4課b路基工程理論與技術(shù)

1、路基工程理論與技術(shù)1第4章 路基處治新技術(shù)4.1 路基填料改良技術(shù)4.2 路橋過渡段路基處治技術(shù)4.3 路堤下復(fù)合地基設(shè)計理論4.4 路基邊坡綠色防護技術(shù)4.5 路基排水技術(shù)24.2.1 概述 在橋臺構(gòu)筑物與臺后填土銜接處存在差異沉降，使得路面形成臺階或顯著縱坡變化，高速行駛的車輛通過時產(chǎn)生顛簸跳躍，從而導(dǎo)致橋頭跳車現(xiàn)象 。社會效益 、社會影響 經(jīng)濟效益技術(shù)難題4.2 路橋過渡段路基處治技術(shù)3 過渡段設(shè)計是近年來隨著客運專線的建設(shè)而發(fā)展起來的，隨著我國客運專線鐵建設(shè)項目的全面展開，對速度、安全、舒適的要求也越來越高，那么過渡段已經(jīng)是鐵路路基工程中的一個重要組成部分。路基與橋臺、路堤與橫向結(jié)構(gòu)物

2、（立交框構(gòu)、涵洞）、路基與隧道等剛性構(gòu)筑物的連接處一直是鐵路路基的一個薄弱環(huán)節(jié)，一方面由于路基與橋梁、涵洞、隧道等剛性構(gòu)筑物的剛度差別較大而引起軌道剛度的突變，同時路基與橋梁、涵洞、隧道等的沉降不一致會導(dǎo)致軌道不平順，因而引起列車與線路結(jié)構(gòu)的相互作用增加，影響線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而影響列車高速、安全、舒適運行。 過渡段的設(shè)計主要研究了路基與橋臺、路堤與橫向結(jié)構(gòu)物（立交框構(gòu)、涵洞）、路基與隧道、路堤與路塹等的均勻過渡問題，同時還考慮了短路基的過渡設(shè)計。 鐵路鐵路路基設(shè)計簡述-過渡段44.2.2 引起跳車的差異沉降量橋頭跳車的表現(xiàn)形式1.橋頭不設(shè)搭板時橋臺與路堤銜接處的錯臺現(xiàn)象2.橋頭設(shè)置搭板時由于

3、搭板路基端沉降引起的路橋過渡段縱坡變化 針對錯臺現(xiàn)象：我國公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范規(guī)定水泥砼路面錯臺高度h達到12mm則視為嚴重損壞，日本規(guī)定公路上超過15mm的錯臺必須修復(fù)。 針對縱坡變化：一般認為，橋頭縱坡變化率大于36時，就會產(chǎn)生橋頭跳車 5工后沉降標(biāo)準我國標(biāo)準要求64.2.3 橋頭跳車的成因幾何不平順：路基與橋臺、涵洞的沉降經(jīng)常不同，路基部分往往沉降量大，其過渡點附近極易產(chǎn)生沉降差，導(dǎo)致軌面彎折。當(dāng)列車通過時，必須會引起車輛與線路相互作用力的增加，加速線路狀態(tài)的劣化，降低線路設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量，增加線路的養(yǎng)護維修費用，嚴重時會危及行車安全。力學(xué)不平順：路基與橋梁、涵洞等剛度差別較大，對列車車輛通過

4、時的動荷載的響應(yīng)也會有所差別，從而影響列車的舒適度。74.2.4 橋頭跳車的處治措施橋頭跳車處治方法處治思路處治方法減小路基壓縮變形 提高路基填土的壓實度 換填材料（砂礫石，碎石等） 擠密樁 加筋（土工網(wǎng)等）沉降過渡方法 橋頭搭板 漸變樁 柔性橋臺減少地基沉降 地基處理（粉噴樁，鋼渣樁，超載預(yù)壓，等等） 采用輕質(zhì)材料填筑路基（粉煤灰,聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和發(fā)泡珍珠巖等）84.2.5 常用處治措施的適應(yīng)性分析 搭板、換填路堤材料或兩者結(jié)合 主要問題：搭板斷裂和二次跳車，橋頭錯臺等。 研究缺陷：目前的研究主要考慮搭板的力學(xué)性狀優(yōu)化，較少考慮搭板和路堤變形的耦合，更沒有對其在不同橋頭工況下的適

5、應(yīng)性進行研究，因此，這些方法的選用帶有一定的盲目性，從而造成了其在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了較多病害。 分析思路：通過模擬不同的地基沉降模式，分析其變形與力學(xué)性狀，從而研究常用處治措施對地基沉降的適應(yīng)性能力大小。9圖 計算模型1.剛性搭板的適應(yīng)性分析路堤填高6米，路堤寬3.5,坡率11.5。搭板長取6米，厚度取30cm，布置于路基頂面 計算模型 利用鋼筋混凝土搭板進行過渡時存在兩個缺點：一是搭板不可能做得很長，沉降差較大時，搭板引起的縱坡變化也將引起橋頭跳車；二是搭板之下由于路基的沉降變形引起脫空，導(dǎo)致搭板斷裂。目前對搭板進行的結(jié)構(gòu)受力分析及配筋計算只能盡量防止搭板不因脫空而發(fā)生斷裂。 10（a）板長6

6、m （b）板長8m （c）板長10m 圖 路基頂面沉降曲線 搭板對地基沉降的適應(yīng)性分析 表 不同地基沉降值時的縱坡變化率板長6m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（）0.10.4620.8071.1511.4951.83板長8m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（）0.1220.350.6060.861.111.36板長10m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（）0.0760.2820.490.6940.8951.09511 小結(jié) 搭板對地基沉降的適應(yīng)性分析表明，地基沉降的增大將引起搭板縱坡變化率的增大，從而產(chǎn)生橋頭跳車現(xiàn)象。因此，地基沉降是影響搭板縱坡變化率的主要因素。 搭

7、板對地基沉降的適應(yīng)性表現(xiàn)為：長度6m的搭板適用于處理地基沉降在3cm以內(nèi)的橋頭路段；8m長度的搭板適用于處理地基沉降在4cm以內(nèi)的橋頭路段，而10m搭板適用于處理地基沉降在5cm以內(nèi)的橋頭路段。122. 換填材料的適應(yīng)性分析 計算模式路堤填高6m，計算長度30m，橋頭路堤換填區(qū)域的布置為：路基底部長度4m，沿路堤高度按1：1換填 13路堤填料種類的影響結(jié)果分析路堤壓縮變形與填料模量的關(guān)系曲線（0） 地基均勻沉降路基頂面豎向位移曲線（10cm）14 小結(jié) （1）橋頭路堤換填壓縮模量大的填料可以明顯減小路堤的壓縮變形，同時沿路堤高度1：1的楔性“剛?cè)徇^渡”換填方式不僅可以大大減少換填量，更有利于協(xié)

8、調(diào)其沉降差。 （2）當(dāng)?shù)鼗鶠榫鶆虺两的Ｊ綍r，路堤沉降量主要體現(xiàn)在地基沉降值的大小，換填方式無法起到消化地基沉降的作用。 （3）當(dāng)橋頭地基存在局部軟弱區(qū)域時，橋頭路堤換填抗剪強度高、具有一定整體性的填料如灰土，能夠較好地消化地基的不均勻沉降，而砂粒填料次之，粘土最差。但換填灰土一定要保證施工壓實，使其形成為一個整體。 153. 平面土工格柵加筋作用性狀 布置間距為50cm 16土工格柵加筋對橋頭路堤側(cè)向位移的影響 圖 路堤邊坡的側(cè)向位移（X方向） 圖 路堤縱向的側(cè)向位移（Y方向）土工格柵加筋對路堤應(yīng)力分布性狀的影響 圖 路堤橫斷面底面豎向應(yīng)力（Y0） 17 小結(jié) 通過以上分析可知，土工格柵加筋的

9、作用性狀主要表現(xiàn)為以下幾個方面： 土工格柵利用其較大的拉伸模量，通過其與土體的界面摩擦和咬合作用，限制了路堤填土的側(cè)向位移，提高了土體的抗剪強度和抗變形能力，從而減小了路堤的壓縮變形值。且隨著路堤變形模量的減小，其作用更顯著。 土工格柵變形后也存在“網(wǎng)兜效應(yīng)”，從而使荷載的分布趨于均勻； 土工格柵由于一端錨固于橋臺上，利用其抗拉伸能力，阻止了橋臺附近土體的向下沉降，同時，也減小了橋頭路基和地基的豎向應(yīng)力。18 同時，基于以上的分析，針對橋頭路堤平面加筋處治技術(shù)提出以下建議： 平面加筋材料應(yīng)選用具有較大拉伸剛度的筋材，同時，橋頭應(yīng)換填內(nèi)摩擦角較大的填料。 平面加筋材料對于減小路堤自身的壓縮變形較

10、為有效，但由于其不具有抗彎剛度，故消化地基沉降變形的能力較差，因此，土工格柵加筋技術(shù)適用于處治地基條件較好的橋頭過渡段。當(dāng)?shù)鼗^差時，應(yīng)結(jié)合其它方法進行綜合處治。 19 鐵路鐵路路基設(shè)計簡述-過渡段 路橋過渡段20 鐵路鐵路路基設(shè)計簡述-過渡段 路涵過渡段21 鐵路鐵路路基設(shè)計簡述-過渡段22 鐵路鐵路路基設(shè)計簡述-過渡段234.3 路堤下復(fù)合地基設(shè)計理論4.3.1 復(fù)合地基的定義與分類 復(fù)合地基是指天然地基在處理過程中部分土體得到增強或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋體材料，從而形成的由兩種剛度（或模量）不同的材料（土體和增強體）所組成的人工地基。根據(jù)增強體的方向又可分為水平向增強體復(fù)合地基和

11、豎向增強體復(fù)合地基。豎向增強體復(fù)合地基通常稱為樁體復(fù)合地基，根據(jù)豎向增強體的性質(zhì)，樁體復(fù)合地基又可分為三類：散體材料樁復(fù)合地基、柔性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合地基。 1. 復(fù)合地基的定義24 2. 柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的概念 復(fù)合地基是軟弱地基處理時常用的一種技術(shù)，復(fù)合地基若按其基礎(chǔ)剛度的不同來分類，可分為兩類： 一是剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基，這類復(fù)合地基是從工業(yè)與民用建筑方面發(fā)展起來的，在我國已有較廣泛的應(yīng)用，一般所說的復(fù)合地基也都是指這類復(fù)合地基。在剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中，基底面處滿足等應(yīng)變假設(shè)，即樁頂與樁間土的變形相同。 二是柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基，即像路堤、堤壩等構(gòu)筑物下的復(fù)合地基，此類構(gòu)筑物本身的剛度

12、與地基土的剛度差別不大，這類復(fù)合地基在受力后變形與強度性狀與剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基相比有較大的差異。但這方面的研究較少，也還沒有引起足夠的重視，甚至大多數(shù)情況是將兩類復(fù)合地基混為一談，對柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的設(shè)計計算往往直接采用剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的設(shè)計計算理論。柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基是指路堤荷載作用下的粉噴樁復(fù)合地基。 25地基處理方法淺層處理16樁-板結(jié)構(gòu)地基15樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基（鋼筋混凝土打入樁、預(yù)應(yīng)力管樁）1換填墊層法2沖擊碾壓法3堆載預(yù)壓4真空預(yù)壓動力固結(jié)5強夯法6強夯置換法14注漿法17剛性承臺樁基礎(chǔ)排水固結(jié)復(fù)合地基散體材料樁7碎石樁8砂 樁9灰土（水泥土）擠密樁柔性樁10旋噴樁12柱錘沖擴樁半

13、剛性樁13 CFG樁11攪拌樁常見地基措施264.3.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基 水泥攪拌樁法是一種加固處理軟弱地基及地基承載力不大于120KPa的粘性土或粉性土等地基的方法。它是利用水泥作為固化劑，采用特制的深層攪拌機，在地基深處將水泥粉固化劑與軟弱地基土在原位強制攪拌成混合物，通過水泥與軟弱土之間發(fā)生的離子交換作用、凝聚作用、化合作用等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土樁體，達到加固軟弱地基的目的。水泥土樁體與原位周圍的天然土體共同作用，從而顯著地提高地基的強度和承載力、減小地基的變形，即形成所謂的水泥攪拌樁復(fù)合地基。272. 水泥攪拌樁復(fù)合地基的加固機理（1）

14、 水泥土的加固機理樁體作用 墊層效用 擠密效用 （2）水泥攪拌樁復(fù)合地基的加固機理水泥的水解和水化反應(yīng) 離子交換及團粒化作用 凝硬反應(yīng)（火山灰反應(yīng)）碳酸化作用 283. 設(shè)計計算建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ792002，2003）中對于深層攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準值按照下式計算：式中， 復(fù)合地基的承載力標(biāo)準值； 面積置換率； 樁的截面積； 樁間天然地基土承載力標(biāo)準值； 樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，可取0.51.0，當(dāng)樁端土為硬土?xí)r，可取0.10.4，當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時，可取零； 單樁豎向承載力標(biāo)準值，應(yīng)通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定。 294.3.3 柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的設(shè)計理論1

15、.剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基理論的基本假設(shè)： 1）基礎(chǔ)為剛性； 2）在豎向荷載作用下樁與樁間土共同承擔(dān)上部荷載； 3）復(fù)合地基土內(nèi)部任一水平截面上樁與樁間土的豎向壓縮變形相同。302.剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基計算公式討論（1） 系數(shù)的取值（2） 的取值一般認為，31一般認為， 僅與樁端土的軟硬程度有關(guān)，這是從樁的沉降概念或樁土之間的相對變形角度考慮問題的，認為只有樁下沉后土才能發(fā)揮作用。 值也理應(yīng)與樁本身的強度（壓縮模量）有關(guān)。因為當(dāng)樁身的強度（壓縮模量）較小時，樁在荷載作用下的壓縮變形就大，這樣樁間土所承受的荷載也大，反之則小。而對于柔性基礎(chǔ)復(fù)合地基，受荷后其等沉面并不在樁頂而是下移了一定距離，等沉面上下

16、樁土間相對變形的規(guī)律不同，其大小則受到樁間土的性質(zhì)、樁體強度以及柔性基礎(chǔ)剛度的影響。因此， 值除了應(yīng)當(dāng)考慮樁端土體的性狀外，還需考慮樁體強度、樁間土的性質(zhì)、樁距（置換率）、樁長及柔性基礎(chǔ)剛度的影響。（1） 系數(shù)的取值32規(guī)范公式中， 定義為樁間天然地基土承載力標(biāo)準值。但現(xiàn)場實測資料表明，用粉噴樁處理之后，樁間土的強度有所增長。比如，在甘肅饞柳高速公路土家灣隧道西洞口地基采用粉噴樁處理前，天然地基土承載力=90kPa，處理后樁間土的承載力為130kPa，增長了44；同樣，在東洞口，天然地基土的承載力=120kPa，而樁間土的承載力提高到240300kPa，增長近2倍左右。其原因可歸結(jié)如下：在進行

17、粉噴及樁體強度形成過程中，水泥粉會吸收樁周土體中的一些水分來完成其一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而使得樁周土體的含水量減小，強度提高；強度較高的粉噴樁樁體對樁間土的變形產(chǎn)生側(cè)向約束，使樁間土的沉降量有所減小。（2） 的取值33樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基由樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與上部路堤組成，其中樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是一種剛性樁基礎(chǔ)，由鋼筋混凝土剛性樁（群）和樁頂以上的加筋墊層共同組成。 遂渝無砟軌道試驗段樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基橫斷面設(shè)計圖34樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬于一種剛性樁基礎(chǔ)，需要解決的技術(shù)問題包括：沉降特性合理樁間距柔性拱作用機理設(shè)計與施工技術(shù)35樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基理論分析研究3637樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基離心模型試驗 38樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)單

18、樁承載力驗算39樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基沉降計算4041樁帽頂加筋墊層一般采用碎石墊層，厚度0.40.6m,夾鋪一層雙向高強度低應(yīng)變土工格柵。土工格柵斷裂延伸率不大于10%，極限抗拉強度應(yīng)滿足檢算要求并不小于80KN/m。42深厚軟弱地基長短組合樁樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基436.樁-板結(jié)構(gòu)路基樁-板結(jié)構(gòu)路基由下部鋼筋混凝土樁基和上部鋼筋混凝土承載板組成，鋼筋混凝土承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)相連接。樁-板結(jié)構(gòu)具有以下特點： 1）樁-板結(jié)構(gòu)承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接，因此，樁-板結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮列車動荷載的作用，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足疲勞強度的要求； 2）樁-板結(jié)構(gòu)承載板可視為支撐在樁基礎(chǔ)上的連續(xù)板梁，板梁的豎向和橫向剛度必須滿足無砟軌

19、道鋪設(shè)要求； 3）樁-板結(jié)構(gòu)與土路基共同組成一個承載結(jié)構(gòu)，樁-板結(jié)構(gòu)與土路基的共同作用是樁-板結(jié)構(gòu)設(shè)計合理經(jīng)濟的關(guān)鍵技術(shù)問題。44 遂渝無砟軌道試驗段DK132+486DK132+611樁-板結(jié)構(gòu)路基橫斷面設(shè)計圖4546樁-板結(jié)構(gòu)在自重和上部荷載作用下的撓曲變形樁-板結(jié)構(gòu)路基數(shù)值模擬分析47樁-板結(jié)構(gòu)路基在上部荷載及路堤自重作用下豎向位移云圖4849樁-板結(jié)構(gòu)大模型實驗 模擬單線路堤樁-板結(jié)構(gòu)，測試循環(huán)荷載作用板、樁、土的受力與變形。50動車組通過時，單線樁-板結(jié)構(gòu)路基和雙線樁-板結(jié)構(gòu)路基測試斷面路基表層的最大動應(yīng)力范圍分別為4.50kPa、4.70kPa；樁底土體最大動應(yīng)力分別為10.09、

20、10.14kPa；最大動變形分別為0.023mm、0.025mm；最大加速度分別為0.61、0.62m/s2 。 遂渝24m簡支箱梁跨中最大動位移為0. 25mm ； 32m簡支箱梁跨中最大動位移為0. 48mm 。貨車通過時，單線樁-板結(jié)構(gòu)路基和雙線樁-板結(jié)構(gòu)路基測試斷面基床表層表面的最大動應(yīng)力分別為6.17kPa、6.00kPa；樁底土體最大動應(yīng)力分別為12.85、12.83kPa；最大動變形分別為0.057mm、0.061mm；最大加速度分別為0.75、0.60m/s2 。 遂渝24簡支梁跨中最大動位移為0.31mm ；32m簡支箱梁跨中最大動位移為0. 50mm 。514.4 路基邊坡

21、綠色防護技術(shù)52535455564.4.1 工程防護的不足破壞了生態(tài)環(huán)境，環(huán)境效果極差；隨著時間的推移，混凝土面、漿砌片石面都會風(fēng)化、老化，后期整治費用高。被破壞了的植被很難迅速恢復(fù)。574.4.2 一般邊坡的植被護坡方法鋪草皮護坡植生帶護坡液壓噴播植草護坡三維植被網(wǎng)護坡挖溝植草護坡土工格室植草護坡漿砌片石骨架植草護坡鋼筋混凝土框架內(nèi)填土植被護坡預(yù)應(yīng)力錨索框架地梁植被護坡581）路基填料抵御水侵蝕；2）路基面防排水；3）地下排水，包括路堤基底地下排水和和路塹基床換填底部地下排水；4）邊坡防排水及地面排水，包括路堤、路塹邊坡防排水以及側(cè)溝、天溝、排水溝。路基工程防排水客運專線鐵路路基工程防排水體

22、系59路基工程防排水路基面防排水路基面采取全封閉防水，主要措施包括： （1）軌道基礎(chǔ)板兩側(cè)基床表層鋪設(shè)0.1m厚SAM10瀝青混凝土封閉層防止表水下滲。 （2）在無砟軌道路基左右兩線的軌道板之間，設(shè)置貫通的縱向水溝。間隔50m左右設(shè)集水井，在集水井底部設(shè)置橫向排水管，將積水通過橫向排水管排入路堤邊坡上的橫向排水槽或路塹側(cè)溝。路基面縱向水溝采用C15混凝土澆注，集水井采用C25鋼筋混凝土澆注，橫向排水管采用200mm鋼筋混凝土管，橫向排水槽采用M7.5漿砌片石砌筑。 （3）路塹側(cè)溝外平臺采用漿砌片石封閉。60地下排水 對路基有危害的地下水，應(yīng)采取疏排措施。路基工程防排水61路堤基底地下排水路堤填

23、方基底存在地下水，可能引起路堤底部填料強度降低，引起變形或路堤沿地基表面的滑動。對于路堤填方基底出露的泉眼，應(yīng)設(shè)置排水通道（暗溝或盲溝），引排地下水。路堤填方基底為洼地、槽谷，或地基土層地下水發(fā)育地段，路堤底部應(yīng)設(shè)置排水層，避免地下水匯聚對路堤底部填料產(chǎn)生不利影響。當(dāng)路堤填料為非良質(zhì)填料時，則應(yīng)在路堤底部應(yīng)設(shè)置防排水層既能排泄地下水，又能隔斷地下水對路堤非良質(zhì)填料的不利影響。路基工程防排水62路基工程防排水63路塹基床換填底部地下排水地下水水位處于路基基床附近時，在列車動荷載作用下，基床土動強度會降低，易引起基床發(fā)生變形。無砟軌道對基床動力穩(wěn)定性要求極高，因此，為防止基床病害必須設(shè)置地下排水工程。路基工程防排水64路基工程防排水遂渝線無砟軌道試驗段軟質(zhì)巖全、強風(fēng)化層及土層地段路塹基床換填深度12.3m（換填A(yù)、B組