ZH活载作用对重载铁路路基基床厚度的影响

4 ZH 活载作用下路基基床厚度检算
4． 1 基床厚度的确定原则
列车 动 应 力 由 轨 道 、道 床 传 至 路 基 本 体 ，沿 深
度逐渐衰 减。在 路 基 某 一 深 处，列 车 荷 载 引 起 的
图 1 铁路标准活载图式（ 单位： m）
对应的轨道和列车荷载换算土柱宽 3． 7 m，高 3． 4 m（ r = 18 kN / m3 ） 。 2． 2 25 t 轴重检算荷载及图式
5 结论及建议
根据检算情况 可 知，轴 重 由 22 t 增 加 到 25 t 时，活载图式由“中 － 活 载”图 式 变 为“ZH 活 载” 图式，其受 影 响 的 部 分 主 要 为 路 基 的 基 床 部 分。 当重车行驶速度小 于 80 km / h 时，基 床 厚 度 采 用 2． 5 m 依然满足要求； 当重车行驶速度为 80 km / h 时，基床底层的动应力与自重应力 比 为 0 ． 202 ， 超出不多。当重车行驶 速 度 大 于 80 km / h 时，基 床厚 度 采 用 2 ． 5 m 不 能 满 足 要 求，有 待 进 一 步 研究。
参考文献
表 2 轴重 25 t 时动应力与自重应力之比
速度 / （ km·h － 1 ） 60
深度 /m
80
100 120
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0． 153 0． 164 0． 175 0． 186
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2． 9
0． 143 0． 153 0． 163 0． 174
n2
×
（1
1 + m2 + 2n2 + n2 ） （ m2 + n2 ）
+
] arcsin
n
槡m2 + n2 槡1 + n2
式中： P0—荷载强度； m = a /b； n = h /b； a、b—长方形荷载的边长之半，m； h—深度，m。
4． 2 基床厚度检算 本线路基工程设计采用中活载，22 t 轴重列车
荷载产生的不同深度的动应力与路基自重应力之 比见表 1。
表 1 轴重 22 t 时动应力与自重应力之比
速度 / （ km·h － 1 ） 60
深度 /m
80
100 120
2． 3
0． 189 0． 203 0． 217 0． 231
2． 4
0． 175 0． 188 0． 201 0． 214
2． 5
·线路 / 路基·
ZH 活载作用对重载铁路路基 基床厚度的影响
闫登峰
（ 中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）
摘 要 随着我国重载铁路及货车技术的发展，现行《铁路路基设计规范》( TB 10001 － 2005) 中规定的铁路标准 活载已不能完全满足重载铁路设计的需要。以西北某新建Ⅰ级铁路项目为研究对象，研究了 ZH 活载作用以及 列 车 行 驶 速 度 对 铁 路 路 基 基 床 厚 度 的 影 响 ，对 重 载 铁 路 路 基 基 床 厚 度 、类 型 及 压 实 标 准 的 选 用 起 到 了 一 定 的 参 考作用。 关键词 ZH 活载 重载铁路 路基基床 中图分类号 U213． 1 文献标识码 A 文章编号 1009-4539 （ 2013） 10-0050-03
由 表 2 可 以 看 出，时 速 小 于 80 km 情 况 下， 2． 5 m深度以下动应力与路基自重应力之比小于 0． 2； 时速不小于 80 km 情况下，2． 5 m 深度处动应 力与路 基 自 重 应 力 之 比 略 大 于 0． 2，其 下 0． 1 ～ 0． 3 m范围内，动应力与路基自重应力之比很快降 到 0． 2 以下。
目前暂行《重 载 铁 路 设 计 规 范 》已 进 行 了 充 分 讨论，拟采用重载铁路设计活载（ 即 ZH 活载） 图式 见图 2。
动应力只占 路 基 自 重 荷 载 的 一 小 部 分，在 此 深 度 以下，动荷 载 对 路 基 的 影 响 很 小。 试 验 发 现，当 动、静应力 比 在 0． 2 以 下，基 本 加 载 10 万 次 压 实 土产生的塑性积累变形在 0． 2% 以下，而且很快能 达到稳定； 如果动、静应力比小于 0． 1，动荷载影响 就相当微小了。因此路基基床的厚度按列车的荷 载产生的动应力与路基自重应力之比为 0． 2 的原 则确定［4 － 5］。
1 引言
目前铁路路基工程设计所采用的活载为现行 《铁路路基设计规范》（ TB 10001 － 2005） 中规定的 铁路标准活载，即“中 － 活载”。“中 － 活载”图式主 要源自“中 － Z 活载”图式系列中 22 t 轴重所对应 的“中 － 22 级”。实践证明，“中 － 活载”图式基本 满足了我国铁路上世纪发展的需要。近些年来，重 载铁路运输飞速发展。2005 年国际重载运输协会 （ IHHA） 修订了新的重载铁路标准： 重载列车牵引 重量至少达到 8 000 t（ 5 000 t） ； 轴重为 27 t（ 25 t）
路基面动应力 σdl可用下式计算： σdl = 0． 26 × P × （ 1 + αv）
式中： σdl—路基设计动应力幅值，kPa； P—机车车辆的静轴重，kN；
α—速度影响系数，取 0． 003 ～ 0． 004；
v—列车运行速度，300 km / h 以下取实际运行
速度，300 km / h 以上时取 300 km / h。
建议 ZH 活载作用下，列车时速应尽量控制在 80 km / h 以下。当列车时速大于 80 km / h 时，对路 基基床应作 进 一 步 的 分 析 研 究，并 根 据 研 究 结 果 合理选取路 基 基 床 的 厚 度，适 当 提 高 基 床 的 压 实 标准。
另外，以上结论是基于 ZH 活载图式中 Z = 1 的 情况下得到的，对于列车轴重大于 25 t 活载图式中 Z ＞ 1 情况下，ZH 活载作用对重载铁路路基基床厚 度的影响需作更深入的研究。
Impact of ZH Live Load upon Heavy Haul Ｒailway Subgrade Bed Thickness
Yan Dengfeng
（ China Ｒailway Fifth Survey and Design Institute Group Co． Ltd． ，Beijing 102600，China）
2． 5
0． 188 0． 202 0． 216 0． 230
研究［J］． 中国铁道科学，2004（ 4） ： 80 － 84．
2． 6
0． 175 0． 188 0． 201 0． 214
［3］ 刘放民，薄长顺． 朔黄铁路重载路基基床加固技术研
2． 7
0． 164 0． 175 0． 187 0． 199
P = 250 kN，α 取 0． 004 时，车 速 60、80、100、
图 2 ZH 活载图式（ 单位： m）
120 km / h的最 大 动 应 力 分 别 为 80． 6、85． 8、91． 0、 96． 2 kPa。
该活载图式可用于轴重大于 25 t 的客货共线 和货运铁路，其中对于 25 t 轴重客货共线铁路系数 Z 取 1。
收稿日期： 2013 04 10
路设计规范》（ 送审稿） 总结了现行“中 － Z 活载”图
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铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013 （10）
·线路 / 路基·
式实施 30 多年的工程实践效果和铁路运输发展趋 势，图式选型上拟与国际铁路联盟 UIC 图式接轨， 研究制定了适用于我国不同线路特征的新活载图 式，即“ZH 活载”。
［5］ 王炳龙． 高速铁路路基工程［M］． 北京： 中国铁道出版
3
0． 133 0． 143 0． 153 0． 163
社，2007： 27 － 32．
52
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013 （10）
及以上； 在 至 少 150 km 线 路 区 段 上 年 运 量 超 过 4 000 万t（ 2 000 万 t） ； 括号内为 94 年的标准。美 国、加 拿 大 等 国 家 重 载 列 车 轴 重 已 达 到 32． 5 ～ 35． 7 t，而目前我国重载铁路基本满足 94 年的重载 标准，仍普遍研制并推广运用 25 t 轴重、载重 80 t 级运煤专用敞车。以 C80 车为例，车辆载荷密度为 83． 3 kN / m，也已超过了原“中 － 活载”标准中关于 车辆均布荷载 80 kN / m 的规定。既有铁路运营实 践也表明，货车轴重的提高使得既有铁路基础设施 出现了新 的 病 害 特 征，呈 现 出运 输 发 展 的 需 要，我 国《重 载 铁
动应力沿路基深度的分布可采用布氏 （ Boussinesq） 理论计算，在长方形均布荷载作用下，荷载中 心下深度 h 处的垂直应力可用下式计算：
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·线路 / 路基·
[ σ = 2P0 π
槡1
m×n + m2 +
Abstract With the development of Chinese heavy haul railway and truck technology，regulations of railway standard live load cannot meet the need of heavy haul railway design in the current Code for Design on Subgrade of Ｒailway （ TB10001 － 2005） ． Taking a new northwest gradeⅠnational railway project as the subject for the study，the paper analyzes the impact of ZH live load and speed of the train upon railway subgrade bed thickness，which played a certain reference role in selection of heavy haul railway subgrade bed about thickness，type and compaction standard． Key words ZH live load； heavy haul railway； subgrade bed
0． 163 0． 175 0． 187 0． 199
2． 6
0． 152 0． 163 0． 174 0． 185
2． 7
0． 141 0． 152 0． 162 0． 173
由表 1 可以看出，本线路基工程设计基床厚度 2． 5 m 深度以下动应力与路基自重应力之比均小于 0． 2。
采用 ZH 活载作为检算荷载，25 t 轴重列车荷 载产生的不同深度的动应力与路基自重应力之比 见表 2。
2 计算荷载及图式
2． 1 22 t 轴重设计荷载及图式 《铁路路基设计规范》（ TB 10001 － 2005） 中规
定的铁路标准活载，活载图式见图 1。
对应的轨道和列车荷载换算土柱宽 3． 7 m，高 3． 5 m（ r = 18 kN / m3 ） 。
3 工程概况
本线为我国西北 地 区 某 新 建 Ⅰ 级 铁 路 项 目，基 床表层厚 0． 6 m，采用 A 组填料填筑，基床底层厚 1． 9 m，采用 A、B 组填料或改良土填筑，以下本体部 分采用 A、B、C 组填料填筑。低矮路基及路堑基床 表层以下换填不小于 1． 0 m，厚 A、B 组土或改良土， 换填底冲击碾压密实。路基压实标准及地基承载 力满足《铁路路基设计规范》（ TB 10001 － 2005） 中 要求。