高速铁路路基工程
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我国高速铁路路基面临的主要问题
技术标准的修改和完善; 车-轨-路系统合理匹配理论研究; 设计、施工面临的几个问题; 新技术的应用。
技术标准的修改和完善
路基工后沉降控制标准; 无砟轨道路基基床厚度200-350km/h没 有区分确定; 地基刚度的标准,直接关系到地基处理 的成本。
K30平板载荷试验
K30平板载荷试验是采用直径为30cm、 厚度为25mm的刚性荷载板测定下沉量 为1.25mm地基系数的试验方法计量单位 为MPa/m
K 30
1.25
1.25mm
K30平板载荷试验步骤
安装好试验设备; 预加0.01MPa荷载约30S,待稳定后卸除荷载, 将表调零; 以0.04MPa的增量逐级加载。每增加一级荷载 当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量 的1%时,增加下一级荷载; 总下沉量超过规定1.25mm,或者荷载强度超过 估计的现场实际最大接触压力或者达到地基的 屈服点,试验终止。
土的三相组成
土的基本物理指标
天然密度
m v
土粒比重
ms Gs vs (4C )
反映土的松密程度指标
孔隙比
VV e VS
孔隙率
VV n V
反映土的含水程度指标
含水率
m ms
土的饱和度
V Sr VV
土的最大干密度和最优含水率
最少的机械功获得最大压实度; 轻型击实试验; 重型击实试验; 灰土击实试验。
二八灰土垫层 厚度0.3m
0.4
郑西客运专线试验段
地基处理 路基填筑 堆载预压与沉降观测 铁路路基科研
地基处理前检测
机械钻孔取样 静力触探 雷达测试 面波测试 荷载板试验
(1)地貌单元属渭河II级阶地,勘探 深度内地基土由砂质黄土、黑垆土、 古土壤、粉质粘土及砂层组成; (2)试验场地属自重湿陷性黄土场 地,湿陷等级为IV级(很严重); (3)地基处理深度范围内天然含水 率为12.2 ~ 20.4%,击实最大干密度 为1.74~1.76g/cm3,最优含水率为 15.5~17%(轻型击实); (4)地下水位埋深为40.50m,地基 处理可不考虑其影响
灰土挤密桩
成桩24h内采取轻型动力触探仪对成桩质 量进行检测,击数N10与现场试验确定的 干密度进行对比,其压实系数K≥0.93; 灰土挤密桩完成7~14天后,采用平板载 荷试验检测复合地基承载力,复合地基 承载力:一般填方地段σ0≥0.15MPa,支 挡结构地段地基最小容许承载力[σ] =200kPa。
路基动态设计
为了有效地控制工后沉降量及沉降速率,需要 开展路基动态设计。 根据沉降观测资料及沉降发展趋势、工期要求 等,采取相应的措施,如调整预压土高度,确 定预压土卸荷时间,以及铺轨前对路基进行评 估及合理确定铺轨时间,以确保铺轨后路基工 后沉降量与沉降速率控制在允许范围内。路基 动态设计的成果可以为后续的轨道工程打下了 良好的基础。
孔隙率n
e d s (1 0.01 )
1
e n( ) 100 1 e
路基沉降观测
工后沉降:路基建成铺轨后产生的沉降 量,包括路基填土压密下沉、行车动荷 载引起的基床累计变形和地基产生的工 后沉降(主要)。 工后沉降是利用实测的荷载-时间-沉 降曲线,选择有关函数对曲线进行拟合, 进而推算工后沉降。
严格控制路基变形和工后沉降
工后沉降是高速铁路路基设计的主 要控制因素,路基发生强度破坏之 前,已经出现了不能容许的变形; 我国对无砟轨道的路基工后沉降要 求一般不应超过扣件可调高量15mm, 路桥路隧差异沉降不超过5mm。
路桥及横向构筑物间设置过渡段
路桥及横向构筑物间的过渡段,是以往设计及 施工中的薄弱环节,也是既有线发生路基病害 的重要部位。由于桥台与路堤的刚度相差显著, 高速列车通过时对轨道结构及列车自身会产生 冲击,从而降低列车运行的平稳性和舒适度, 加快结构物和车辆的损坏。 为保证列车高速运行时的平稳舒适,对路桥过 渡段采用了刚度过渡的设计方法。在桥台后一 定范围内,采用刚度较大的级配碎石作为过渡 填筑段,与路堤相接处采用1:2的斜坡过渡。
地基处理
强夯 水泥土挤密桩 柱锤冲扩桩
强夯
最后两击平均夯沉量不大于5cm ; 强夯加固地基的有效加固深度应满足设 计要求,有效深度范围内地基土应满足: 标贯击数修正后的N63.5≥10,粘性土Ps> 1.2MPa,砂类土Ps≥5.0MPa,地基承载 力σ0≥0.15MPa,检测方法和频次应符合 相关规定; 检验方法:动力触探和静力触探。
地基处理后检测难点
强夯施工后确定N10、N63.5与压实度K及承 载力σ的关系; 灰土挤密桩N10与压实度的关系确定; 取样问题。
路基填筑
8.0
3.0
1:1
堆载预压土方
13.6
2.3 0.4
带排水槽拱形骨架护坡 骨架内液压喷播植草
级配碎石
5.0
1:1
M7.5浆砌片石 厚度0.3m
试验范围内土层的端阻qc为1.38~9.6MPa,侧摩阻fs为0.030~0.202MPa
地质雷达测试显示地基处理前在所有的雷达剖面上在深度为6.5m处,有一雷达 波组连续,反射强烈的岩性界面(软弱夹层)
地基处理深度范围内剪切波波速为189.9 ~ 207.0m/s
试验场地天然黄土地基的基本承载力为90kPa
高速铁路路基工程
中国铁道科学研究院
2002年11月27日321.5km/h
压 实 标 准 基床以下路基 地基系数K30 (MPa/m) 孔 隙 率n (%) 压实系数K ≥0.92 注:EV2 检测时,EV2 / EV1≤3.0。 改良细 粒土 ≥90 ≥45 砂类土及 碎石类及 细砾土 粗砾土 60 60 ≥130 60 ≥110 ≥45 ≥45 <31 <31
设计、施工面临的几个问题
路基工后沉降预测技术; 特殊土地区低路堤、土质路堑的个别设 计; 改良土的施工技术; 复杂地质条件下的路基设计。
新技术的应用
桩网结构形式的选取、设计计算理论及 不同地质条件下的施工工艺尚未成熟; 桩板结构是无砟轨道新的结构形式,其 工作原理、动力特性和设计理论等需要 开展研究。
8.0
3.0
1:
堆载预压土方
13.6
2.3 0.4
带排水槽拱形骨架护坡 骨架内液压喷播植草
1
级配碎石
5.0
1:1
M7.5浆砌片石 厚度0.3m
.5
5%~7%水泥改良土
2.0
0.6
8%~10%石灰改良土 铺设2层双向土工格栅 双向土工格栅,抗拉强度25KN/m 宽度3m,层距0.5m 抗拉强度60KN/m 5%水泥改良土
双线标准路堤横断面(350km/h)
变形模量Ev2(MPa)
高速铁路路基技术特点
路基按照结构物设计,填料和压实标准 高; 严格控制路基变形和工后沉降; 路桥及横向构筑物间设置过渡段; 路基动态设计; 地基处理类型多。
路基填筑质量标准高
基床表层采用级配碎石强化结构,K30 、 Ev2、Evd、n 指标满足设计要求。 基床底层采用A、B组或改良土填筑, K30、Ev2、K 、n满足设计要求 基床以下路基采用A、B、C组或改良土 填筑, K30、Ev2、K 、n满足设计要求
百度文库
.5
5%~7%水泥改良土
2.0
0.1 0.1
路基典型横断面图
0.8
0.6
8%~10%石灰改良土 铺设2层双向土工格栅 双向土工格栅,抗拉强度25KN/m 宽度3m,层距0.5m 抗拉强度60KN/m 5%水泥改良土
二八灰土垫层 厚度0.3m
0.4
施工机械
路基填筑检测
静态变形模量EV2 动态变形模量EVD 地基系数K30 压实度(粒土压实系数K、粗粒土碎石类 土孔隙率n)
填 土 高 度
填土期间
堆载预压期间
卸载
时间
沉 降 量 工后沉降量= S∞-S S S∞ 施工期间沉降量 最终沉降量
铁路路基科研
路基动态测试:动应力、动变形 综合试验 过渡段加固试验 原位膨胀力试验 湿陷性黄土地基浸水试验
动态变形模量 Evd
动态变形模量Evd (dynamic modulus of deformation)是指土体 在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的 参数。 Evd =1.5×r ×σ/s 其中:Evd——动态变形模量(MPa); r ——圆形刚性荷载板的半径150mm; σ ——荷载板下的最大冲击动应力,它是通过在刚性基础上, 由最大冲击力Fs=7.07KN 且冲击时间ts=18ms 时标定得到的,即σ =0.1 MPa; s ——实测荷载板下沉幅值(mm); 1.5 ——荷载板形状影响系数。
K 30
S
SS
0.21MPa 168MPa / m 3 1.25 10 m
路基压实度测试
d K d max
K-压实系数 ρd-土体压实后的干密度 ρdmax-室内重型击实试验测定的最大干密度
压实度测试方法
环刀法:粉土、黏性土 灌砂法:最大粒径小于20mm 灌水法:最大粒径小于60mm 蜡封法:易碎的土 核子密度仪法:不能用于石灰改良土
实测结果测试三次,采用公式 Evd =22.5/s 计算。
Evd 动态变形模量测试仪
主要结构组成
加载装置
①挂(脱)钩装置(带水准泡) ②导向杆 ③落锤(10kg) ④阻尼装置
荷载板
①圆形钢板 ②传感器
沉陷测定仪(存储、与电脑连接) 打印机
Evd 动态变形模量测试步骤
测试地面整平,必要时在荷载板下用中 细砂或湿细砂找平; 进行三次预冲击; 进行三次正式测试。
郑西客运专线路基试验段
郑西客运专线
坪塬村
试验段
高速公路
强夯
水泥土挤密桩 柱锤冲扩桩
柴油罐
水泥土拌合
试验段简介
郑西客运专线湿陷性黄土试验段位于陕西省华 阴市坪塬村,试验段总长140m,地基处理采用 了强夯、水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩三种方法。 路基本体和基床底层采用8%石灰和5%水泥改 良土填筑,基床表层采用级配碎石填筑,3m堆 载预压进行路基沉降观测。 试验段进行了地基处理前检测、地基处理和路 基填筑施工工艺、路基填筑工艺、地基处理和 路基填筑试验检测、路基沉降观测及路基浸水 等科研项目。
土的工程分类
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,合理的选择施工方案, 这就是土的工程分类的目的 。
路基填料的分组
填料按照土的粒径、级配等分组; 粗粒土按照粒径、级配以及细颗粒含量 分为A、B、C(分化的软块石为D)组; 细粒土按照液塑限及有机质含量分为C、 D、E组; 路基填料组的选择按照设计要求选择, 客运专线基本采用较好的A组填料及灰土 改良土填筑。
地基处理的种类多
对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层 处理; 对于深层软基的主要地段采用袋装砂井、塑料排水板的 排水固结加预压的处理方法; 对于工后沉降要求高及路桥过渡段,根据地质条件和经 济对比,采用了砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷 桩等地基处理方法; 对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段,采用了挤 密砂桩的处理方法; 新建的一些客运专线采用强夯、CFG桩、灰土挤密桩、 桩网、桩板等地基处理方法。
静态变形模量 Ev2
通过直径300mm圆形承载板和加载装置 对地面进行第一次加载和卸载后,再进 行第二次加载,用测得的承载板下应力σ 和与之相对应的承载板中心沉降量S,来 计算变形模量EV2及EV2/EV1值的试验方 法。
静态变形模量 Ev2试验步骤
安放好测试仪器 预加0.01MPa荷载约30S,待稳定后卸除荷载,将表调 零。 第一次加载至少分6级,以约0.08MPa的增量逐级加载, 达到0.5MPa或者沉降5mm后,进行卸载。 按最大加载的50%、25%、0分三级卸载。 依照第一次加载进行第二次加载,直到加到第一次最 大荷载的倒数第二级。 每级加载或卸载在1min内完成,每级荷载维持2min。