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1、第二章路基构造第二章路基构造第一节第一节 概述概述 在学习铁路路基之前，你对路基的认识是什么样的？在学习铁路路基之前，你对路基的认识是什么样的？ 不就是轨道下的土堆嘛。不就是轨道下的土堆嘛。 土堆！你的描述真是通俗易懂，也真是不准确。看土堆！你的描述真是通俗易懂，也真是不准确。看 来我得给你好好上一课。来我得给你好好上一课。1.1.概念概念 是经开挖或填筑而形成的直接支承轨道是经开挖或填筑而形成的直接支承轨道结构的土工结构物结构的土工结构物, ,它是轨道的基础，承受着它是轨道的基础，承受着轨道和列车荷载，并将荷载向地基深处传递轨道和列车荷载，并将荷载向地基深处传递扩散，与桥梁、隧道和轨道组成铁
2、路线路的扩散，与桥梁、隧道和轨道组成铁路线路的整体。整体。n 2.铁路路基的作用是铁路路基的作用是n什么呢？什么呢？n n(1)直接承受直接承受轨道的重轨道的重量量谁能告诉我谁能告诉我“什么是轨道啊什么是轨道啊？”n（2）n承受机车、车辆承受机车、车辆及其荷载的压力和及其荷载的压力和冲击力的作用冲击力的作用 ;啊，我来说说荷载是什么？啊，我来说说荷载是什么？ “荷载一定就是机车、车辆荷载一定就是机车、车辆的自重加它们搭载的旅客或的自重加它们搭载的旅客或或者货物的重量。或者货物的重量。”轨道：轨道：轨道指用条形的钢材铺成的供轨道指用条形的钢材铺成的供火车火车、电车、电车等行驶的路线或天体在宇宙间
3、运行的路线。等行驶的路线或天体在宇宙间运行的路线。荷载：荷载： 指的是使结构或构件产生内力和变形的外力指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。或习惯上指施加在及其它因素。或习惯上指施加在工程结构工程结构上使上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用工程结构或构件产生效应的各种直接作用。 n3.铁路路基特点：铁路路基特点：n1)是铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工是铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工程中占有很大程中占有很大比重比重 ；n2)铁路路基采用天然土、石构筑，暴露于大自铁路路基采用天然土、石构筑，暴露于大自然中，不断受到侵蚀、破坏，工作环境恶劣。然中，不断受到侵蚀、破坏，工作
4、环境恶劣。n3)工程数量大工程数量大、投资大投资大，占地面积大占地面积大，与城市，与城市规划、农田水利规划、环境保护密切规划、农田水利规划、环境保护密切某事物在整体中所占的分量某事物在整体中所占的分量 土方量土方量巨大巨大城市建筑拆迁补偿、城市建筑拆迁补偿、占用农舍、农田补占用农舍、农田补偿、基本建设人、偿、基本建设人、财、物、机械等财、物、机械等绵延数千公里，绵延数千公里，跨越江河、山跨越江河、山川川n4.铁路路基建筑要求：铁路路基建筑要求：n1) 路基的平面位置、路肩标n高必须与设计的线路平面、n纵剖面相符合。n2)路基应该具有坚固、稳定、耐久，可以n抵抗各种自然因素的影响。n3）排水畅通
5、n4）技术、经济力求合理 路基面平顺；路基面平顺；宽度足够；宽度足够；空间足够，空间足够，强度、密实度足够；强度、密实度足够；边坡、基底固定；边坡、基底固定；抵抗自然因素破坏抵抗自然因素破坏n无砟轨道铁路是高速铁路轨道的发展方向无砟轨道铁路是高速铁路轨道的发展方向有砟轨道，碎石道床易粉化、蠕动、变形，难以持久保持有砟轨道，碎石道床易粉化、蠕动、变形，难以持久保持轨道轨道“形、位形、位”的稳定。的稳定。碎石道床：散粒体结构，易粉化、易蠕动、易变形、易飞溅三、高速铁路路基工程特点三、高速铁路路基工程特点高铁知识高铁知识高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点无砟轨道一次成型，具有保持轨道无砟轨道一
6、次成型，具有保持轨道高平顺、高稳定、少维高平顺、高稳定、少维修修以及通过能力大等优点。以及通过能力大等优点。钢筋混凝土道床：整体式结构，稳定性高l技术难题：技术难题：线下基础工后沉降控制线下基础工后沉降控制n我国高速铁路建设需要解决的技术难题无砟轨道有砟轨道可采用填充道砟调整路基允许出现工后沉降（1530 cm）只能通过扣件调整路基不允许出现超过扣件调整范围的沉降（15mm）基础沉降基础沉降高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l技术难题：技术难题：线路纵向刚度均匀化控制线路纵向刚度均匀化控制刚度线路纵向刚度变化线路纵向刚度变化刚度突变，动力不平顺高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点n路
7、基工程特点以岩土为主要材料露天环境人工建造是一种结构工程 路基工程是以岩土为主要材料，在露天环境条件路基工程是以岩土为主要材料，在露天环境条件下，采用人工建造的一种结构工程下，采用人工建造的一种结构工程（魏永幸，2006，无砟轨道路基关键技术探讨_以遂渝铁路无砟轨道综合试验段为例 ）高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l充分认识岩土材料的特殊性岩土是一种最复杂的材料，无论何种力学模型都难以准确描述它的形状；岩土具有显著的时空变异性，在复杂地质条件下，再细致的勘察测试也难以完全查明岩土形状的时空分布；岩土具有很强的区域性，不同地区往往形成各种各样的特殊岩土。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工
8、程特点l充分认识环境对路基工程的影响岩土特性易受环境影响，路基工程处于露天环境，因此，要充分考虑环境变化对路基工程的影响。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l正确认识路基工程的复杂性复杂和多样的环境，复杂和多样的岩土，以及岩土材料本身固有的不确定性和变异性，使路基工程十分复杂。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点n高速铁路路基工程特点 （1）车辆运行速度达到200km/h以上，轨道不平顺对车辆运行的影响被放大，因此要求线下基础具有高平顺性和高稳定性，以保证行车安全、减小轨道养护工作量。 高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点 （2）有砟轨道，轨道的不平顺可以通过整道来减小或消除，无
9、砟轨道可以通过调整钢轨扣件减小或消除，但钢轨扣件调高量十分有限，因此，无砟轨道铁路对路基工后沉降提出了严格的要求，一般要求出现的路基工后沉降可以通过轨道系统的调整加以克服。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点 （3）路基工程主要由岩土材料构成，受岩土材料特性的限制，路基工程与其他线下基础，如桥、涵、隧道等，存在变形和刚度差异，需要在不同的线下基础之间设置过渡段，以使不同的线下基础之间变形和刚度平缓连接，保证轨道平顺性满足高速行车的要求。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点 高速铁路，轨道平顺性对行车舒适性的影响作用被放大，要求线下基础（路基工程）应具有连续、均匀和合适的刚度，并具有长期
10、稳定性，为轨道提供持久、坚实、连续、平顺的支承。 刚度 长期稳定性高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点p路基面支承刚度刚度轨道刚度路基面支承刚度 高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l刚度结构物抵抗外力作用下变形的能力，用外力大小与变形的比值来表示。kN/mm，kPa/mm， MPa/mm。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l轨道综合刚度轨道在列车轮载作用下的抗变形能力。德铁建议的轨道综合刚度为645kN/mm（Ril800/810）我国有砟轨道轨下垫层静刚度6010kN/mm，无砟轨道轨下垫层静刚度255kN/mm（2009，引自高速铁路设计规范（试行）高速铁路路基工程特点高速
11、铁路路基工程特点l路基面支承刚度使路基顶面产生单位下沉时必须施加于路基顶面单位面积上荷载，单位： MPa/mm。（魏永幸，2010，高速铁路路基面支承刚度概念、方法与工程应用）高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点路基面支承刚度即是列车及轨道荷载与在列车及轨道荷载作用下的路基面竖向位移的比值。采用强化路基基床，其路基面支承刚度较高，列车及轨道荷载作用下的竖向位移很小。实测无砟轨道路基面动位移一般在以内。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点为防止或限制基床结构累积变形，应对路基面动变形限制，即对路基面支承刚度进行控制，建议路基面支承刚度限值为200MPa/mm。 （魏永幸，2010，高速铁
12、路路基面支承刚度概念、方法与工程应用）高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点p路基工程长期稳定性稳定性长期稳定性 高速铁路路基工程特点l稳定性结构物抵抗外力作用、环境变化而保持性能不降低的能力。高速铁路路基工程特点l长期稳定性结构物抵抗外力作用、环境变化而在设计使用年限内保持性能不降低的能力。l路基工程长期稳定性对高速铁路路基，其含义应为路基变形（沉降）的长期稳定，包括：在设计使用年限内不允许出现影响列车行车舒适性的较大的变形（沉降）和变形（沉降）差；能够抵抗可预见的各种自然因素作用，而不产生影响列车行车舒适性的较大的变形（沉降）和变形（沉降）差。高速铁路路基工程特点高速铁路路基设计使用年限
13、 高速铁路设计规范（试行）首次明确规定高速铁路路基设计使用年限为100年。高速铁路路基工程特点路基变形（沉降）包括：列车动荷载作用下路基面弹性变形、列车动荷载作用下路基基床产生的累积变形、地基及路堤工后压密沉降。高速铁路路基工程特点路基面弹性变形，是在列车动荷载作用下可恢复的变形，与路基面支承刚度密切有关，采用强化基床，路基面弹性变形很小。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点路基基床累积变形，是基床岩土在列车动荷载反复作用下出现的不可恢复的塑性变形，与基床岩土材质、动强度、动摸量密切有关。采用强化基床，基床累积变形很小。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点地基及路堤工后压密沉降，受地基
14、岩土性质及相应地基处理措施、填料性质及压实标准影响较大，不确定因素多，是管理控制的重点。 高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l高速铁路路基工程长期稳定，必须明确和解决以下问题：路堤及地基压密沉降稳定的时间路堤及地基压密沉降完成的时间表，铺设轨道上部建筑后可能发生的工后沉降是否在要求之内；路基建筑材料的耐久性如路堤填料的水稳性、建筑材料抗环境腐蚀等，能否抵抗可预见的各种自然因素作用而不致产生影响列车行车舒适性的较大的变形（沉降）和变形（沉降）差。 高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点p路基与桥、隧、涵等构筑物之间，不仅存在刚度差，同时也存在不均匀沉降引起的沉降（变形）差。 刚度差 沉降
15、（变形）差高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l不同的线下基础，由于结构形式和材料的差别，存在刚度差异。过大的刚度差，一是引起轨道支承刚度变化，影响行车舒适性；二是引起无砟轨道结构内部应力变化，影响无砟轨道结构使用寿命。因此，不同的线下基础之间应设置过渡段，使线路纵向刚度均匀过渡。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l除路桥、路涵、路隧、路堤与路堑之间应设置过渡段外，对其他线下基础存在较大刚度差的地段，也应采取减小刚度差的措施，避免较大的刚度变化。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l其他几种线下基础特殊类型不均匀地基半填半挖路基两桥（隧）之间短路基两个过渡段之间短路基斜交框构或箱涵高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点l路基沉降（变形）差，可能使轨面形成不平顺或折角。对有砟轨道，可以通过补充道碴和整道来修复；对无砟轨道，超出扣件调高量之外的沉降，将引起轨道结构构件的重新更换或修复。高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点路基工后沉降控制；路基与其他线下基础纵向刚度匹配路基工程防排水。n无砟轨道路基三大关键技术高速铁路路基工程特点高速铁路路基工程特点
