路基土工试验与检测技术专题讲座

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路堤地基路堤填料隧道隧道介质隧道地基隧道介质桥梁地基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•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160～120km/h0.9310kg/cm32~2.10.15~0.2高速铁路路基的技术特点0.6m1.9m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250~300km/h客运专线有砟轨道高速铁路0.7m2.3m级配碎石A、B组填料及改良土A、B、C组填料及改良土底300~350km/h客运专线无砟轨道高速铁路0.4m2.3m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Ril836.0501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Recorddevitessedu29mars1955:331km/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：①用孔隙比和含水量等指标确定地基承载力；②用含水量确定淤泥质土地基承载力；③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，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。表2-1“岩土分类”和“填料分类”粒组划分对比“岩土分类”粒组划分“填料分类”粒组划分名称粒径d（mm）名称粒径d（mm）大d＞800中400＜d≤800漂石（浑圆、圆棱）或块石（尖棱）小200＜d≤400块石（漂石）d＞200大60＜d≤200巨粒碎石（卵石）60＜d≤200中40＜d≤60卵石（浑圆、圆棱）或碎石（尖棱）小20＜d≤40粗20＜d≤60大10＜d≤20中5＜d≤10圆砾（浑圆、圆棱）或角砾小2＜d≤5砾细2＜d≤20粗0.5＜d≤2粗0.5＜d≤2中0.25＜d≤0.5中0.25＜d≤0.5砂粒细0.075＜d≤0.25粗粒砂细0.075＜d≤0.25粉粒0.005＜d≤0.075粉粒0.005＜d≤0.075黏粒d≤0.005细粒黏粒d≤0.005表2-4国内外有关规范的粒组界限（mm）粒组规范块石漂石碎石卵石砾石砂粒粉粒黏粒铁道部TB10077-20012002020.0750.005铁道部TB10001-20052006020.0750.005水利部SL237-19992006020.0740.002交通部JTJ051-932006020.0740.002建设部GB50007-20022002020.0750.005中国国标GBJ145-902006020.0750.005AASHTO（78）7520.0530.002ASTM（69）754.750.0740.005美国ASTM（D2487-2000）300754.750.075JUSCS-733007520.0740.005JISA793007520.0740.002日本土工结构标准7520.0750.005LR196763.52.40.0740.002英国BSCS19812006020.060.002印度IS-1498-596020.060.002瑞士SNV-67005-596020.060.002德国DIN19702006020.0630.002德国DIN-18196-19702006320.060.002法国LCPC19656020.080.002前苏联2004020.050.001波兰4020.052.1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，如表2-2和表2-3所列。表2-2“岩土分类”“岩土分类”类别名称说明块石土粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%(尖棱状为主)漂石土粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%(浑圆或圆棱状为主)碎石土粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%(尖棱状为主)卵石土粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%(浑圆或圆棱状为主)角砾土粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%(尖棱状为主)碎石类圆砾土粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%(浑圆或圆棱状为主)砾砂粒径大于2mm颗粒的质量占总质量的25%-50%粗砂粒径大于0.5mm颗粒的质量超过总质量的50%中砂粒径大于0.25mm颗粒的质量超过总质量的50%细砂粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的85%砂类粉砂粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的50%粉土IP＜10，且粒径大于0.075mm颗粒的质量不超过总质量的50%。粉质黏土10＜IP≤17全部土为总质量黏土黏土IP＞172.1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。•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。表2-5“填料分类”定名分组表(巨粒土)一级定名二级定名类别名称说明细粒含量颗粒级配名称符号填料分组硬块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50%（不易分化，尖棱状为主）——硬块石BhA不易风的软块石BsbB易风化的软块石BscC软块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50%（易风化，尖棱状为主）——风化的块石BsdD良好级配好的漂石BWA＜5不良级配不好的漂石BPB良好级配好含土漂石BW-SIA5～15%不良级配不好的含土漂石BP-SIB块石类漂石土粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50%（浑圆或圆棱状为主）＞15%—土质漂石BSIB、C良好级配好的卵石CgWA＜5不良级配不好的卵石CgPB良好级配好的含土卵石CgW-SIA5～15%不良级配不好的含土卵石CgP-SIB卵石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50%（浑圆或圆棱状为主）＞15%—土质卵石CgSIB、C良好级配好的碎石CcWA＜5不良级配不好的碎石CcPB良好级配好的含土碎石CcW-SIA5～15%不良级配不好的含土碎石CcP-SIB巨粒土碎石类碎石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50%（尖棱状为主）＞15%—土质碎石CcSIB、C表2-5“填料分类”定名分组表(粗粒土)一级定名二级定名类别名称说明细粒含量颗粒级配名称符号填料分组良好级配好的粗砾GCWA＜5不良级配不好的粗砾GCPB良好级配好的含土粗砾GCW-SIA5～15%不良级配不好的含土粗砾GCP-SIB粗砾土粒径大于20mm颗粒的质量超过总质量的50%（粗圆砾土以浑圆或圆棱状为主，粗角砾土以尖棱状为主）＞15%—土质粗砾GCSIB、C良好级配好的细砾GFWA＜5不良级配不好的细砾GFPB良好级配好的含土细砾GFW-SIA5～15%不良级配不好的含土细砾GFP-SIB砾石类细砾土粒径大于2mm颗粒的质量超过总质量的50%（细圆砾土以浑圆或圆棱状为主，细角砾土以尖棱状为主）＞15%—土质细砾GFSIB、C良好级配好的砾砂SGWA＜5不良级配不好的砾砂SGWB良好级配好的含土砾砂SGW-SIA5～15%不良级配不好的含土砾砂SGW-SIB砾砂粒径大于2mm颗粒的质量占总质量的25%-50%＞15%—土质砾砂SGSIB良好级配好的粗砂SCWA＜5不良级配不好的粗砂SCPB良好级配好的含土粗砂SCW-SIA5～15%不良级配不好的含土粗砂SCP-SIB粗砂粒径大于0.5mm颗粒的质量超过总质量的50%＞15％—土质粗砂SCSIB良好级配好的中砂SMWA＜5不良级配不好的中砂SMPB良好级配好的含土中砂SMW-SIA5～15%不良级配不好的含土中砂SMP-SIB中砂粒径大于0.25mm颗粒的质量超过总质量的50%＞15％—土质中砂SMSIB良好级配好的细砂SFWB＜5不良级配不好的细砂SFPC细砂粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的85%5～15%／含土的细砂SF-SIC粗粒土砂类粉砂粒径大于0.075mm颗粒的质量