《铁路客运专线路基》PPT课件.ppt

路基施工技术 铁路客运专线 中国交通建设工程学院铁路培训基地 丁伯敏 1 高速铁路路基要求 1 基床的强度高 刚度大 2 地基沉降很小或没有沉降 3 路基刚度纵向平顺变化 4 良好的耐久性 2 路基沉降变形主要包括三个方面 列车行驶中路基面产生的弹性变形 长期行车引起的基床累积下沉 路基本体填土及地基的压缩下沉 1 强度高 刚度大 普通铁路路基是以强度控制设计 而对于高速铁路 变形控制是路基工程设计的主要控制因素 因为在强度破坏前 可能已出现了不容许的过大变形 各个规范工后沉降要求 路基刚度的均匀性 列车速度越高 要求路基的刚度越大 弹性变形越小 但刚度过大也会使列车振动加大 也不能平稳运行 路基刚度的不均衡 则会给轨道造成动态不平顺 所以 要求路基在线路纵向做到刚度均匀 变化缓慢 不允许刚度突变 排解简便方法 制造路桥过渡段 沉降引起轨道几何平顺性 高的要求 而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分 是承受轨道结构重量和列车荷载的基础 它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节 路基几何尺寸的不平顺 自然会引起轨道的几何不平顺 在列车运行及自然条件下的稳定性1 列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载 还要承受列车荷载的长期反复作用 同时 由于路基直接暴露在自然条件下 需要抵抗气温变化 雨雪作用 地震破坏等不良因素的影响 路基工程作为土工结构物 将地基处理 路基填筑 基床表层 边坡防护 支挡结构 路基排水及沉降观测等作为系统工程施工 严格按照工程质量标准进行管理 加强施工过程控制及质量检测工作 确保路基工程质量 过渡段施工技术参数虚铺厚度参考参数 压路机 小于30cm 冲击夯实机具 小于25cm 平板振动器 不大于13cm 重型压路机碾压方式 静压 弱振 强振 静压小型夯实机具 靠近桥台2m范围内 重型压路机无法靠近 掺入5 水泥 14t压路机碾压12 14遍 18t压路机碾压10 12遍 客运专线路桥涵过渡段 客运专线铁路路基施工检测 必要性 一方面可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量 检验路基是否达到了设计要求 验证路基是否具有足够的强度能够承受列车动荷载的作用 同时又具备保证列车安全 舒适运行的合理刚度 另一方面 可以了解施工过程的质量情况 控制施工进度 促进施工单位改进施工工艺 加强施工质量管理 保质保量地完成施工任务 静态检测 压实系数K环刀法用于不含砾石颗粒的细粒土和无机结合料改良土 灌水法用于粒径不大于60mm的粗粒料 灌砂法和气囊法 波义尔定律 用于粒径不大于20mm的粗粒料 核子湿度密度仪用于细粒土和砂类土 客运专线铁路路基施工检测 CBR值在既有道路的使用中发现 在交通荷载作用下 公路垫层石碴有可能被压入下覆的填土层中 从而使路基面损坏 因此 AASHTO首先提出了加州承载比试验 CBR 它是将规定尺寸 直径5cm 的探头贯入土中 在一定的贯入深度时 以其对应的荷载程度和CBR基准比较 来确定地基承载能力的相对值 对铁路而言 由于现场CBR试验的探头尺寸与道碴的尺寸相近且探头贯入土中的过程与道碴在列车荷载作用下挤陷入基床表层的现象相似 因此 将CBR试验作为铁路路基施工质量的检测手段是比较合理的 所以 日本等国曾使用CBR值检测铁路路基质量 客运专线铁路路基施工检测 荷载板试验 基床系数K30基床系数K30是日本和我国在铁路路基检测中常用的方法 是采用单循环荷载试验 用单位面积压力除以承压板相应的下沉量表示的 MPa m 计算时选用的沉降量为0 125cm 以级配碎石或级配砂砾石的基床表层为前提的路堤结构 列车荷载产生的道床压力 通过基床表层结构大致均匀地分布在路堤上部 作用范围比以往采用土质基床表层要大 从压力的传递程度及路堤堤身承受压力的情况看 采用直径为30cm的承压板试验确定路基填土的承载力密实度与列车荷载实际传递状况相接近 比以往的规定要合理 客运专线铁路路基施工检测 变形模量E变形模量是西欧 北美等国已广泛使用的铁路路基压实检测方法 在荷载板试验应用过程中 常用的加载方式有单循环静载和二次循环静载 单循环静载是按每级40kPa加载 当每级加载完成后 每间隔一分钟读取百分表一次 直至两次读数符合沉降稳定要求 才能转到下一级荷载 直至试验最大荷载为止 二次循环静载也是按每级40kPa加载 分级加载到最后一级荷载的沉降稳定后 开始卸载 卸载梯度按最大荷载的0 5或0 25倍逐级进行 全部荷载卸除后记录其残余变形 之后又开始另一加载循环 采用d 30cm的荷载板试验计算变形模量时 荷载一直加到沉降值达5mm或承压板正应力达到0 5MPa为止 客运专线铁路路基施工检测 变形系数Ev2为了更有效地分析土的变形性质和承载能力 西德标准采用了二次循环静载法 其结果采用变形系数Ev2表示 客运专线铁路路基施工检测 K30测试精度影响因素被测土体表面状态是影响K30测试精度的主要因素之一 为此 对于水分挥发快的均粒砂 表面结硬壳 软化 或其它原因表层扰动的土 必须下挖后试验 下挖深度限定在荷载板直径D的范围内 对被测面的要求及为了保证荷载板与测试面的良好密贴接触可采用的处理方法 客运专线铁路路基施工检测 被测土体含水率对测试结果也起主要影响作用 根据室内模拟试验 说明K30值与含水率之间存在着类似于压实度与含水率之间的关系 K30最大值时的含水率要低于压实度的最佳含水率 而且随着含水率的增加K30值将急剧下降 因此 平板荷载试验宜在填料层压实后2 4h内进行试验 主要是为了防止填层碾压完成后 表层含水率的变化 而影响测试结果 此次对K30平板载荷试验的有效深度未明确规定 但根据国内外资料表明 试验载荷所涉及深度约为荷载板直径的1 5 2倍 因此 在实际试验过程中应加以注意 客运专线铁路路基施工检测 无论是基床系数K30 变形模量E和变形系数Ev2都是通过施加静荷载测得的 尚不能完全反映列车在动荷载作用下对路基的真实作用情况 随着高速铁路的出现 在高速列车动荷载作用下 路基表现为动态行为 产生动态变形 为保证列车的安全与正常运行 必须对路基的动变形加以控制 同时要全面反映路基的质量和状态 德国铁路咨询公司地基研究所首先提出了反映路基动态特性的指标 动态变形模量 并于1997年用于高速铁路路基的压实检测 日本也正在进行其研究 并准备将其纳入铁路规范 客运专线铁路路基施工检测 动态检测原理在被检测的路基面上放置一块一定直径的承压板 通过一落锤在一定高度处自由下落 落到一缓冲装置后 再经承压板在填土面施加一冲击动荷载 使填土面产生沉陷 通过测试冲击动荷载的大小 板及板周围一定范围内填土面的动变形 利用专用的信号采集及数据处理软件 来求算路基土层的动模量 承载板的沉陷值越大 被测点的承载能力越小 动模量也越小 反之 越大 因此 动模量能反映该处的承载力 客运专线铁路路基施工检测 客运专线铁路路基施工检测 1 脱钩装置 2 落锤 3 导向杆4 阻尼装置 5 荷载板 6 沉陷测定仪 客运专线铁路路基施工检测 动态平板载荷试验是采用动态平板载荷试验仪 来监控检测土体承载力指标 动态变形模量Evd的试验方法 测得的土体变形是由规定的动态冲击荷载 产生的 试验时 落锤从设定的高度自由下落在阻尼装置上而产生符合测试条件的冲击荷载 由此引起的土体的变形S 即荷载板的沉陷值 通过沉陷测定仪采集记录下来 再通过平板压力公式计算得出Evd值 MPa 客运专线铁路路基施工检测 式中 Evd 动态变形模量 MPa 计算至0 1MPa 荷载板半径 mm 荷载板下的动应力 MPa S 荷载板的沉陷值 mm 1 5 荷载板形状影响系数 实际使用时简化成 Evd 22 5 S 客运专线铁路路基施工检测 Evd试验前的准备平整测试面放置荷载板加载装置在荷载板上就位用测量电缆将沉陷测定仪与荷载板连接松开搬运锁 打开沉陷测定仪电源使导向杆保持垂直进行三次预冲击连续三次冲击测试显示三次测试的沉陷值S1 S2 S3显示三次平均沉陷值Sm和动态变形模量值Evd储存并打印测试结果 Evd试验前的准备 客运专线铁路路基施工检测 不同检测方法的工效及适用性核子仪法 灌水法检测孔隙率n核子仪法检测一个断面 3个点 孔隙率n 从准备工作起计时 一般1人需时间10 15min 灌水法现场2人则需时间2h左右 而且含水量测定还需回试验室进行 人为操作误差大 同时需要大量的烘烤设备 因此核子仪法在工效及适用性上远远优于灌水法 加之两种方法之间的相关性好 误差小 核子仪法完全可以替代灌水法 客运专线铁路路基施工检测 地基系数K30检测地基系数K30的检测需要足够的反力 也就是需工程机械 主要是汽车 配合 因此 在空间狭小的过渡段 测试元器件附近等部位就难以进行检测 这是其不足之处 一般分体式地基系数 简易K30 测试仪检测1点需35 45min 2 3人配合 一体化数控地基系数检测车检测1点需20min左右 需2人配合 时间差异的主要原因是前者需人工记录 计算并判定每级荷载稳定与否 需时长 而后者通过计算机程序控制 需时短 但前者仪器购置费远远低于后者 客运专线铁路路基施工检测 动态变形模量Evd检测动态变形模量Evd体积小 只需两个人就可将其运走 检测一个点需2人配合 平均耗时为3 5min 其优点是适合空间狭小的过渡段 测试元器件附近等部位 并且方便快捷 有利于提高整个施工进度 不足点是设备需从国外进口 国内尚无维修站 合法计量标定的单位 仪器的存储量太小 一次只能存储56个测点 一旦超过 之前的检测数据将被后检测的数据自动替换 另外国内尚无一个明确的关于压实度与Evd检测的相关规定 且易受表面松散层影响 较难反映填层深部的压实情况 客运专线铁路路基施工检测 客运专线铁路路基的修建会遇到稳定和变形问题 由于客运专线对构筑物的变形要求远远高于一般铁路 并且客运专线路堤高度一般不大 稳定问题并不突出 但对路基工后沉降的控制直接关系到养护工作和运行能力 工后沉降大 养护费用高 影响列车行驶速度 严重的将导致安全事故 因此 客运专线铁路对路基的工后沉降控制提出了极其严格的标准 并且沿线地质情况复杂 工程特性差异大 如何有效的控制路基工后沉降是客运专线设计与施工面临的一个关键技术问题 因此 对客运专线软土路基沉降的准确监测 特别是有效的长期监测对保证列车的快速 平稳运行具有重要的现实意义 客运专线铁路路基施工监测 主要测试项目包括 沉降 地表 基床底层底面 顶面剖面沉降 地基分层沉降 地基侧向位移及应力 孔隙水压力 地基深层土压力 基底竖向应力 桩土应力比 观测测试 通过测试 分析不同软土地基加固方案中地基沉降随时间 荷载的变化规律 客运专线铁路路基施工监测 路基施工监测实例 一 断面1 扶壁式挡墙墙高6 17m 路基基底和挡墙基底采用CFG桩加固 桩径0 4m 间距1 3 1 4m 正方形布置 挡土墙基底CFG桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底CFG桩顶设0 5m厚的碎石垫层 垫层中铺设两层GC 100土工格室 桩顶位于碎石垫层底 断面2 扶壁式挡墙墙高6 18m 路基基底和挡墙基底采用CFG桩加固 桩径0 4m 间距1 3 1 4m 正方形布置 挡土墙基底CFG桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底CFG桩顶设0 5m厚的碎石垫层 垫层中铺设一层GC 200土工格室 桩顶位于碎石垫层底 客运专线铁路路基施工监测 断面3 扶壁式挡墙墙高6 20m 路基基底和挡墙基底采用CFG桩加固 桩径0 4m 间距1 3 1 4m 正方形布置 挡土墙基底CFG桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底CFG桩顶设0 15m厚的碎石垫层 垫层顶设0 5m厚C30钢筋混凝土板 桩顶位于碎石垫层底 断面4 扶壁式挡墙墙高6 23m 路基基底和挡墙基底采用CFG桩加固 桩径0 4m 间距1 3 1 4m 正方形布置 挡土墙基底CFG桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底CFG桩顶下设0 15m厚的碎石垫层 垫层顶设0 5m厚C30钢筋混凝土板 桩顶位于钢筋混凝土板底 客运专线铁路路基施工监测 断面5 扶壁式挡墙墙高6 25m 路基基底和挡墙基底采用PHCAB45090101010b预制管桩加固 间距1 4 1 5m 正方形布置 挡土墙基底桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底桩顶下设0 15m厚的碎石垫层 垫层顶设0 5m厚C30钢筋混凝土板 桩顶位于钢筋混凝土板底 断面6 扶壁式挡墙墙高6 26m 路基基底和挡墙基底采用PHCAB45090121010b预制管桩加固 间距1 4 1 5m 正方形布置 挡土墙基底桩顶设0 2m厚的碎石垫层 0 1m厚的C15混凝土垫层 桩顶位于碎石垫层底 路基基底桩顶下设0 15m厚的碎石垫层 垫层顶设0 5m厚C30钢筋混凝土板 桩顶位于钢筋混凝土板底 客运专线铁路路基施工监测 软土地区路基施工监测实例 二 测试仪器布置 在测试断面上埋设水平测斜仪 竖向测斜仪 分层沉降仪 孔隙水压力计和钢弦式土压力盒 袋装砂井及水泥搅拌桩处理断面 测试仪器布置 在测试断面上埋设水平测斜