3路基基床

WQWQWQ讲义—苏谦-1-讲义—苏谦-1-第三章路基基床WQWQWQ讲义—苏谦-2-讲义—苏谦-2-第三章路基基床§3.1基床荷载§3.2基床结构§3.3基床病害及其防治WQWQWQ讲义—苏谦-3-§3.1基床荷载路基荷载：是指作用在路基面上的应力。静荷载：按线路类型、按每公里的各种材料数量及重量，确定每延米长的重量及其分布的宽度。动荷载：列车行驶时轮载力通过上部结构传递到路基面上的动应力。WQWQWQ讲义—苏谦-4-特殊活载250kN1.5m1.5m路基设计中常取机车活载为动荷载简化成纵向均布的线荷载，并假定每个轴重的分布宽度等于轴距q=220/1.5=146.67kN/m普通活载220kN92kN/m80kN/m30m图3-1中-活载计算图WQWQWQ讲义—苏谦-5-路基设计中，常把列车动荷载作为静荷载处理，并将静荷载和动荷载一并简化为与路基土质相同的土柱，均布在路基面上。一、换算土柱法§3.1基床荷载由枕端作45°应力扩散角与路基面相交的宽度换算成与路基填料重度相同的土柱来代替图3-2换算土柱图示WQWQWQ讲义—苏谦-6-§3.1基床荷载一、换算土柱法WQWQWQ讲义—苏谦-7-考虑路拱的换算土柱宽度算法：几何关系认识基本概念：路拱；道床厚度（轨下断面）；钢轨中心距（1.5m）；轨枕长度计算----3.5m(3.48m)§3.1基床荷载一、换算土柱法WQWQWQ讲义—苏谦-8-§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-9-路基面动态物理量参数：a)动应力幅值b)动应力频率c)振动加速度d)振动位移e)振动速度—德国§3.1基床荷载二、动荷载WQWQWQ讲义—苏谦-10-1.荷载的分担作用轨排结构特性5根轨枕分担（7根）0.4P,0.2P,0.1P§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-11-2.路基动应力的一般规律影响动应力的因素：机车车辆类型、轴重、运行速度、线路结构及状态、线路平面、纵断面线路平顺情况、钢轨类型、轨枕类型及间距、道碴种类及厚度、路基土质及稳定程度等。研究手段理论计算现场实测二者的有机结合与互为印证数值范围一般为50～70kPa左右，最大值可达110kPa。§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-12-动静差异Pd=Ps(1+αv)Pd—动轮载，Ps—静轮载，v—km/h,（v300,按300计算）α—速度影响系数，高速无缝线路为0.003,准高速无缝线路为0.004,普通线路为0.005§3.1基床荷载（1）轮载力3.路基面动应力简化算法WQWQWQ讲义—苏谦-13-（2）动应力传递图式横向扩散图式纵向扩散图式类似，沿轨枕宽度向下§3.1基床荷载3.路基面动应力简化算法WQWQWQ讲义—苏谦-14-高速铁路路基设计动应力幅值σd=0.4Pd/AA—应力分布面积之半路基设计动应力计算值§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-15-（3）路基动应力沿深度的分布一般将动静应力比1/5或1/10作为确定基床厚度的依据。我国对京沪高速铁路路基的研究表明，动静应力比为1/5时的深度约为3.2m，动静应力比为1/10的深度约为4.2m。一般采用动静应力比1／5为确定高速铁路基床厚度的标准，京沪高速铁路路基基床厚度为3.0m。列车动应力与路基自重应力沿深度的变化曲线•自重应力，附加应力•路基所受的动应力沿深度而逐渐衰减。0.6m,衰减了60%；3.0m,衰减了90%。•根据实测，一般路基面下3.0m处的动应力已经很小，与土体的自重应力相比，甚至可忽略不计。•最大影响深度约4.0m(欧美实测)§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-16-（4）高速铁路路基面上的动应力沿线路纵向的分布高速铁路路基面上设计动应力及分布图§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-17-车轮正下方路基动应力最大值与沿线路纵向扩散距离L之比存在线性关系：L=103σmax/(82.9+6.17σmax)动应力在路基面上沿线路纵向的分布图***减少荷载的重复作用次数.**轮对，转向架，车体：设计§3.1基床荷载（4）高速铁路路基面上的动应力沿线路纵向的分布WQWQWQ讲义—苏谦-18-缺（5）WQWQWQ讲义—苏谦-19-①Odemark当量理论德国②两层系统计算公式半空间弹性理论③多层系统换算法三层多层§3.1基床荷载（6）多层系统中的应力计算WQWQWQ讲义—苏谦-20-线路的不平顺与变形控制变形长期累积发展的过程累积应变与荷载重复作用次数关系衰减型曲线：随n而逐渐稳定破坏型曲线：随n而逐渐发展直到破坏摆动型曲线：介于二者之间临界动应力：摆动型曲线所对应的动应力；从变形控制的角度提出动强度控制指标影响因素：土的种类、含水量、密实度、围压大小、荷载作用频率等围压—基床深度；随围压增大而增大频率—列车速度：随频率增大而减小§3.1基床荷载（7）基床土的疲劳特性与临界动应力WQWQWQ讲义—苏谦-21-四、高速铁路路基设计荷载静荷载轨道荷载列车荷载我国高速铁路有碴轨道结构，其标准：钢轨为60kg／m2，轨枕为III型很凝土枕，枕长2.6m，1600-1680根／km，道碴厚不小于35cm，碴肩宽50cm。§3.1基床荷载WQWQWQ讲义—苏谦-22-设计速度350km/h，最大轴重为220kN,设计动应力幅值为100kPa,在路基面上的分布面积为:260cm×280cm。§3.1基床荷载四、高速铁路路基设计荷载WQWQWQ讲义—苏谦-23-§3.2路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-24-上讲课荷载：静荷载；动荷载本讲课结构设计图1路基图示基床表层基床底层路堤下部§3.2路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-25-路基及其作用和要求一路基基床结构设计二基床结构型式三§3.2路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-26-1.作用（1）铁路线路的重要组成部分路基；桥梁；隧道；涵洞路基主体地位：所占比例50%～90%行车品质：法国高速；秦沈线设计理念、施工观念：当作结构物来对待（2）轨道结构的基础稳固；平顺适应行车§3.2路基基床结构一、路基及其作用和要求WQWQWQ讲义—苏谦-27-(1)应有足够的强度以抵抗列车荷载产生的动应力而不致破坏；(2)能抵抗道碴压入土中从而防止道碴陷槽等病害的形成；(3)在路基填筑阶段能承受重型施工车辆走行而不形成印坑，以免留下后患。强度§3.2路基基床结构一、路基及其作用和要求2.要求WQWQWQ讲义—苏谦-28-(1)在列车荷载的重复作用下，塑性累积变形要小，以避免形成过大的不均匀下沉造成轨道的不平顺，增加养护维修的困难。(2)在列车高速行驶时，基床的弹性变形应满足高速走形的安全性和舒适性的要求。(3)同时能保障道床的稳固。刚度§3.2路基基床结构一、路基及其作用和要求2.要求WQWQWQ讲义—苏谦-29-减弱列车振动，保证行车舒适。弹性(1)水是病害之源。(2)能够防止雨水浸入软化和冻融等危害。排水性§3.2路基基床结构一、路基及其作用和要求2.要求如何做WQWQWQ讲义—苏谦-30-§3.2路基基床结构二、路基基床结构设计1.基床概念2.材料3.基床厚度确定原则4.厚度的确定WQWQWQ讲义—苏谦-31-定义路基基床是指路基面以下，路基上部受列车动力作用和水文气候变化影响较大的一层。§3.2路基基床结构1.基床概念作用(1)承受列车的长期重复动力荷载作用。(2)为下部土路基提供保护。二、路基基床结构设计基床设计(1)荷载(2)材料(3)结构WQWQWQ讲义—苏谦-32-(1)土—最广泛的一种建筑材料(2)级配碎石（砂砾石）级配：级配曲线材质：磨损率2.材料0204060801000.010.1110100粒径（mm）小于d的土粒的百分数标准级配1标准级配2标准级配3实际使用碎石图2级配碎石级配曲线§3.2路基基床结构二、路基基床结构设计WQWQWQ讲义—苏谦-33-图3路基面的动应力实测结果（1）基床厚度沿革无；0.6m（五六十年代）;1.2m（七八十年代）;2.5m;3.0m（目前）（2）基本原则动应力动强度（3）动应力沿深度衰减动应力衰减曲线图4动应力及自重应力其沿深度的分布050100150200250300350050100150200动应力（kPa)距枕底深度（cm)浙干线通坨丰润浙干红门京广长沙宝成K571加拿大德既有线1德既有线2德既有线3秦沈线对数(秦沈线)§3.2路基基床结构二、路基基床结构设计3.基床厚度确定原则WQWQWQ讲义—苏谦-34-（4）填土动强度线填土动强度与围压成正比;围压随深度而增加;填土动强度线：填土动强度与深度成直线关系。0204060801001201400204060填土动强度/kPa路基面下深度/m图5动强度线§3.2路基基床结构二、路基基床结构设计3.基床厚度确定原则WQWQWQ讲义—苏谦-35-图6基床厚度的确定动应力衰减曲线＋填土动强度线;交点处即为临界厚度，考虑安全系数后即为设计厚度。§3.2路基基床结构二、路基基床结构设计4.厚度的确定WQWQWQ讲义—苏谦-36-二层系统传统的普通线路多为道床不土质路基直接相连的二层系统，称为土基床。随着高速铁路列车速度的提高和重载铁路轴重的增加，基床所受的动应力明显提高，普通的二层系统已丌能满足要求。因此发展了多层系统。三、基床结构型式1.结构分类§3.2路基基床结构多层系统（或强化基床结构）1.结构组成:基床表层基床底层路堤下部（下部填土）2.基床表层德、法、日等国有丌同的名称，如路基保护层、垫层和强化路盘等。WQWQWQ讲义—苏谦-37-2.我国路基基床结构(单位:m)图7客运专线路堤基床结构型式§3.2路基基床结构三、基床结构型式客运专线：基床表层：60cm基床底层：190cmWQWQWQ讲义—苏谦-38-§3.2路基基床结构2.我国路基基床结构三、基床结构型式高速铁路：基床表层：70cm基床底层：230cm2.我国路基基床结构(单位:m)图8高速铁路路堤基床结构型式WQWQWQ讲义—苏谦-39-路基结构填料厚度/cm（客运专线）厚度/cm（京沪高速）基床表层级配砂砾石或级配碎石6070基床底层A、B组填料及改良土190230路堤下部A、B、C组填料或改良土//§3.2路基基床结构我国高速及客运专线填料选择及厚度标准三、基床结构型式2.我国路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-40-图9日本高速铁路一般强化基床表层构成§3.2路基基床结构三、基床结构型式3.世界各国路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-41-图10德国高速铁路一般路堤基床结构型式§3.2路基基床结构三、基床结构型式3.世界各国路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-42-图11法国高速铁路一般路堤基床结构型式§3.2路基基床结构三、基床结构型式3.世界各国路基基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-43-多层级配碎石土工格室＋级配碎石沥青封闭层＋级配碎石级配碎石＋两布一膜等等§3.2路基基床结构三、基床结构型式4.新型基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-44-土工格室＋级配碎石基床结构土工格室示意图日本采用土工格室＋碎石加固基床基床底层松软砂粘土，软塑～流塑软砂粘土，软塑～流塑袋装砂井砂粘土，硬塑～软塑砂粘土，软塑土工格室、土工格栅基床表层砂垫层土工格室图12断面示意图(单位：m)（秦沈客运专线DK241）WQWQWQ讲义—苏谦-45-图13沥青封闭层＋级配碎石基床结构沥青封闭层＋级配碎石基床结构WQWQWQ讲义—苏谦-46-级配碎石＋两布一膜基床结构图14二布一膜铺设示意图下层砂垫层厚5cm基床表层上层砂垫层厚20cm二布一膜基床底层级配碎石二布一膜土工格栅砂垫层C组土C组土基床底层12.501:1.51:1.51:1.751:1.75干砌片石护坡袋装砂井砂粘土淤泥质砂粘土粉砂4%4%4%4%4%4%松软砂粘土图15试验段的工程地质及工程概况WQWQWQ讲义—苏谦-47-基床病害原因及类型一基床病害整治措施二基床病害整治事例三§3.3