路基工程 課件 第二章 路基填料

第二章路基填料2.1路基填料的分類與性質(zhì) 2.1.1路基填料的分類 2.1.2路基填料土的強度特性2.1.3路基填料土的變形特性2.2路基土的壓實原理與影響因素 2.2.1路基土的壓實原理 2.2.2影響土壓實性的因素 2.3路基土的壓實施工方法 2.3.1路基土的壓實施工方法 2.3.2壓實過程中的注意事項 2.4路基壓實質(zhì)量控制指標本章內(nèi)容土是巖石經(jīng)過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積

風化巖石地球土地球形成過程形成條件物理、力學性質(zhì)影響2.1路基填料的分類與性質(zhì)4黃土5膨脹土6云南紅土7鹽漬土82.1.1路基填料的分類路基填料根據(jù)對原土料的使用方法或加工工藝，可分為普通填料、物理改良土、化學改良土和級配碎石。物理改良土是原土料經(jīng)過破碎、篩分或摻入砂、礫（碎）石等材料并拌合均勻的混合土料?；瘜W改良土是通過向土中摻入石灰、水泥、礦物摻合料等材料的混合料。級配碎石是由開山塊石、天然卵石或砂礫石經(jīng)破碎篩選而成的的混合料。2.1路基填料的分類與性質(zhì)普通填料粒組劃分應(yīng)按下表確定。母巖飽和單軸抗壓強度小于20MPa的粗粒和巨粒在粒組劃分時按細粒考慮。2.1路基填料的分類與性質(zhì)普通填料按工程性能及級配特征可分為A、B、C、D組填料。A組填料為良好級配、細粒含量小于15%的碎石土和礫石土，分為A1、A2組。

表2-1A組填料細分表2.1路基填料的分類與性質(zhì)B組填料分為B1、B2、B3組。這組填料所需的壓實功較大，又因含有少量細粒土，力學性能比A組填料差。表2-2B組填料細分表2.1路基填料的分類與性質(zhì)C組填料分為C1、C2、C3組。由于其中的細粒土含量更大且其含有的粉土類土易受到水和溫度的影響，所以C組填料的強度要小于B組填料。表2-4C組填料細分表2.1路基填料的分類與性質(zhì)D組填料可分為D1、D2組。D組填料為不宜使用的差質(zhì)填料和嚴禁使用的劣質(zhì)填料，因為這組土的力學性質(zhì)差，易受水和溫度的影響，導致強度降低，不能確保堤身持久穩(wěn)固，所以一般不應(yīng)使用。表2-5D組填料細分表2.1路基填料的分類與性質(zhì)2.1.2路基填料土的強度特性一、路基填料土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系特性路基填料土的變形，包括彈性變形和塑性變形。由于路基填料土的組成包括固相、液相、氣相，隨著外部荷載的不斷增大，其應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)明顯的非線性。2.1路基填料的分類與性質(zhì)對路基填料土的非線性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，可采用在不同位置取切線的方法來確定相應(yīng)的模量值，主要有以下四種模量：1、初始切線模量2、切線模量3、割線模量4、回彈模量2.1路基填料的分類與性質(zhì)二、路基臨界動強度不同的路基填料均具有一個特定的路基臨界動強度。當施加的動荷載強度小于該填料的臨界動強度時，填料土塑性變形累積量的增加速率逐漸減慢，直至穩(wěn)定，不再發(fā)生新的塑性變形。若施加的動荷載強度大于該填料的臨界動強度時，填料土在動載作用下產(chǎn)生的塑性變形累計速率不收斂，直至發(fā)生破壞。2.1路基填料的分類與性質(zhì)土的類型、密實度、含水率及周邊應(yīng)力狀態(tài)等都是影響路基臨界動強度的重要因素。研究表明，為了保證路基填料在長期動荷載作用下還能滿足工程需要，應(yīng)保證其應(yīng)力水平為標準值的0.8倍。在我國，將臨界動強度乘以某一動力折減系數(shù)（即動靜強度比，數(shù)值上小于1）來考慮。2.1路基填料的分類與性質(zhì)三、路基填料抗剪強度與應(yīng)用土體抵抗剪切破壞的極限應(yīng)力稱為土的抗剪強度，在數(shù)值上等于剪切破壞時滑動面上的剪應(yīng)力?？辜魪姸仁峭馏w的一項基本力學特性，與土體本身的特性和受力變化、破壞變化的過程存在對應(yīng)的關(guān)系。路基填料土的抗剪強度變化規(guī)律在工程上廣泛采用土莫爾—庫侖強度準則描述。按照總應(yīng)力和有效應(yīng)力兩種情況，土的抗剪強度可按照下式計算：2.1路基填料的分類與性質(zhì)2.1路基填料的分類與性質(zhì)2.1.3路基填料土的變形特性路基填料土的壓密沉降、列車行駛中路基面的彈性變形、運營階段行車引起的基床累積沉降，是路基變形最主要的三個方面。一、路基填料土的壓密沉降路基填料土的壓密沉降包括：路基施工沉降和竣工后沉降。路基施工沉降將在第三章進行詳細論述，路基竣工后沉降控制主要考慮兩個因素：1、初期投資與后期投入的關(guān)系2、過大的沉降（實際上也是不均勻沉降）對軌道結(jié)構(gòu)、路基面排水條件以及列車運行條件的影響目前，世界各國關(guān)于路堤填料的壓密沉降通常都是通過壓實密度予以保證的。2.1路基填料的分類與性質(zhì)目前，世界各國關(guān)于路堤填料的壓密沉降通常都是通過壓實密度予以保證的。我國多條高速鐵路路基現(xiàn)場試驗表明，以粗粒土、碎石類土填筑時，路堤竣工后沉降量約為路堤高度的0.1%～0.3%。2.1路基填料的分類與性質(zhì)二、列車行駛中路基面的彈性變形在列車荷載作用下，路基的變形既有彈性變形又有塑性變形。彈性變形是由列車通過時列車動荷載短暫作用產(chǎn)生，主要發(fā)生在基床部位尤其是基床表層。路基的彈性變形反映在軌面彈性變形之中，彈性變形大，會影響行車速度。確定路基的彈性變形控制值時需考慮兩個因素：1、基床表層不發(fā)生結(jié)構(gòu)破環(huán)2、行車的舒適性和安全性2.1路基填料的分類與性質(zhì)三、運營階段行車引起的基床累積沉降運營階段行車引起的基床累積沉降是由列車通過道床傳遞到基床面的動荷載引起的。有砟軌道，這種沉降可通過起道調(diào)整來處理。所謂起道就是為保證行車的平穩(wěn)和安全，用專門機具將軌枕、鋼軌抬高，進行搗固的一種線路作業(yè)。由于運營階段行車引起的基床沉降是一個累積過程，為使列車安全運行和保持乘車的舒適性，要經(jīng)常地進行軌道維修作業(yè)。因此，累積下沉量的大小限制較寬，它與軌道的維修模式和維修費用有關(guān)。無砟軌道，容許的總下沉量為1.5cm（包含填料自重壓密和地基下沉），這是由無軌道結(jié)構(gòu)的可調(diào)整量決定的。2.1路基填料的分類與性質(zhì)實際上，對于高速鐵路路基是不允許有顯著累積下沉的。累積下沉主要發(fā)生在承受列車動荷載的基床部分，特別是基床表層。減少累積下沉的辦法，一是把列車傳遞到基床底層的動應(yīng)力值控制在填料的臨界動強度的范圍內(nèi)，二是改善列車動應(yīng)力在基床中的分布。為此，各國都致力于尋求一種合理的鐵路路基基床結(jié)構(gòu)形式。2.1路基填料的分類與性質(zhì)2.2.1路基土的壓實原理

262.2壓實原理與影響因素2.2.2影響土壓實性的因素一、含水量路基填料含水量的變化對其壓實質(zhì)量有明顯的影響，實踐證明，完全干的土壓不實，太濕的土也壓不實，稍濕的土才可能壓實。在工程上，通過控制含水量在最佳值附近，來確保土的壓實質(zhì)量。272.2壓實原理與影響因素2.2.2影響土壓實性的因素二、壓實功土的壓實程度與壓實機械所做的功有關(guān)，壓實機械來回滾壓的次數(shù)越多，壓實機械所做的功越大，土就壓得越實，如圖2-4所示，注意它是一條漸近線，表示剛開始幾次壓實效果明顯，隨著次數(shù)的增加，壓實效果越來越不明顯。282.2壓實原理與影響因素2.2.2影響土壓實性的因素三、攤鋪厚度壓實機械對土層的壓實作用，對土層的深度影響很有限。表面的壓實作用最大，離開土層表面越深壓實作用越小，超過一定深度后影響很小，如圖2-5所示。因此，施工時每層土的攤鋪厚度要適當，厚度不能太厚，這與壓實機械和每層的壓實遍數(shù)有關(guān)。292.2壓實原理與影響因素2.2.2影響土壓實性的因素四、土的性質(zhì)由于微觀結(jié)構(gòu)、顆粒大小等因素的作用，不同土質(zhì)土體的壓實性能具有明顯的差異。如一般的黏性土比粉質(zhì)土壓實效果好，原因在于黏粒對粉粒有膠結(jié)作用，使得容易移動的粉粒受到約束。在粉粒含量一定時，黏粒含量越高，則這種土的膠結(jié)約束力就越大，土的干密度和力學強度指標相應(yīng)增大；反之隨粉粒的增多而不易壓實。302.2壓實原理與影響因素2.3.1路基土的壓實施工方法人工壓實和機械壓實是路基土壓實的兩種方法。機械壓實一般運用于大面積的土方施工中。人工壓實用于機械難以進入的狹小場地或者路基與結(jié)構(gòu)物相連的地段，如橋臺背后、涵洞兩端等。壓實方法按壓實作用原理可大致分為碾壓法、夯實法和振動密實法三大類。碾壓法是利用碾壓式壓實機械碾輪的重力作用，使被壓土層產(chǎn)生永久變形而密實。夯實法是利用重錘從一定高度自由落下夯實。振動法是利用一定重量的錘振動產(chǎn)生的沖擊力振實。312.3路基土的壓實施工方法平土機（gradingmachine）

松土機scarifier挖掘機excavator鏟運機scraper機械化施工常用的路基土方機械2.3路基土的壓實施工方法2.3路基土的壓實施工方法2.3.2壓實過程中的注意事項鐵路路基的壓實作業(yè)，通常采用壓路機進行，應(yīng)遵循“先輕后重、先慢后快、先邊后中”的原則。機械——先輕后重

即初壓輕，復壓重；先碾壓，后振動密實，這也是路基分層壓實壓路機選型的原則。342.3路基土的壓實施工方法方法——先慢后快

壓路機的碾壓速度隨著碾壓遍數(shù)增加應(yīng)逐漸加快，也即初壓時要以較低的速度進行碾壓，這樣可以延長碾壓力作用時間，增加影響深度，加快土體變形，避免產(chǎn)生碾壓輪擁土現(xiàn)象，防止壓路機陷車等異常情況發(fā)生，隨著碾壓遍數(shù)增加，鋪筑層的密實度也迅速地加，加快碾壓速度則有利于提高鋪筑層表層的平整度和提高壓路機的作業(yè)效率。352.3路基土的壓實施工方法次序——先邊后中先從路基的一側(cè)（距路基邊緣30-50cm處），沿路基延伸方向，逐漸向路基中心線處進行碾壓，在越過路基中心30-50cm后，再從路基的另一側(cè)邊緣開始向路基中心線處碾壓。362.3路基土的壓實施工方法

372.4路基壓實質(zhì)量控制指標38二、7d飽和無側(cè)限抗壓強度試樣在無側(cè)向壓力情況下，抵抗軸向壓力的極限強度。由無側(cè)限壓縮試驗求得。試驗時，試樣在無側(cè)向限制（即周圍壓力為零）情況下逐漸施加軸向壓力，破裂時常在試樣側(cè)面可見清晰的破裂面痕跡，這時的壓力即為無側(cè)限抗壓強度。7d無側(cè)限抗壓強度是無機結(jié)合料試樣，按試驗配合比調(diào)配，計算出試模中所需的無機結(jié)合料量，放入試