第四次课(过渡段路基、路基变形控制)

图5-8 路堤压密下沉量与路堤高度的关系曲线
（五）地基的沉降计算方法


常规计算法 有限单元法 利用实测沉降数值的拟合法 反演分析法等
常规计算法简单易实，所需参数可在常规 试验中确定，是实际工程中国内外最通用 时沉降、主固结 沉降和次固结沉降组成 瞬时沉降可由弹性公式进行计算 主固结沉降可用e～p、e～lgp曲线采用分层总和 法计算 次固结沉降过程，由于历时很长，研究的也不够， 往往对其忽略不计
本次课主要内容： 一、过渡段路基结构 二、路基变形与控制
一、过渡段路基结构
（一） 过渡段路基处理措施 核心思想：路基刚度沿着纵向均匀非配



1）加筋土法：加筋土路堤，增加路基强度， 提高路基刚度，减小路基变形； 2）优质填料：使用优质填料（碎石类填 料）； 3）使用过度板：利用钢筋混凝土厚板的抗 弯性能来增加轨道刚度。
（一） 列车行驶时路基面的弹性变形

弹性变形是列车通过时列车荷载的短时作 用而产生的，主要发生在路基的基床部位， 尤其是基床表层



路基的弹性变形最终将反映在轨面的弹性变形之 中，如果弹性变形大，车速就不可能提高 当基床表层采用特殊的结构型式时，如日本强化 基床表层采用的沥青混凝土，必须控制其弹性变 形不致引起表层结构的开裂破坏 当上部结构和道床的技术条件确定之后，影响轨 面弹性变形的因素主要是路基。路基弹性变形的 大小是由路基的动刚度决定的，而路基的刚度取 决于路基填料及填筑质量。
基床底层刚度与路基面累积下沉量的关系曲线
（三）路基面的变形与填土的压实度有关

日本铁道综合研究所进行了砂砾土基床的室内 1：1动态模型试验。试验对象为无碴线路，试 验动载范围为1~18t，相当于日本高速列车轴 重。试验频率为11Hz，重复加载次数为150万 次，相当于新干线10年运量。试验的基床材料 为砂砾土，试验了三种密实度（86.2%、91.6%、 96.2%），相应的K30值为4.2kg/cm3、 8.1kg/cm3、15.6kg/cm3。试验结果表明，砂砾 土基床的表面K30值随压实度增加而增加，表 面的加速度、弹性变形幅值和累积残余变形随 压实度增加而急剧下降。
路堤与横向结构物的过渡段
路堤与横向结构物的过渡段
路堤与路堑连接处的过渡段
二、路基的变形与控制
（一） 路基变形的组成



1）基面弹性变形：列车通过时基床产生的 弹性变形； 2）床累积下沉：长期行车引起的填土累积 变形； 3）路基本体压密下沉：路基本体的压密变 形及地基工后（固结）沉降。

长期行车引起的累积变形不仅与填料本身的物理力学 性质有关，而且还与列车荷载的重复作用次数、运量 和轴重有关。 由散体材料构成的基床发生变形是不可避免的，只有 尽量减少变形，其措施有两种： （1）减少轮载作用次数。 （2）把轮载动应力控制在土的临界动应力范围内。 应一方面通过机车——线路系统中各部分的合理匹配 减少基床的动应力，另一方面通过强化路基基床来提高 其临界动应力，使基床动应力小于临界动应力。


日本曾对一种堆积软岩路基进行了 现场填筑试验 和动态试验，填筑标准按现行设计 规范， 即K30≥110MPa/m， 测得路基面的弹性变形值为0.9mm。
秦沈客运专线基床表层用级配碎石作填料， 压实标准同时满足n≤15%和K30≥190MPa/m两个指标， 基床底层和基床以下路堤采用粗粒土作填料，
基 床底层 路基本体
K0+040
花岗岩风 化 物
下 蜀 粘 土
C 级 填 料
K0+045 K0+050 K0+055 k0+060
里 程
图5-5 路基结构的纵断面图
4.5m


当路基基床表层的K30≥200MPa/m、基床底层的 K30≥ 100MPa/m、路基的综合刚度值≥150MPa/m时， 路基面的弹性变形值很小，小于0.5mm； 同时可以看出，基床表层以下填土的刚度值会影响 路基的综合刚度，从而影响路基面的弹性变形值。 四种结构形式的路基断面中，级配碎石越厚，弹性 变形越大， 而有5cm厚沥青砼的强化基床表层的路基弹性变形 最小， 但四者相差并不大。
对于由散体材料填筑的路基基床不让 其产生塑性变形是不现实的。 但可采取一定的措施进行有效的控制， 如强化基床表层等： 对于表层5cm厚沥青砼的强化基床表层结构， 根据日本的资料，当基床表层的 30≥150MPa/m时，道床嵌入基床的下陷量甚 微。
基床底层的刚度将影响路基面的累积下沉量


当基床底层的K30≈68.6~108MPa/m，荷载 作用次数为150万次时，累积下沉量约为 1~2.5mm； 但基床底层的K30≤70MPa/m时，路基面的 累积下沉量将较大。
总之，根据现有的研究结果，基床部分的填料只要 按压实标准进行填筑压实，这部分的累积下沉量很小， 而且很快趋于稳定；有沥青砼的强化基床表层的路基 结构可降低路基面的累积下沉量；达到一定值后， 压实系数或K30的提高将对路基面的变形基本无影响； 为改善路基的受力，路基各部分的刚度不应突变。
（四） 路基本体的压密下沉

路基面弹性变形与路堤高度关系曲线
地基和基床表层填料的刚度值保持不变， 改变路堤下部填土和基床底层填料的刚度值。 结果表明，基床表层刚度180MPa/m时， 路基面的弹性变形在1.32~2.25mm范围内， 弹性变形不仅与基床表层填料的刚度值有关， 且与其下填土的刚度值有关。 此外，还可看出弹性变形同路堤高度的关系并不显著。
主要技术标准及结构 逐步增长的超长轨枕和减小轨枕间距； 逐步加厚道床厚度； 在较硬一侧设置轨下、枕下、碴底橡胶垫块 等调整轨道竖向刚度；
在较软一侧逐步加强路基。
加筋土法

增加路基强度，提高路基刚度，减小路基 变形。
加筋土法

增加路基强度，提高路基刚度，减小路基 变形。
加筋土法
加筋土法
基床底层压实标准为n≤20%和K30≥120MPa/m；
基床以下路堤压实标准为n≤25%和K30≥120MPa/m。 经测试发现，路基面的弹性变形能控制在3.5~4.0mm之内。
（二）运营阶段由行车引起的基床累积下沉
这部分下沉是由列车通过道床传递到路基面的动荷 载引起的 对于有碴轨道结构，可通过起拨道进行调整处理 这类下沉是一个累积的过程，为使列车安全运行和 保持乘车的舒适性，使轨道结构处于良好的几何形 位和动力状态，需经常进行轨道的维修作业 累积下沉量的大小关系到轨道的维修模式和成本

基床的弹性变形决定于脱轨安全系数，日本新干 线的允许弹性变形为5 mm。但使用强化基床表层 后，为防止沥青砼层开裂，沥青砼面的挠度应小 于2.5mm，故以2.5mm作为弹性变形控制值。

（1）路基刚度对路基面弹性变形影响的动力 有限元分析
有人进行了路基刚度在40MPa/m~120 MPa/m之间、 列车速度350km/h的列车——线路大系统的动力学 分析，计算结果发现，在5~10m波长范围内，6 mm不平顺条件下，路基面的弹性变形约为 0.12~2.1mm。
过大的下沉还会破坏路基面的排水条件以致不能 保持良好的横向排水坡度




目前世界各国关于路基填土的压密下沉通常都是 通过压实密度予以保证的 日本铁路的实测表明，高6m的填土、压实系数在 90%以上，经计算其最终下沉量约为1.0cm，并在 一年内渐趋稳定 我国普速铁路的经验表明，平均压实系数达到0.9 者，下沉约为路堤高度的0.1%；压实系数为0.85 者，下沉约为路堤高度的0.5%~1.0%
（1）基床累积下沉的现场实测结果

日本铁路对一般线路轨道下沉量与路基质 量、列车速度、通过重量之间关系的调查 结果。
轨道下沉量与路基质量、列车 速度、通过重量之间的关系
一般认为，对于良好路基的情况，累积下 沉的大部分是由道床引起的，路基所占的 份额很小，约占总下沉量的20%~30%。而 路基不良地段，路基变形则能占到 30%~70%。


路基填土的压密下沉属永久下沉，是由填土的自 重（包括线路上部建筑）引起的，它发生在两个 时间段： 一是施工阶段的下沉 二是施工完成后的所谓工后下沉


施工阶段的下沉不影响实际的工程实施， 因为总要填到设计标高 工后下沉对后期运营将产生较大的影响

由散体材料填筑而成的路基本体产生一定的压密 下沉是正常的，但如果下沉量较大，说明填土的 压实密度不足、强度低，容易形成不均匀变形
二、路基的变形与控制
（二） 路基变形控制


1）地基条件：路基本体下什么深度范围的 土体应该满足的条件； a）深度范围： 路基宽度值2倍，25m内 b）地基土参数：见表2-28

表2-28 路基的地基条件
（二） 路基变形控制

2）工后沉降控制标准：
（三） 路基面最终沉降量预测


碎石类优质材料填筑法
过渡板法
（二）我国过渡段的路基处理措施 路桥过渡段
过渡段长度：2倍高度+3~5m 混凝土搭板 台背不易压实段水泥加强，3~5%
（二）我国过渡段的路基处理措施 路桥过渡段
过渡段长度： 2倍高度+3~5m 混凝土搭板 台背不易压实段水泥加强，3~5%

一般认为，道床的材质较好，基床的弹性 变形对道床的影响就相对较小，容许值就 可大些
（2）路基面弹性变形的现场测试
0.7m 3.0m 0.5m 0.9m 3.0m 4.5m
0.7m 厚级 配 0.5m 厚 级 配 0.05m厚沥青砼＋ 0.9m厚级配 基 床表层 碎 石 碎 石 0.65m厚级配碎石 碎 石
利用实测沉降 数据预测最终 沉降量 1）双曲线法 2）三点法 3）作图法（自学）
等时间步长