《路基基床》PPT课件

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1、2路 基 基 床Your Subtitle Goes Here 内 容 提 要 路 基 的 荷 载 ： 静 荷 载 换 算 土 柱 法 ， 动 荷 载 ； 路 基 基 床 结 构 ： 基 床 的 作 用 及 对 基 床 的 要 求 ，基 床 结 构 和 材 料 ； 基 床 病 害 及 整 治 ： 基 床 病 害 ， 基 床 病 害 整 治 。 第 2章 路 基 基 床 第 一 节 路 基 的 荷 载 路 基 的 荷 载 是 指 作 用 在 路 基 面 上 的 应 力 。 路 基 荷 载 的 组 成 静 荷 载 ：线路上部结构的重量作用在路基面上的应力； 动 荷 载 ：列车行驶时轮载力通过上部结

2、构传递到路基面上的动应力。 路 基 设 计 中 考 虑 荷 载 影 响 时 的 基 本 方 法 普 通 铁 路 路 基 设 计 ：计算中常把静荷载和动荷载一并简化作为静荷载处理，即通常的换算土柱法。 高 速 铁 路 路 基 设 计 ：不能简单地把动荷载作为静荷载处理，必须进行动态分析，需要计算列车动荷载的作用在路基中所产生的动应力的大小和分布规律。 第 一 节 路 基 的 荷 载 1 列 车 （ 活 ） 荷 载 标 准 列 车 （ 活 ） 荷 载 按 规 范 规 定 采 用 中 华 人 民 共 和 国 铁路 标 准 活 载 ， 简 称 中 活 载 。 标 准 活 载 的 计 算 如 图 2 1

3、。 该 活 载 通 过 轨 道 传 播 到 路基 面 上 ， 在 横 断 面 上 的 分 布 宽 度 自 轨 枕 底 两 端 向 下 按45扩 散 角 计 算 ， 见 图 2 2。 第 一 节 路 基 的 荷 载 路 基 横 断 面 设 计 中 对 活 载 的 处 理 方 法 横 断 面 设 计 的 计 算 图 式 为 沿 线 路 纵 向 取 一 单 位 厚度 ， 即 路 堤 、 路 堑 或 挡 土 墙 等 路 基 建 筑 物 的 设 计理 论 是 按 平 面 问 题 考 虑 的 。 作 用 在 路 基 面 上 的 活 载 若 按 最 不 利 情 况 计 算 ， 则只 需 考 虑 轴 重 即

4、可 ， 不 需 考 虑 后 面 车 辆 部 分 的 分布 力 。 把 轴 重 的 集 中 力 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 。 最 后 得 到 沿 纵向 作 用 在 路 基 面 上 的 列 车 （ 活 ） 荷 载 分 布 强 度 q。 q 220/1.5=146.67 ( kN/m) 第 一 节 路 基 的 荷 载 2 换 算 土 柱 普 通 铁 路 路 基 设 计 对 路 基 荷 载 所 作 的 两 个 简 化 假 定 ：（ 1） 把 列 车 （ 活 ） 荷 载 作 为 静 荷 载 处 理 ；（ 2） 把 列 车

5、 （ 活 ） 荷 载 和 轨 道 静 荷 载 的 总 重 P， 简 化为 与 路 基 土 同 质 的 土 柱 ， 均 布 地 作 用 在 路 基 面 上 。该 土 柱 的 高 度 称 换 算 高 度 ， h0=P/g a, 式 中 a为 土 柱的 宽 度 ， 按 荷 载 扩 散 角 45计 算 ； g 为 路 基 土 的 容 重 ，见 图 8 2。第 一 节 路 基 的 荷 载 换 算 土 柱 算 例 如 图 2 32 换 算 土 柱第 一 节 路 基 的 荷 载 图 2 4为 荷 载 分 担 作 用 示 意 图 。 在 轮 载 力 P作 用 下 ，钢 轨 的 垂 向 挠 曲 变 形 曲 线

6、的 影 响 范 围 与 轮 载 力 大 小 和钢 轨 、 轨 枕 、 道 床 、 路 基 等 的 刚 度 有 关 。 刚 度 大 影 响 范 围 小 ， 刚 度 小 则 影 响 范 围 大 。 一 般 约 为 7根 轨 枕 宽 度 ， 亦 即 轮 载 力 P由 7根 轨 枕 分 担 。第 一 节 路 基 的 荷 载 分 摊 到 每 根 轨 枕 面 上 的 支 承 力 可 通 过 有 关 计 算 解 出 。此 外 ,可 采 用 简 化 假 定 ： 由 于 第 4根 轨 枕 （ 向 一 侧 排 序 ）枕 面 的 支 承 力 已 经 很 小 ， 因 此 常 简 化 假 定 由 5根 轨 枕分 担 ，

7、 分 担 到 每 根 枕 面 上 的 支 承 力 ， 日 本 假 定 分 别 为 0.4P， 0.2P及 0.1P， 如 图 2 5所 示 。 第 一 节 路 基 的 荷 载 轨 枕 顶 面 的 支 承 力 通 过 轨 枕 和 道 床 向 下 往 路基 中 传 播 。 图 2 6表 示 单 根 轨 枕 在 线 路 纵 向 即 轨枕 横 断 面 方 向 上 的 传 播 情 况 ， 图 中 左 侧 为 木 枕 情况 ， 右 侧 为 钢 筋 混 凝 土 轨 枕 情 况 。 轨枕底面与道床之间的接触压力 对 于 木 枕 可 视 为 柔 性 板 ， 其 接 触 压 力 大 致 为 均 布 。 混 凝 土

8、 枕 因 为 刚 性 大 ， 视 作 刚 性 板 ， 刚 性 板 底 面接 触 压 力 的 分 布 比 较 复 杂 ， 其 值 约 在 平 均 值 的 95 125 范 围 。第 一 节 路 基 的 荷 载 枕 底 压 力 在 介 质 中 传 播的 等 压 线 为 钟 形 曲 线 见 图2 6。 木 枕 和 混 凝 土 枕 两 种 情况 的 等 压 线 的 数 值 在 较 浅深 度 范 围 内 （ 例 如 在 道 床范 围 内 ） 差 别 较 大 ， 若 在相 同 深 度 处 则 以 混 混 凝 土枕 情 况 为 小 。 但 是 当 深 度达 到 距 枕 底 60cm左 右 时 ，则 两 种

9、情 况 差 不 多 。 第 一 节 路 基 的 荷 载 Boussinesq理 论 图 2 7表 示 邻 枕 对 压 力 分 布 的 影 响 。 当 深 度 达 到 轨枕 宽 度 的 3倍 ， 即 距 枕 底 70cm左 右 时 ， 沿 线 路 纵 向 的压 力 分 布 就 比 较 均 匀 了 。 一 般 情 况 下 路 基 面 上 的 应 力 分 布 其 最 大 值 位 于 轨 枕正 下 方 或 钢 轨 正 下 方 ， 而 两 侧 最 小 。 实 际 计 算 时 通常 假 设 枕 底 应 力 为 均 布 ， 并 从 两 侧 枕 端 以 角 向 下 扩散 ， 扩 散 角 约 为 30 45，

10、各 国 取 值 不 同 。 我 国 取35， 日 、 德 、 俄 等 欧 洲 国 家 取 45， 个 别 美 国 学 者取 20。第 一 节 路 基 的 荷 载 第 二 节 路 基 基 床 结 构 基 床 是 指 路 基 顶 面 以 下 3.0m范 围 内 的 路 基 体 ， 是列 车 动 荷 载 的 主 要 影 响 范 围 ， 也 是 铁 路 路 基 最 重要 的 关 键 部 位 ， 并 把 它 定 为 基 床 的 厚 度 。 基 床 的 作 用 以 及 对 基 床 的 要 求 主 要 有 三 个 方 面 ：1. 强 度 要 求 ： 应 有 足 够 的 强 度 以 抵 抗 列 车 荷 载 产

11、 生 的动 应 力 而 不 致 破 坏 ； 能 抵 抗 道 碴 压 入 基 床 土 中 从 而防 止 道 碴 陷 槽 等 病 害 的 形 成 ； 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 隐 患 。 2. 刚 度 要 求 ： 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 。 在 列 车 高 速 行 驶 时 ，基 床 的 弹 性 变 形 应 满 足 高 速 行 车 的

12、安 全 性 和 舒 适 性要 求 。 同 时 能 保 障 道 床 的 稳 固 。3. 优 良 的 排 水 性 ： 能 够 防 止 雨 水 浸 入 软 化 和 冻 融 等 危害 。第 二 节 路 基 基 床 结 构基 床 的 作 用 以 及 对 基 床 的 要 求 主 要 有 三 个 方 面 ： 第 二 节 路 基 基 床 结 构 基 床 结 构 基 本 上 可 分 为 两 种 ： 二 层 系 统 多 层 系 统 或 强 化 基 床 结 构 传 统 的 普 通 线 路 多 为 道 床 与 土 质 基 床 直 接 相 连 的 二 层系 统 ， 称 为 土 基 床 。 土 基 床 要 求 用 优 质

13、 填 料 填 筑 。 表2 1为 中 、 日 两 国 有 关 土 基 床 土 质 条 件 的 长 期 研 究 和实 践 的 总 结 。 在 此 基 础 上 ， 我 国 现 行 规 范 规 定 使 用 A、B组 填 料 。 第 二 节 路 基 基 床 结 构 第 二 节 路 基 基 床 结 构 设 计 规 范 对 基 床 的 土 质 及 填 土 密 度 有 明 确 的 要 求 。但 实 际 上 我 国 既 有 线 基 床 病 害 十 分 严 重 ， 年 复 一 年不 断 发 展 。 其 主 要 原 因 是 既 不 严 格 控 制 土 质 ， 又 不重 视 压 实 质 量 。 由 于 病 害 的

14、困 扰 ， 人 们 对 防 治 病 害进 行 了 长 期 的 研 究 和 实 践 。 认 识 到 基 床 表 层 的 重 要性 ， 即 在 道 床 和 路 基 之 间 再 设 置 一 层 过 渡 层 ， 称 为路 基 保 护 层 或 垫 层 。 实 践 证 明 ， 设 置 保 护 层 是 提 高 路 基 的 承 载 力 、 消 除基 床 病 害 的 根 本 措 施 。 我 国 重 载 铁 路 大 秦 线 的 道 床有 一 层 底 碴 ， 其 作 用 同 保 护 层 的 作 用 是 相 同 的 。第 二 节 路 基 基 床 结 构 图 2 8(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)分 别

15、为 德 国 和 法 国 高 速铁 路 一 般 路 堤 基 床 的 断 面 型 式 ， 保 护 层 的 厚 度 为 2530cm。 图 2 8(f )为 日 本 高 速 铁 路 板 式 轨 道 的 基 床 结 构 型 式之 一 。 他 们 把 基 床 表 层 称 为 路 盘 或 强 化 路 盘 ， 厚30cm， 亦 即 前 面 所 谓 的 保 护 层 。 强 化 路 盘 的 表 面 为5cm厚 的 沥 青 混 凝 土 ； 其 下 为 级 配 碎 石 (或 高 炉 矿 碴 )，粒 度 成 份 如 表 2 2所 列 。 a-UIC60钢 轨 扣 件 ； b-钢 筋混 凝 土 连 续 板 ； c-混

16、凝 土 绝缘 层 及 支 持 层 ； d-素 混 凝 土 ；e-矿 碴 混 凝 土 f-下 伏 土 层 ；g-透 水 材 料 ； h-冷 沥 青 层 ；i-道 碴 我 国 铁 道 科 学 研 究 院 建 议 的 高 速 铁 路 基 床 表 层 厚 度0.7 0.8m， 采 用 级 配 砂 砾 石 填 筑 ， 粒 度 成 份 如 表 23所 列 。第 二 节 路 基 基 床 结 构 图 2 9、 图 2 10、 图 2 11为 中 、 日 、 德 高 速 铁 路 的典 型 路 堤 断 面 。 各 断 面 的 基 床 表 层 、 底 层 及 其 床 以 下路 堤 填 土 部 份 的 厚 度 、 压

17、 实 密 度 、 强 度 要 求 不 全 相 同 ，但 是 它 们 的 设 计 思 想 主 要 都 是 为 了 严 格 控 制 下 沉 量 ，为 轨 道 结 构 提 供 一 个 有 足 够 刚 度 的 基 础 。第 二 节 路 基 基 床 结 构 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 我 国 铁 路 既 有 线 多 年 来 整 治 基 床 病 害 积 累 了 丰 富的 经 验 。 大 量 的 调 查 和 研 究 表 明 ， 基 床 病 害 的 发生 是 三 个 主 要 因 素 ： 基 床 土 质 不 良 、 水 的 浸 入 和列 车 动 荷 载 同 时 作 用 的 结 果 。 基 床 病 害

18、 可 分 为 翻 浆 冒 泥 、 下 沉 、 挤 出 和 冻 害 四 大 类 ， 其 症 状 及 成 因 如 下 ： 翻 浆 冒 泥 发 生 于 基 床 土 质 不 符 合 要 求 的 部 位 ， 例 如粘 粒 含 量 过 高 的 填 土 和 泥 质 软 岩 的 路 堑 ， 其 表 层 遇水 软 化 成 泥 浆 ， 因 列 车 的 振 动 而 挤 入 道 碴 空 隙 ， 使道 床 脏 污 ， 减 小 弹 性 。 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 下 沉 主 要 因 基 床 填 筑 密 度 不 够 和 强 度 不 足 所 致 。 列 车振 动 将 道 碴 压 入 基 床 内 ， 形 成 道

19、 碴 囊 或 道 碴 袋 ， 如 图2 12所 示 ， 引 起 线 路 下 沉 这 种 现 象 继 续 发 展 可 能 导致 路 堤 坍 滑 ， 如 图 2 13所 示 。 挤 出 主 要 因 基 床 强 度 不 足 而 产 生 剪 切 破 坏 或 塑 性 流 动 。常 见 的 现 象 有 路 肩 隆 起 ， 侧 沟 被 挤 等 ， 如 图 2 14、图 2 15a、 b所 示 。 冻 害 发 生 于 寒 冷 地 区 。 如 路 基 土 为 透 水 性 较 差 的 细 粒土 ， 当 含 水 量 较 高 或 路 基 面 积 水 ， 在 冻 结 过 程 中 ， 土中 水 重 新 分 布 和 聚 集

20、 形 成 冰 块 ， 引 起 不 均 匀 的 冻 胀 现象 。 冰 块 融 化 又 引 起 不 均 匀 下 沉 。 在 地 下 水 较 高 地 段 ，地 下 水 通 过 毛 细 管 作 用 而 不 断 向 上 转 移 补 给 ， 使 冻 胀量 增 大 ， 持 续 时 间 延 长 。 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 病 害 整 治 必 须 根 据 产 生 病 害 的 原 因 、 形 成 条 件 及 类型 ， 因 地 制 宜 地 采 取 有 效 措 施 ：1. 砂 垫 层 。 用 以 处 理 土 质 基 床 翻 浆 。 其 作 用 是 将 道 碴与

21、基 床 土 隔 离 和 排 水 。2. 封 闭 层 。 在 基 床 面 上 铺 一 层 不 透 水 的 掺 料 土 或 其 它材 料 将 其 封 闭 ， 防 止 地 面 水 渗 入 引 起 基 床 表 层 土 软化 。 此 法 宜 用 于 整 治 和 防 止 泥 质 软 岩 路 堑 的 翻 浆 冒泥 。 如 用 于 路 堤 段 则 被 封 闭 的 基 床 土 必 须 有 足 够 的强 度 ， 以 免 封 闭 层 出 现 断 裂 ， 一 般 以 用 柔 性 封 闭 层为 宜 。 图 2 16聚 乙 稀 软 板 封 闭 层 即 为 一 例 。第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 第 三 节 基

22、床 病 害 及 整 治 病 害 整 治 必 须 根 据 产 生 病 害 的 原 因 、 形 成 条 件 及 类型 ， 因 地 制 宜 地 采 取 有 效 措 施 ：3. 基 床 改 良 。 由 于 基 床 土 承 载 能 力 不 足 而 出 现 下 沉 挤出 现 象 时 ， 应 根 据 具 体 情 况 采 用 灌 浆 、 微 型 桩 、 置换 等 改 良 基 床 的 措 施 。 如 图 2 17、 18、 19。 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 4. 应 用 土 工 合 成 材 料 。 土 工 合 成 材 料 的 类 型 较 多 ， 其功 能 差 异 较 大 ， 可 用 于 隔 离 道

23、 碴 和 基 床 土 ， 并 具 有透 水 和 排 水 作 用 ， 亦 可 用 于 提 高 地 基 土 的 承 载 能 力最 近 采 用 一 种 新 结 构 即 土 工 格 室 ， 如 图 2 20所 示 ，铺 设 于 道 床 底 部 与 基 床 表 层 之 间 ， 能 显 著 加 强 道 床的 稳 固 性 ， 提 高 基 床 的 承 载 能 力 ， 改 善 基 床 的 动 应力 分 布 ， 减 少 线 路 的 累 积 下 沉 ， 是 一 种 具 有 发 展 前景 的 有 效 措 施 。5. 为 减 小 冻 害 发 生 ， 可 在 基 床 表 层 采 用 隔 温 材 料 ， 如炉 碴 、 泡

24、沫 砖 等 填 筑 ， 保 温 层 的 厚 度 取 决 于 当 地 冻结 深 度 和 材 料 的 导 热 系 数 。第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 6. 加 强 地 面 排 水 、 降 低 地 下 水 位 或 毛 细 水 。 这 些 方 法对 处 理 道 碴 囊 和 减 小 深 层 冻 害 都 有 明 显 效 果 。 排 水结 构 如 横 向 盲 沟 、 纵 盲 沟 、 纵 向 渗 沟 或 隔 断 层 的 布置 ， 应 根 据 具 体 情 况 设 计 ， 如 图 2 21所 示 。 第 三 节 基 床 病 害 及 整 治 本 章 学 习 要 点 熟 悉 路 基 荷 载 的 含 义 、 组 成 、 标 准 ， 静 荷 载 的 计 算方 法 换 算 土 柱 法 及 基 床 结 构 。 了 解 动 荷 载 的 分 担 作 用 、 路 基 面 上 动 应 力 传 播 和 分布 的 一 般 规 律 及 基 床 材 料 。 重 点 掌 握 基 床 的 作 用 及 对 基 床 的 要 求 、 基 床 病 害 发生 的 因 素 、 基 床 病 害 的 类 型 、 成 因 及 主 要 整 治 措 施 。