秦沈线实测分析结果),列车荷载计算分布面积,(按秦沈线的实测资料简化),动应力沿深度的衰减,实测资料汇总与理论计算结果,基床厚度的确定,定义：基床是路基中列车动应力有效作用部分。有效作用是指列车动应力会对土的累积塑性变形产生实质性的影响。一般为大于自重静应力1020。根据实测与理论计算，其厚度范围在2.53.0m。准高速铁路采用2.5m，高速客运专线铁路采用3.0m。,（高速铁路的计算结果）,基床表层厚度的确定方法,基本上有三

4、种方法： 1. 在列车荷载作用下，路基顶面变形量不大于某一控制值，即变形控制方法。 2. 作用在基床底层填土上的动应力不大于填土的允许应力，即应力控制方法。 3. 在基床底层填土上产生的动应变不大于填土的允许应变，即应变控制方法。,变形控制法简介,1. 确定作用在路基表面的列车动荷载图式 2. 确定基床表层与底层材料的计算模量； 3. 按平面弹性理论计算路基表面的变形；,4. 按路基表面变形值小于允许值的条件计算基床表层厚度,双层地基计算图式,应力控制法简介,1. 确定作用在路基表面的列车动荷载图式 2. 确定基床表层与底层材料的计算模量； 3. 按平面弹性理论计算路基表面的变形；按Bouss

5、inesq理论，计算应力沿深度的衰减。 4. 按某一深度处动应力小于基床底层土的允许应力为条件确定基床表层厚度。,应变控制法简介,1. 确定作用在路基表面的列车动荷载图式 2. 确定基床表层与底层材料的计算模量； 3. 按平面弹性理论计算路基表面的变形；按Boussinesq理论，计算应力沿深度的衰减。 4. 根据应力计算土的应变,按某一深度处动应变小于基床底层土的允许应变为条件确定基床表层厚度。,应变与模量比的关系,(应变法计算使用),应变大于一定程度，土的模量迅速降低，累积塑性变形加快。,客运专线路基关于基床结构 的规定,1. 基床表层应考虑防水层。 2. 路基基床由表层和底层组成，表层厚

6、度应为0.7m，底层厚度应为2.3m，总厚度为3.0m。 3. 其中，基床表层由510cm厚的沥青混凝土和6560cm厚的级配碎石或级配砂砾石组成。,3基床表层 的技术要求与施工,基床表层级配碎石的技术要求,1. 级配碎石材料由开山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成。 2. 级配碎石的粒径级配应符合下表的规定，且其不均匀系数不得小于15，0.02mm以下颗粒含量小得大于3，粒径级配曲线如下图所示。,1. 道碴与基床表层级配碎石、基床表层级配碎石与下部填土中间应满足 要求 2. 粒径大于22.4mm的粗颗粒中带有破碎面的颗粒所占的质量百分率不少于30。 3. 基床表层级配碎石材料性能：1）粒径

7、大于1.7mm的集料的落山矶磨耗率不大于30；2）粒径大于1.7mm的集料的硫酸钠溶液浸泡损失率不大于6；3）粒径小于0.5mm的细集料的液限不大于25，塑性指数小于6；4）不得含有粘土及其它杂质。,其它技术要求,级配砂砾石的级配要求,级配砂砾石的其它技术要求,2) 级配曲线应接近圆滑，某种尺寸的颗粒不应过多或过少。3) 与上部道床碎石及下部填土应满足 的要求。当与下部填土之间不能满足此项要求时，基床表层应采用颗粒级配不同的双层结构，或在基床底层表面铺设隔水的土工合成材料。但当下部填土为改良土时，可不受此项限制。4）颗粒中细长及扁平颗粒含量不应超过20%；黏土团及有机物含量不应超过2。5）粒径

8、小于0.5mm的细集料的液限应小于28%,其塑性指数应小于6。6）压实标准应符合下表规定。,级配碎石及砂砾石的压实标准,注：基床表层的K30（或Ev2）、Evd、n三项指标同时检测，均必须满足压实标准。,各种级配的比较,（实际施工中要求级配曲线圆顺，不均匀系数Cu大）,级配碎石的制作,级配碎石料源可分为外购碎石和石屑，或者用天然砂砾石。两种级配必须采用厂拌生产。,经验表明：采用开山块石质量较好。如果级配碎石粒径配比不合理，级配曲线不圆顺，碾压后的级配碎石模量就可能不理想,1. 基床表层级配碎石或级配砂砾石应分层填筑，每层的最大填筑压实厚度不得大于30cm，最小填筑压实厚度不得小15cm。2.

9、每层的施工流程分四区段六流程。 四区段指：验收基床底层区段、运输摊铺区段、碾压区段和检测修整区段。六流程指：级配碎石在填筑作业中的拌合、运输、摊铺、碾压、检测试验和修整养护。一个区段的长度应根据使用机械的能力、数量确定，一般宜在120150m或以构造物为界。 3. 级配碎石或级配砂砾石的摊铺可采用摊铺机或平地机进行，顶层应用摊铺机摊铺。用平地机摊铺时，必须在路基上采用方格网控制填料量。,基床表层施工的一些要求,4. 在摊铺机或平地机摊铺后应由人工及时消除粗细集料离析现象。5. 整形后，当表面尚处湿润状态时应立即进行碾压。如表面水分蒸发较多，明显干燥失水，应在其表面喷洒适量水分，再进行碾压。用平

10、地机摊铺的地段，应用轮胎压路机快速碾压一遍，暴露的潜在不平整再用平地机整平和整形。6. 碾压时，应采用先静压、后弱振、再强振的方式，最后静压收光。沿线路纵向行与行之间重叠压实不应小于40cm，各区段交接处，纵向搭接压实长度不应小于2m，上下两层填筑接头应错开不小于3.0m。7. 横向接缝处填料应翻挖并与新铺的填料混合均匀后再进行碾压，并注意调整其含水率，纵向应避免工作缝。8. 已完成的基床表层应采取措施控制车辆通行，并做好基床表面的保护工作，防止表层扰动破坏。严禁在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车。,基床表层施工的一些要求,基床表层的现场透水试验(1),为了验证基床表层的阻水能力,在秦沈

11、线进行了现场试验 试验方法 试验在四种不同基床表层厚度路段进行。用粘性土在基床表面围一1.5m1.5m的区域，计量加入的水量和渗透时间。随着水的渗入考察基床系数和基床底层含水量的变化。 试验结果 1. 渗透流量在10小时以前逐渐减小（见下图），以后基本保持不变，渗透系数平均为2.410-4cm/s 。,基床表层的现场透水试验(2),2. 基床系数开始逐渐下降，78小时以后保持不变。,3. 基床底层含水量开始增加快，后来逐渐趋缓，但一直保持增加的趋势。,结论：级配碎石是一种阻水能力有限的材料。在连续降雨或上部积雪反复融化，导致水份不断补给的情况下，易产生基床病害。秦沈线局部地段产生冻害与此可能有

12、一定的关系。,4基床底层、路堤、 路堑的有关要求,基床底层的填料与压实,填料及压实控制标准,说明：1. 其中改良细粒土采用 K30（或Ev2）和 K 两项指标，砂类土、细砾土、碎石类及粗砾土采用K30（或Ev2）和n两项指标。2. 化学改良土，还应满足设计提出的其它技术要求。,路堤填料： 1 基床以下路堤应选用A、B组填料和C组碎石类、砾石类填料。 2 当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良。 3 当选用硬质岩石及不易风化的软质岩的碎石时，应级配较好，块石类填料的粒径不得大于15cm。 压实标准：,路堤填料及压实,注：当改良土采用物理改良方法时，其压实标准应符合本表规定；当采用化学改良

13、方法时，其压实标准除符合本表规定外，还应符合设计提出的技术要求。,使用不同填料填筑时，各种填料不得混杂填筑，每水平层的全宽应采用同一种填料。渗水土填在非渗水土上时，非渗水土上层面应设向两侧4%的横向排水坡。相邻填层使用不同种类或颗粒条件的填料时，其粒径应符合D15/d854。否则，两层之间应铺设隔离作用的土工合成材料。高度小于3m的低路堤，其基床范围内应无Ps1.5MPa或 0.18MPa的土层。不能满足时应根据地下水位、地层条件等分别采取整平碾压、夯实、翻挖回填、换填或其它地基加固措施。在地下水位高（距地表0.5m）的黏性土地基上填筑路堤时，路堤底部应填筑渗水性材料，厚度不应小于0.5m。,

14、路堤填筑的其它规定,路堑部分的若干重要规定,高速暂规规定：不易风化的硬质岩基床，应将路基面作出向两侧4的横向排水坡，对凹凸不平处，应以混凝土填平。 软质岩、前风化的硬质岩及土质路堑基床，应符合下列规定： 1）基床表层以下，基床底层表面应作成向两侧 4排水坡。且在基床范围内不得夹有 Ps 1.5MPa或 0.18MPa的土层，否则应进行改良或加固处理。2）土质路堑其地层土质不满足基床底层填料条件时，换填A、B组填料或改良土，厚度不小于0.5m。半填半挖路基规道下方横跨挖方与填方两部分时，在不小于轨枕长加两倍道床厚度的宽度内，挖方部分应挖小于1.0m深，换填与路堤相同填料，并应设4向外排水坡。,5

15、介绍几种特殊的 检测方法,1K30 试验；2Evd 试验；3Ev2 试验,K30试验,定义：用直径30cm的刚性承载板，测定下沉量为1.25mm时的地基系数的试验方法。计量单位为Mpa/m。 设备：主要由荷载板、加载装置、反力装置、下沉量测装置四部分组成。荷载板：圆形钢板，直径30cm，厚25mm，板上带有水准泡。加载装置：1）液压千斤顶或手动油泵，荷载应大于或等于50kN。2）测压表量程应达到最大试验荷载的1.25倍，精度不低于0.6级。3）当使用测力计时，测力计精度应达到1。反力装置：承载能力应大于最大试验荷载10kN。下沉测量装置：由测桥与测表组成。测桥由长度大于3m的支撑梁和支撑座组成

16、。测表宜配置34个精度为0.01mm的百分表或电子数显百分表，量程不小于10mm。,K30试验,试验操作方法:1. 平整场地测试面;2. 安置平板载荷仪;3. 加载试验;1）预加0.01MPa荷载约30s,待稳定后卸除,百分表调零.2）以0.04MPa的增量,逐级加载.每级荷载的稳定条件是以1min内的沉降量不大于该级荷载产生的下沉量的1%。3）当总沉降量超过规定的基准值（1.25mm），或荷载大于现场实际最大接触压力，或达到地基屈服点，试验即可终止。,K30试验,试验结果的整理： 1 绘出荷载强度与下沉关系曲线,如下图,2 按下式计算地基系数:,Ev2试验,变形模量Ev2试验也属于平板载荷试

17、验，但是根据第二次加载的P-S曲线求得的变形模量值。 试验装备与地基系数K30相似，主要差别在于操作步骤与资料整理和计算方法的不同。 该试验在一般情况下也采用直径300mm的载荷板。 操作方法：先预压0.01MPa的荷载30s，然后分级加载，直到沉降达到5mm或荷载达到0.5MPa。加载时，对荷载的增量没有作硬性规定，但规定加载等级不应小于6级，每级加载要在1分钟内完成，加载完成后经120s加下一级荷载。有的仪器建议加载过程如下：预压0.01MPa，加载0.08、0.16、0.25、0.33、0.42、0.50、0.25、0.125MPa；卸载0.0；加载0.08、0.16、0.25、0.33、0.43MPa。,