《鐵路客運(yùn)專線路基》PPT課件.ppt

路基施工技術(shù) 鐵路客運(yùn)專線 中國交通建設(shè)工程學(xué)院鐵路培訓(xùn)基地 丁伯敏 1 高速鐵路路基要求 1 基床的強(qiáng)度高 剛度大 2 地基沉降很小或沒有沉降 3 路基剛度縱向平順變化 4 良好的耐久性 2 路基沉降變形主要包括三個(gè)方面 列車行駛中路基面產(chǎn)生的彈性變形 長期行車引起的基床累積下沉 路基本體填土及地基的壓縮下沉 1 強(qiáng)度高 剛度大 普通鐵路路基是以強(qiáng)度控制設(shè)計(jì) 而對(duì)于高速鐵路 變形控制是路基工程設(shè)計(jì)的主要控制因素 因?yàn)樵趶?qiáng)度破壞前 可能已出現(xiàn)了不容許的過大變形 各個(gè)規(guī)范工后沉降要求 路基剛度的均勻性 列車速度越高 要求路基的剛度越大 彈性變形越小 但剛度過大也會(huì)使列車振動(dòng)加大 也不能平穩(wěn)運(yùn)行 路基剛度的不均衡 則會(huì)給軌道造成動(dòng)態(tài)不平順 所以 要求路基在線路縱向做到剛度均勻 變化緩慢 不允許剛度突變 排解簡(jiǎn)便方法 制造路橋過渡段 沉降引起軌道幾何平順性 高的要求 而路基是鐵路線路工程的一個(gè)重要組成部分 是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車荷載的基礎(chǔ) 它也是線路工程中最薄弱最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié) 路基幾何尺寸的不平順 自然會(huì)引起軌道的幾何不平順 在列車運(yùn)行及自然條件下的穩(wěn)定性1 列車運(yùn)營時(shí)路基不僅承受軌道結(jié)構(gòu)和附屬構(gòu)筑物的靜荷載 還要承受列車荷載的長期反復(fù)作用 同時(shí) 由于路基直接暴露在自然條件下 需要抵抗氣溫變化 雨雪作用 地震破壞等不良因素的影響 路基工程作為土工結(jié)構(gòu)物 將地基處理 路基填筑 基床表層 邊坡防護(hù) 支擋結(jié)構(gòu) 路基排水及沉降觀測(cè)等作為系統(tǒng)工程施工 嚴(yán)格按照工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理 加強(qiáng)施工過程控制及質(zhì)量檢測(cè)工作 確保路基工程質(zhì)量 過渡段施工技術(shù)參數(shù)虛鋪厚度參考參數(shù) 壓路機(jī) 小于30cm 沖擊夯實(shí)機(jī)具 小于25cm 平板振動(dòng)器 不大于13cm 重型壓路機(jī)碾壓方式 靜壓 弱振 強(qiáng)振 靜壓小型夯實(shí)機(jī)具 靠近橋臺(tái)2m范圍內(nèi) 重型壓路機(jī)無法靠近 摻入5 水泥 14t壓路機(jī)碾壓12 14遍 18t壓路機(jī)碾壓10 12遍 客運(yùn)專線路橋涵過渡段 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 必要性 一方面可以評(píng)價(jià)路基施工過程中或竣工后路基的質(zhì)量 檢驗(yàn)路基是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求 驗(yàn)證路基是否具有足夠的強(qiáng)度能夠承受列車動(dòng)荷載的作用 同時(shí)又具備保證列車安全 舒適運(yùn)行的合理剛度 另一方面 可以了解施工過程的質(zhì)量情況 控制施工進(jìn)度 促進(jìn)施工單位改進(jìn)施工工藝 加強(qiáng)施工質(zhì)量管理 保質(zhì)保量地完成施工任務(wù) 靜態(tài)檢測(cè) 壓實(shí)系數(shù)K環(huán)刀法用于不含礫石顆粒的細(xì)粒土和無機(jī)結(jié)合料改良土 灌水法用于粒徑不大于60mm的粗粒料 灌砂法和氣囊法 波義爾定律 用于粒徑不大于20mm的粗粒料 核子濕度密度儀用于細(xì)粒土和砂類土 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) CBR值在既有道路的使用中發(fā)現(xiàn) 在交通荷載作用下 公路墊層石碴有可能被壓入下覆的填土層中 從而使路基面損壞 因此 AASHTO首先提出了加州承載比試驗(yàn) CBR 它是將規(guī)定尺寸 直徑5cm 的探頭貫入土中 在一定的貫入深度時(shí) 以其對(duì)應(yīng)的荷載程度和CBR基準(zhǔn)比較 來確定地基承載能力的相對(duì)值 對(duì)鐵路而言 由于現(xiàn)場(chǎng)CBR試驗(yàn)的探頭尺寸與道碴的尺寸相近且探頭貫入土中的過程與道碴在列車荷載作用下擠陷入基床表層的現(xiàn)象相似 因此 將CBR試驗(yàn)作為鐵路路基施工質(zhì)量的檢測(cè)手段是比較合理的 所以 日本等國曾使用CBR值檢測(cè)鐵路路基質(zhì)量 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 荷載板試驗(yàn) 基床系數(shù)K30基床系數(shù)K30是日本和我國在鐵路路基檢測(cè)中常用的方法 是采用單循環(huán)荷載試驗(yàn) 用單位面積壓力除以承壓板相應(yīng)的下沉量表示的 MPa m 計(jì)算時(shí)選用的沉降量為0 125cm 以級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫石的基床表層為前提的路堤結(jié)構(gòu) 列車荷載產(chǎn)生的道床壓力 通過基床表層結(jié)構(gòu)大致均勻地分布在路堤上部 作用范圍比以往采用土質(zhì)基床表層要大 從壓力的傳遞程度及路堤堤身承受壓力的情況看 采用直徑為30cm的承壓板試驗(yàn)確定路基填土的承載力密實(shí)度與列車荷載實(shí)際傳遞狀況相接近 比以往的規(guī)定要合理 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 變形模量E變形模量是西歐 北美等國已廣泛使用的鐵路路基壓實(shí)檢測(cè)方法 在荷載板試驗(yàn)應(yīng)用過程中 常用的加載方式有單循環(huán)靜載和二次循環(huán)靜載 單循環(huán)靜載是按每級(jí)40kPa加載 當(dāng)每級(jí)加載完成后 每間隔一分鐘讀取百分表一次 直至兩次讀數(shù)符合沉降穩(wěn)定要求 才能轉(zhuǎn)到下一級(jí)荷載 直至試驗(yàn)最大荷載為止 二次循環(huán)靜載也是按每級(jí)40kPa加載 分級(jí)加載到最后一級(jí)荷載的沉降穩(wěn)定后 開始卸載 卸載梯度按最大荷載的0 5或0 25倍逐級(jí)進(jìn)行 全部荷載卸除后記錄其殘余變形 之后又開始另一加載循環(huán) 采用d 30cm的荷載板試驗(yàn)計(jì)算變形模量時(shí) 荷載一直加到沉降值達(dá)5mm或承壓板正應(yīng)力達(dá)到0 5MPa為止 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 變形系數(shù)Ev2為了更有效地分析土的變形性質(zhì)和承載能力 西德標(biāo)準(zhǔn)采用了二次循環(huán)靜載法 其結(jié)果采用變形系數(shù)Ev2表示 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) K30測(cè)試精度影響因素被測(cè)土體表面狀態(tài)是影響K30測(cè)試精度的主要因素之一 為此 對(duì)于水分揮發(fā)快的均粒砂 表面結(jié)硬殼 軟化 或其它原因表層擾動(dòng)的土 必須下挖后試驗(yàn) 下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi) 對(duì)被測(cè)面的要求及為了保證荷載板與測(cè)試面的良好密貼接觸可采用的處理方法 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 被測(cè)土體含水率對(duì)測(cè)試結(jié)果也起主要影響作用 根據(jù)室內(nèi)模擬試驗(yàn) 說明K30值與含水率之間存在著類似于壓實(shí)度與含水率之間的關(guān)系 K30最大值時(shí)的含水率要低于壓實(shí)度的最佳含水率 而且隨著含水率的增加K30值將急劇下降 因此 平板荷載試驗(yàn)宜在填料層壓實(shí)后2 4h內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn) 主要是為了防止填層碾壓完成后 表層含水率的變化 而影響測(cè)試結(jié)果 此次對(duì)K30平板載荷試驗(yàn)的有效深度未明確規(guī)定 但根據(jù)國內(nèi)外資料表明 試驗(yàn)載荷所涉及深度約為荷載板直徑的1 5 2倍 因此 在實(shí)際試驗(yàn)過程中應(yīng)加以注意 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 無論是基床系數(shù)K30 變形模量E和變形系數(shù)Ev2都是通過施加靜荷載測(cè)得的 尚不能完全反映列車在動(dòng)荷載作用下對(duì)路基的真實(shí)作用情況 隨著高速鐵路的出現(xiàn) 在高速列車動(dòng)荷載作用下 路基表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)行為 產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形 為保證列車的安全與正常運(yùn)行 必須對(duì)路基的動(dòng)變形加以控制 同時(shí)要全面反映路基的質(zhì)量和狀態(tài) 德國鐵路咨詢公司地基研究所首先提出了反映路基動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo) 動(dòng)態(tài)變形模量 并于1997年用于高速鐵路路基的壓實(shí)檢測(cè) 日本也正在進(jìn)行其研究 并準(zhǔn)備將其納入鐵路規(guī)范 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 動(dòng)態(tài)檢測(cè)原理在被檢測(cè)的路基面上放置一塊一定直徑的承壓板 通過一落錘在一定高度處自由下落 落到一緩沖裝置后 再經(jīng)承壓板在填土面施加一沖擊動(dòng)荷載 使填土面產(chǎn)生沉陷 通過測(cè)試沖擊動(dòng)荷載的大小 板及板周圍一定范圍內(nèi)填土面的動(dòng)變形 利用專用的信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理軟件 來求算路基土層的動(dòng)模量 承載板的沉陷值越大 被測(cè)點(diǎn)的承載能力越小 動(dòng)模量也越小 反之 越大 因此 動(dòng)模量能反映該處的承載力 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 1 脫鉤裝置 2 落錘 3 導(dǎo)向桿4 阻尼裝置 5 荷載板 6 沉陷測(cè)定儀 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)是采用動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)儀 來監(jiān)控檢測(cè)土體承載力指標(biāo) 動(dòng)態(tài)變形模量Evd的試驗(yàn)方法 測(cè)得的土體變形是由規(guī)定的動(dòng)態(tài)沖擊荷載 產(chǎn)生的 試驗(yàn)時(shí) 落錘從設(shè)定的高度自由下落在阻尼裝置上而產(chǎn)生符合測(cè)試條件的沖擊荷載 由此引起的土體的變形S 即荷載板的沉陷值 通過沉陷測(cè)定儀采集記錄下來 再通過平板壓力公式計(jì)算得出Evd值 MPa 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 式中 Evd 動(dòng)態(tài)變形模量 MPa 計(jì)算至0 1MPa 荷載板半徑 mm 荷載板下的動(dòng)應(yīng)力 MPa S 荷載板的沉陷值 mm 1 5 荷載板形狀影響系數(shù) 實(shí)際使用時(shí)簡(jiǎn)化成 Evd 22 5 S 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) Evd試驗(yàn)前的準(zhǔn)備平整測(cè)試面放置荷載板加載裝置在荷載板上就位用測(cè)量電纜將沉陷測(cè)定儀與荷載板連接松開搬運(yùn)鎖 打開沉陷測(cè)定儀電源使導(dǎo)向桿保持垂直進(jìn)行三次預(yù)沖擊連續(xù)三次沖擊測(cè)試顯示三次測(cè)試的沉陷值S1 S2 S3顯示三次平均沉陷值Sm和動(dòng)態(tài)變形模量值Evd儲(chǔ)存并打印測(cè)試結(jié)果 Evd試驗(yàn)前的準(zhǔn)備 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 不同檢測(cè)方法的工效及適用性核子儀法 灌水法檢測(cè)孔隙率n核子儀法檢測(cè)一個(gè)斷面 3個(gè)點(diǎn) 孔隙率n 從準(zhǔn)備工作起計(jì)時(shí) 一般1人需時(shí)間10 15min 灌水法現(xiàn)場(chǎng)2人則需時(shí)間2h左右 而且含水量測(cè)定還需回試驗(yàn)室進(jìn)行 人為操作誤差大 同時(shí)需要大量的烘烤設(shè)備 因此核子儀法在工效及適用性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于灌水法 加之兩種方法之間的相關(guān)性好 誤差小 核子儀法完全可以替代灌水法 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 地基系數(shù)K30檢測(cè)地基系數(shù)K30的檢測(cè)需要足夠的反力 也就是需工程機(jī)械 主要是汽車 配合 因此 在空間狹小的過渡段 測(cè)試元器件附近等部位就難以進(jìn)行檢測(cè) 這是其不足之處 一般分體式地基系數(shù) 簡(jiǎn)易K30 測(cè)試儀檢測(cè)1點(diǎn)需35 45min 2 3人配合 一體化數(shù)控地基系數(shù)檢測(cè)車檢測(cè)1點(diǎn)需20min左右 需2人配合 時(shí)間差異的主要原因是前者需人工記錄 計(jì)算并判定每級(jí)荷載穩(wěn)定與否 需時(shí)長 而后者通過計(jì)算機(jī)程序控制 需時(shí)短 但前者儀器購置費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 動(dòng)態(tài)變形模量Evd檢測(cè)動(dòng)態(tài)變形模量Evd體積小 只需兩個(gè)人就可將其運(yùn)走 檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)需2人配合 平均耗時(shí)為3 5min 其優(yōu)點(diǎn)是適合空間狹小的過渡段 測(cè)試元器件附近等部位 并且方便快捷 有利于提高整個(gè)施工進(jìn)度 不足點(diǎn)是設(shè)備需從國外進(jìn)口 國內(nèi)尚無維修站 合法計(jì)量標(biāo)定的單位 儀器的存儲(chǔ)量太小 一次只能存儲(chǔ)56個(gè)測(cè)點(diǎn) 一旦超過 之前的檢測(cè)數(shù)據(jù)將被后檢測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)替換 另外國內(nèi)尚無一個(gè)明確的關(guān)于壓實(shí)度與Evd檢測(cè)的相關(guān)規(guī)定 且易受表面松散層影響 較難反映填層深部的壓實(shí)情況 客運(yùn)專線鐵路路基施工檢測(cè) 客運(yùn)專線鐵路路基的修建會(huì)遇到穩(wěn)定和變形問題 由于客運(yùn)專線對(duì)構(gòu)筑物的變形要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般鐵路 并且客運(yùn)專線路堤高度一般不大 穩(wěn)定問題并不突出 但對(duì)路基工后沉降的控制直接關(guān)系到養(yǎng)護(hù)工作和運(yùn)行能力 工后沉降大 養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高 影響列車行駛速度 嚴(yán)重的將導(dǎo)致安全事故 因此 客運(yùn)專線鐵路對(duì)路基的工后沉降控制提出了極其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn) 并且沿線地質(zhì)情況復(fù)雜 工程特性差異大 如何有效的控制路基工后沉降是客運(yùn)專線設(shè)計(jì)與施工面臨的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題 因此 對(duì)客運(yùn)專線軟土路基沉降的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè) 特別是有效的長期監(jiān)測(cè)對(duì)保證列車的快速 平穩(wěn)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 客運(yùn)專線鐵路路基施工監(jiān)測(cè) 主要測(cè)試項(xiàng)目包括 沉降 地表 基床底層底面 頂面剖面沉降 地基分層沉降 地基側(cè)向位移及應(yīng)力 孔隙水壓力 地基深層土壓力 基底豎向應(yīng)力 樁土應(yīng)力比 觀測(cè)測(cè)試 通過測(cè)試 分析不同軟土地基加固方案中地基沉降隨時(shí)間 荷載的變化規(guī)律 客運(yùn)專線鐵路路基施工監(jiān)測(cè) 路基施工監(jiān)測(cè)實(shí)例 一 斷面1 扶壁式擋墻墻高6 17m 路基基底和擋墻基底采用CFG樁加固 樁徑0 4m 間距1 3 1 4m 正方形布置 擋土墻基底CFG樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底CFG樁頂設(shè)0 5m厚的碎石墊層 墊層中鋪設(shè)兩層GC 100土工格室 樁頂位于碎石墊層底 斷面2 扶壁式擋墻墻高6 18m 路基基底和擋墻基底采用CFG樁加固 樁徑0 4m 間距1 3 1 4m 正方形布置 擋土墻基底CFG樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底CFG樁頂設(shè)0 5m厚的碎石墊層 墊層中鋪設(shè)一層GC 200土工格室 樁頂位于碎石墊層底 客運(yùn)專線鐵路路基施工監(jiān)測(cè) 斷面3 扶壁式擋墻墻高6 20m 路基基底和擋墻基底采用CFG樁加固 樁徑0 4m 間距1 3 1 4m 正方形布置 擋土墻基底CFG樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底CFG樁頂設(shè)0 15m厚的碎石墊層 墊層頂設(shè)0 5m厚C30鋼筋混凝土板 樁頂位于碎石墊層底 斷面4 扶壁式擋墻墻高6 23m 路基基底和擋墻基底采用CFG樁加固 樁徑0 4m 間距1 3 1 4m 正方形布置 擋土墻基底CFG樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底CFG樁頂下設(shè)0 15m厚的碎石墊層 墊層頂設(shè)0 5m厚C30鋼筋混凝土板 樁頂位于鋼筋混凝土板底 客運(yùn)專線鐵路路基施工監(jiān)測(cè) 斷面5 扶壁式擋墻墻高6 25m 路基基底和擋墻基底采用PHCAB45090101010b預(yù)制管樁加固 間距1 4 1 5m 正方形布置 擋土墻基底樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底樁頂下設(shè)0 15m厚的碎石墊層 墊層頂設(shè)0 5m厚C30鋼筋混凝土板 樁頂位于鋼筋混凝土板底 斷面6 扶壁式擋墻墻高6 26m 路基基底和擋墻基底采用PHCAB45090121010b預(yù)制管樁加固 間距1 4 1 5m 正方形布置 擋土墻基底樁頂設(shè)0 2m厚的碎石墊層 0 1m厚的C15混凝土墊層 樁頂位于碎石墊層底 路基基底樁頂下設(shè)0 15m厚的碎石墊層 墊層頂設(shè)0 5m厚C30鋼筋混凝土板 樁頂位于鋼筋混凝土板底 客運(yùn)專線鐵路路基施工監(jiān)測(cè) 軟土地區(qū)路基施工監(jiān)測(cè)實(shí)例 二 測(cè)試儀器布置 在測(cè)試斷面上埋設(shè)水平測(cè)斜儀 豎向測(cè)斜儀 分層沉降儀 孔隙水壓力計(jì)和鋼弦式土壓力盒 袋裝砂井及水泥攪拌樁處理斷面 測(cè)試儀器布置 在測(cè)試斷面上埋設(shè)水平測(cè)斜