路基病害處理課題PPT課件

1、一、基床病害的類型n道碴袋或道碴囊n翻漿冒泥n下沉外擠 n 凍害 第1頁/共79頁l1、翻漿冒泥基床翻漿冒泥是指基面土（厚度小于0.5m）受水浸濕軟化并在列車動(dòng)力作用下，泥化的土以泥漿的形態(tài)向道床或通過道床向外翻冒擠出的現(xiàn)象，多發(fā)生于粉粒、粘粒含量高、透水性差、親水性強(qiáng)、遇水易軟化的粘性土及易風(fēng)化的泥質(zhì)軟巖和裂隙發(fā)育地段。第2頁/共79頁第3頁/共79頁l2 2、下沉外擠、下沉外擠 第4頁/共79頁第5頁/共79頁 道碴袋和道碴囊道碴袋和道碴囊 路基路肩剪切擠起 第6頁/共79頁第7頁/共79頁第8頁/共79頁l3 3、凍害、凍害 基床凍害發(fā)生于寒冷地區(qū)。凍害的形成與凍融過程中土基水熱狀況的周

2、期性變化密切相關(guān)。第9頁/共79頁基床病害整治方法n抬道n基床換填 n擠密樁 n鋪設(shè)土工膜封閉層 n土工格室 n排水 n基床凍害處理 第10頁/共79頁(1)抬道 抬道可使基床與原基面之間增加一層厚度等于抬道量的碎石層，將上部傳來的荷載擴(kuò)散，使作用在原基面的應(yīng)力降低到能承受的水平，并增加基床剛度、減少基床所受動(dòng)荷載時(shí)的彈性變形。 提速工程中，抬道處理是最經(jīng)濟(jì)可靠的方法。第11頁/共79頁基床換填基床換填 對(duì)于下沉外擠或深陷槽（道碴囊）病害的軟弱基床，可采用基床表層換填方法，換填厚度視軟弱層厚度而定，一般為5060cm，換填材料應(yīng)為級(jí)配良好的碎石土或中粗砂，也可對(duì)原基床土進(jìn)行改良形成改良土 。第

3、12頁/共79頁 換填整治基床病害換填整治基床病害圖1 基床表層換填第13頁/共79頁 換填不僅提高了基床表層強(qiáng)度，還可防治翻漿冒泥病害。據(jù)研究，換填厚度50cm或以上時(shí)，可消除因土質(zhì)不良引起的翻漿冒泥。若換填為碎石土或中粗砂等滲水土?xí)r，須做好基床的橫向排水。通常的做法是在換填層的底部設(shè)好橫向排水坡，在換填層與干砌片石路肩之間設(shè)置干砌片石反濾層，路塹地段側(cè)溝必要時(shí)需加深改造。 第14頁/共79頁采用換填法時(shí)要保證層變處設(shè)置可靠的隔離層，避免形成道碴囊。換填法的缺點(diǎn)是施工強(qiáng)度大，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)干擾大。第15頁/共79頁擠密樁擠密樁 近年來，由于鐵路線上列車間隔時(shí)間不斷減小，扣軌慢行和封鎖線路對(duì)運(yùn)營(yíng)

4、線的干擾，必須發(fā)展在運(yùn)營(yíng)條件下的處理措施和施工方法，如水泥土擠密樁、石灰土擠密樁。這種加固方法簡(jiǎn)便，對(duì)行車干擾相對(duì)較小。它是用機(jī)具在基床成孔，再分層填水泥土或石灰土，并用橄欖錘分層擊實(shí)，從而使樁體和樁間土擠密壓實(shí)，形成復(fù)合地基，達(dá)到提高承載力的目的。 第16頁/共79頁 擠密樁加固基床擠密樁加固基床第17頁/共79頁水泥土擠密樁的樁長(zhǎng)與承載力的關(guān)系承載力(Kpa)100110130140150樁長(zhǎng)(m)1.51.00.8第18頁/共79頁 京廣線在整治膨脹土基床下沉病害時(shí)，采用過石灰改性砂樁加固，使病害得到根治。石灰改性砂樁縱距與水泥土擠密砂樁同，橫距50cm，樁徑20cm。施工五年后開挖測(cè)試

5、基床面的后期強(qiáng)度，樁體承載力達(dá)到1300kPa，樁間土承載力達(dá)到260 kPa以上。 第19頁/共79頁京秦提速改造工程中，全線承載力較低的既有路基基床表層及路橋過渡段都采用了水泥土擠密樁加固，全線加固路基的水泥擠密樁共231萬延米。樁徑2430cm，單根長(zhǎng)度0.82.5m，水泥與土的配合比為810010100。第20頁/共79頁 試驗(yàn)段的測(cè)試表明，經(jīng)過水泥土擠密樁的加固，地基承載力由加固前的120150kPa提高到加固后的220kPa，樁體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在1MPa左右。第21頁/共79頁 擠密樁方法施工簡(jiǎn)單，不封鎖線路，適用于既有線基床土體的加固，但是它只能起提高承載力的作用，未能改變土質(zhì)

6、。對(duì)于細(xì)粒土填筑的路堤，以擠密樁處理基床時(shí)，雖然從計(jì)算和靜載試驗(yàn)上看滿足承載力的要求，但由于沒有從根本上解決樁間土的顆粒細(xì)度等性質(zhì)問題，仍有可能產(chǎn)生翻漿冒泥等病害。 第22頁/共79頁鋪設(shè)土工膜封閉層鋪設(shè)土工膜封閉層 在基床翻漿冒泥地段，或基床土質(zhì)不良（Ip12,WL32%） 而強(qiáng)度足夠，具備產(chǎn)生翻漿冒泥病害條件的地段，可在基床表層鋪設(shè)土工膜封閉層。土工膜封閉層的作用是隔離地表水，防止入滲，減弱動(dòng)荷對(duì)基床土抽吸作用，因而可防治翻漿冒泥病害。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，要加深側(cè)溝或設(shè)縱向滲溝降低地下水位。 第23頁/共79頁封閉層即用土工聚合材料，有氯丁橡膠軟板、聚乙烯軟板及塑料排水板等。鋪設(shè)工作可結(jié)合線

7、路大修進(jìn)行。為了防止材料連接處地表水滲漏，聚合材料上下均應(yīng)鋪設(shè)砂層，層厚：上層1020cm，下層510cm。第24頁/共79頁 聚乙烯軟板封閉層聚乙烯軟板封閉層第25頁/共79頁 自氯丁橡膠類土工膜應(yīng)用以后，其隔離、防滲、排水性能被大多數(shù)工程的成功所驗(yàn)證。采用土工膜整治基床翻漿冒泥的工程效果如何，關(guān)鍵在于土工膜的工程性能指標(biāo)。鋪設(shè)土工膜的施工需采用架空軌道結(jié)合線路封鎖（如施工“天窗”）或限速慢行的方式進(jìn)行。第26頁/共79頁鋪設(shè)土工膜封閉基床的方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、施工方便、壽命長(zhǎng)，適用于各種土質(zhì)、石質(zhì)基床的基面翻漿冒泥病害整治，但基床土強(qiáng)度不足時(shí)不宜采用。第27頁/共79頁土工格室或土工格柵等 在道

8、碴的底層或路基面頂層設(shè)置土工材料如土工格室或土工格柵等，其作用就是分散應(yīng)力，減少路基面直接承受的動(dòng)應(yīng)力，并使傳遞的應(yīng)力均勻；而且加筋料在路基面頂層對(duì)填土形成約束作用。 這種加固方法分散應(yīng)力有限，只適用于地下水位較低或地下水位雖高但排水條件較好地段路基，其底面與填筑土分界面必須設(shè)置較好的隔離層，以免下層土流失。第28頁/共79頁第29頁/共79頁第30頁/共79頁第31頁/共79頁第32頁/共79頁第33頁/共79頁第34頁/共79頁第35頁/共79頁土工格室土工格室 土工格室作為一種新型的立體土工合成材料，以其材料輕、耐磨損、強(qiáng)度高、韌性好等多種特性，是近幾年發(fā)展起來的一種行之有效的整治路基基

9、床下沉病害的方法。 土工格室可折疊，展開后呈蜂窩狀的三維結(jié)構(gòu) 。材料為高強(qiáng)度的聚乙烯或聚丙烯，接縫用超聲焊接。第36頁/共79頁第37頁/共79頁第38頁/共79頁第39頁/共79頁荷載被動(dòng)區(qū)主動(dòng)區(qū)過度區(qū)被動(dòng)區(qū)過度區(qū)摩擦力側(cè)限力荷載土工格室 無土工格室時(shí)軟基土受力圖 有土工格室后軟基上受力圖第40頁/共79頁33R11R強(qiáng)度包絡(luò)線 土工格室施加前后的破壞應(yīng)力圓第41頁/共79頁 應(yīng)用土工格室整治基床下沉病害的設(shè)想是基于：基床土在列車動(dòng)荷載作用下沉降的同時(shí)將向兩側(cè)擴(kuò)張，并伴隨有路肩的隆起，因此在基床下方存在一個(gè)拉伸變形區(qū)。如果土工格室布置在這個(gè)區(qū)域，利用土工格室具有較高的強(qiáng)度，可改善這部分的受力

10、狀態(tài)，同時(shí)利用土工格室的墊層作用，擴(kuò)散及均勻土工格室下基床土受到的動(dòng)應(yīng)力，從而提高整個(gè)基床的承載力，消除基床病害。第42頁/共79頁 格室一般設(shè)于道床底部或基床頂面，為保證道碴厚度和土工格室不受上部荷載的損害，格室頂面距枕底不小于0.35m，置換地面4排水坡，先鋪510cm厚的砂層，以利于排水，其后再鋪格室，格室張拉后填中粗砂，路肩用干砌片石垛加固。 第43頁/共79頁 采用土工格室整治基床下沉病害，設(shè)計(jì)換填厚度應(yīng)根據(jù)基床土的承載力、格室高度和焊距而定。原則上，基床土承載力越低，應(yīng)選用高度大、焊距小的土工格室。 第44頁/共79頁 鋪設(shè)土工格室的施工需采用架空軌道結(jié)合線路封鎖或限速慢行的方式進(jìn)

11、行，其工程造價(jià)與基床換砂合降溝的工程造價(jià)相比，約為后者的82，且前者的工期可節(jié)約50，對(duì)行車的干擾大為減小。實(shí)踐證明土工格室整治基床下沉外擠病害后，軌面穩(wěn)定快，養(yǎng)護(hù)時(shí)間少及工作量小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。第45頁/共79頁排水排水 對(duì)于路堤基床病害，如果道碴袋和道碴囊發(fā)育在堤身內(nèi)，可以在對(duì)軌道進(jìn)行加強(qiáng)措施后，從路肩挖槽直達(dá)病害部位底部，排出內(nèi)部?jī)?chǔ)水，開槽可用干砌片石加固或橫向盲溝，將水引至側(cè)溝排出。 第46頁/共79頁 橫向盲溝橫向盲溝第47頁/共79頁基床凍害處理基床凍害處理 為減小凍害的發(fā)生，可在基床表層采用隔溫材料，如爐渣、聚苯乙烯泡沫材料、泡沫磚等填筑，保溫

12、層的厚度取決于當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度和材料的導(dǎo)熱系數(shù)。第48頁/共79頁目前施工中應(yīng)用的幾種保護(hù)凍土的措施 1.熱棒 2.片石通風(fēng)路基 3.傾填碎石及片石護(hù)坡 4.通風(fēng)管路基 5.保溫材料路基第49頁/共79頁第50頁/共79頁第51頁/共79頁第52頁/共79頁第53頁/共79頁 路基病害檢測(cè)第54頁/共79頁 釬探 挖探 鉆探 輕型動(dòng)力觸探 地震勘探法 地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)法 瑞雷面波法 輕型動(dòng)力觸探 高密度電阻率法第55頁/共79頁 不影響正常行車。 無損 線路時(shí)刻處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，檢測(cè)不 能損壞線路。 快速 既有線量大、面廣、不快不行。第56頁/共79頁 邊坡穩(wěn)定性分析第57頁/共79頁一一 直線破裂面法直

13、線破裂面法 當(dāng)?shù)躺硖盍蠟樯啊⑹愅習(xí)r，如土體失穩(wěn)，則其破裂面近似為一斜平面，對(duì)縱向無限延長(zhǎng)的路堤，其穩(wěn)定性分析可按平面問題進(jìn)行計(jì)算 第58頁/共79頁 設(shè)已定的路堤斷面如圖，則假想的破裂面在圖中為一直線AD，它和平面的夾角為 在堤身斷面尺寸已知的情況下，不難求得斷面ABCD的面積和1延長(zhǎng)米的體積，依據(jù)已知的土的重度，便可以得出該土體的重量Q直線破裂面法檢算圖直線破裂面法檢算圖 第59頁/共79頁砂、石分層填筑的直線破裂面檢算圖 實(shí)際上，路堤各部分填料的性質(zhì)是不同的，滑動(dòng)面?？梢源┰綆讉€(gè)土層 第60頁/共79頁二二 圓弧破裂面法圓弧破裂面法第61頁/共79頁三三 折線破裂面法折線破裂面法第62頁

14、/共79頁浸水路堤的穩(wěn)定性檢算 第63頁/共79頁考慮土體固結(jié)時(shí)的固結(jié)有效應(yīng)力法 填土荷載是逐漸施加的，地基受荷后將產(chǎn)生固結(jié)，強(qiáng)度得以提高 ；第64頁/共79頁用土工織物加固地基的穩(wěn)定性檢算 荷蘭計(jì)算模型 荷蘭計(jì)算模型 阻力方向與滑弧切線方向一致 第65頁/共79頁瑞典計(jì)算模型 阻力與鋪設(shè)方向一致 阻力與鋪設(shè)方向一致 第66頁/共79頁鐵路路基中的土壓力計(jì)算鐵路路基中的土壓力計(jì)算第67頁/共79頁 1776年法國學(xué)者庫侖根據(jù)墻后土楔體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的力系平衡條件，提出了與朗肯理論不同的分析方法，可適用于不同形式的填土表面和不同粗糙度的墻背條件 （一）庫侖土壓力理論第68頁/共79頁 庫侖理

15、論假設(shè)墻后土楔體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)滑動(dòng)面為平面 滑動(dòng)土楔體為剛體 墻后填土為砂性土 在AB和BC滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度均已充分發(fā)揮 墻后地面為任意平面時(shí)墻后地面為任意平面時(shí)庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖 第69頁/共79頁（二）庫倫土壓力理論在鐵路擋土墻（二）庫倫土壓力理論在鐵路擋土墻中的應(yīng)用中的應(yīng)用 在鐵路或道路工程中，擋土墻墻后填土表面有時(shí)不是平面，而是在路面上作用有列車或汽車荷載，這時(shí)可根據(jù)庫倫理論，建立各種不同情況下的庫倫主動(dòng)土壓力公式。第70頁/共79頁 如圖為一路肩墻，破裂面交于路基面的不同位置破裂面交于路基面 第71頁/共79頁 圖為仰斜的路堤墻，破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)。由

16、圖可知，破裂楔體ABCGFED的面積為：墻背土壓力應(yīng)力圖形 tghaHHhKbabtgHahHahKbtgHtgHaatgbtgtgHaS)22(21)(21)(2(21)()(21)()(2100002第72頁/共79頁粘性土中的土壓力計(jì)算第73頁/共79頁1 1 換算內(nèi)摩擦角換算內(nèi)摩擦角 把粘性土的內(nèi)摩擦角值增大5-10，作為綜合內(nèi)摩擦角0，因此，當(dāng)墻高H6m時(shí)，一般取綜合內(nèi)摩擦角值為35-40，當(dāng)墻高H6m時(shí)，取綜合內(nèi)摩擦角值為30-35。也可按經(jīng)驗(yàn)規(guī)定粘聚力每增加0.1MPa，相當(dāng)于增加內(nèi)摩擦角3-7 目前在設(shè)計(jì)中常用的方法是用綜合內(nèi)摩擦角0代替抗剪強(qiáng)度中的內(nèi)摩擦角和粘聚力c。常用的內(nèi)摩擦角換算方法有：第74頁/共79頁 根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度相等的原理，計(jì)算綜合內(nèi)摩擦角0 rHctantan10其換算公式為： 式中，r為填料的容重(kN/m3)；為試驗(yàn)測(cè)定的土的內(nèi)摩擦角；c為試驗(yàn)測(cè)定的土的粘聚力(kPa)；H為擋土墻的高度（m）。第75頁/共79頁 根據(jù)土壓力相等的原理計(jì)算綜合內(nèi)摩擦角0值。為計(jì)算方便，可按破裂楔體頂面水平、墻背豎直、墻背與土