《鐵路客運專線路基》PPT課件.ppt

路基施工技術(shù) 鐵路客運專線 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 強度高 剛度大 普通鐵路路基是以強度控制設(shè)計 而對于高速鐵路 變形控制是路基工程設(shè)計的主要控制因素 因為在強度破壞前 可能已出現(xiàn)了不容許的過大變形 各個規(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 但剛度過大也會使列車振動加大 也不能平穩(wěn)運行 路基剛度的不均衡 則會給軌道造成動態(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 自然會引起軌道的幾何不平順 在列車運行及自然條件下的穩(wěn)定性1 列車運營時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 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 支擋結(jié)構(gòu) 路基排水及沉降觀測等作為系統(tǒng)工程施工 嚴(yán)格按照工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進行管理 加強施工過程控制及質(zhì)量檢測工作 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 小于30cm 沖擊夯實機具 小于25cm 平板振動器 不大于13cm 重型壓路機碾壓方式 靜壓 弱振 強振 靜壓小型夯實機具 靠近橋臺2m范圍內(nèi) 重型壓路機無法靠近 摻入5 水泥 14t壓路機碾壓12 14遍 18t壓路機碾壓10 12遍 客運專線路橋涵過渡段 客運專線鐵路路基施工檢測 必要性 一方面可以評價路基施工過程中或竣工后路基的質(zhì)量 檢驗路基是否達到了設(shè)計要求 驗證路基是否具有足夠的強度能夠承受列車動荷載的作用 同時又具備保證列車安全 舒適運行的合理剛度 另一方面 可以了解施工過程的質(zhì)量情況 控制施工進度 促進施工單位改進施工工藝 加強施工質(zhì)量管理 保質(zhì)保量地完成施工任務(wù) 靜態(tài)檢測 壓實系數(shù)K環(huán)刀法用于不含礫石顆粒的細(xì)粒土和無機結(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 客運專線鐵路路基施工檢測 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 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 以其對應(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值 對鐵路而言 由于現(xiàn)場CBR試驗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試驗作為鐵路路基施工質(zhì)量的檢測手段是比較合理的 所以 日本等國曾使用CBR值檢測鐵路路基質(zhì)量 客運專線鐵路路基施工檢測 荷載板試驗 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中常用的方法 是采用單循環(huán)荷載試驗 用單位面積壓力除以承壓板相應(yīng)的下沉量表示的 MPa m 計算時選用的沉降量為0 125cm 以級配碎石或級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的承壓板試驗確定路基填土的承載力密實度與列車荷載實際傳遞狀況相接近 比以往的規(guī)定要合理 客運專線鐵路路基施工檢測 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檢測方法 在荷載板試驗應(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40kPa加載 當(dāng)每級加載完成后 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)到下一級荷載 直至試驗最大荷載為止 二次循環(huán)靜載也是按每級40kPa加載 分級加載到最后一級荷載的沉降穩(wěn)定后 開始卸載 卸載梯度按最大荷載的0 5或0 25倍逐級進行 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的荷載板試驗計算變形模量時 荷載一直加到沉降值達5mm或承壓板正應(yīng)力達到0 5MPa為止 客運專線鐵路路基施工檢測 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 客運專線鐵路路基施工檢測 K30測試精度影響因素被測土體表面狀態(tài)是影響K30測試精度的主要因素之一 為此 對于水分揮發(fā)快的均粒砂 表面結(jié)硬殼 軟化 或其它原因表層擾動的土 必須下挖后試驗 下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi) 對被測面的要求及為了保證荷載板與測試面的良好密貼接觸可采用的處理方法 客運專線鐵路路基施工檢測 被測土體含水率對測試結(jié)果也起主要影響作用 根據(jù)室內(nèi)模擬試驗 說明K30值與含水率之間存在著類似于壓實度與含水率之間的關(guān)系 K30最大值時的含水率要低于壓實度的最佳含水率 而且隨著含水率的增加K30值將急劇下降 因此 平板荷載試驗宜在填料層壓實后2 4h內(nèi)進行試驗 主要是為了防止填層碾壓完成后 表層含水率的變化 而影響測試結(jié)果 此次對K30平板載荷試驗的有效深度未明確規(guī)定 但根據(jù)國內(nèi)外資料表明 試驗載荷所涉及深度約為荷載板直徑的1 5 2倍 因此 在實際試驗過程中應(yīng)加以注意 客運專線鐵路路基施工檢測 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得的 尚不能完全反映列車在動荷載作用下對路基的真實作用情況 隨著高速鐵路的出現(xiàn) 在高速列車動荷載作用下 路基表現(xiàn)為動態(tài)行為 產(chǎn)生動態(tài)變形 為保證列車的安全與正常運行 必須對路基的動變形加以控制 同時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態(tài)特性的指標(biāo) 動態(tài)變形模量 并于1997年用于高速鐵路路基的壓實檢測 日本也正在進行其研究 并準(zhǔn)備將其納入鐵路規(guī)范 客運專線鐵路路基施工檢測 動態(tài)檢測原理在被檢測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荷載 使填土面產(chǎn)生沉陷 通過測試沖擊動荷載的大小 板及板周圍一定范圍內(nèi)填土面的動變形 利用專用的信號采集及數(shù)據(jù)處理軟件 來求算路基土層的動模量 承載板的沉陷值越大 被測點的承載能力越小 動模量也越小 反之 越大 因此 動模量能反映該處的承載力 客運專線鐵路路基施工檢測 客運專線鐵路路基施工檢測 1 脫鉤裝置 2 落錘 3 導(dǎo)向桿4 阻尼裝置 5 荷載板 6 沉陷測定儀 客運專線鐵路路基施工檢測 動態(tài)平板載荷試驗是采用動態(tài)平板載荷試驗儀 來監(jiān)控檢測土體承載力指標(biāo) 動態(tài)變形模量Evd的試驗方法 測得的土體變形是由規(guī)定的動態(tài)沖擊荷載 產(chǎn)生的 試驗時 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 通過沉陷測定儀采集記錄下來 再通過平板壓力公式計算得出Evd值 MPa 客運專線鐵路路基施工檢測 式中 Evd 動態(tài)變形模量 MPa 計算至0 1MPa 荷載板半徑 mm 荷載板下的動應(yīng)力 MPa S 荷載板的沉陷值 mm 1 5 荷載板形狀影響系數(shù) 實際使用時簡化成 Evd 22 5 S 客運專線鐵路路基施工檢測 Evd試驗前的準(zhǔn)備平整測試面放置荷載板加載裝置在荷載板上就位用測量電纜將沉陷測定儀與荷載板連接松開搬運鎖 打開沉陷測定儀電源使導(dǎo)向桿保持垂直進行三次預(yù)沖擊連續(xù)三次沖擊測試顯示三次測試的沉陷值S1 S2 S3顯示三次平均沉陷值Sm和動態(tài)變形模量值Evd儲存并打印測試結(jié)果 Evd試驗前的準(zhǔn)備 客運專線鐵路路基施工檢測 不同檢測方法的工效及適用性核子儀法 灌水法檢測孔隙率n核子儀法檢測一個斷面 3個點 孔隙率n 從準(zhǔn)備工作起計時 一般1人需時間10 15min 灌水法現(xiàn)場2人則需時間2h左右 而且含水量測定還需回試驗室進行 人為操作誤差大 同時需要大量的烘烤設(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 客運專線鐵路路基施工檢測 地基系數(shù)K30檢測地基系數(shù)K30的檢測需要足夠的反力 也就是需工程機械 主要是汽車 配合 因此 在空間狹小的過渡段 測試元器件附近等部位就難以進行檢測 這是其不足之處 一般分體式地基系數(shù) 簡易K30 測試儀檢測1點需35 45min 2 3人配合 一體化數(shù)控地基系數(shù)檢測車檢測1點需20min左右 需2人配合 時間差異的主要原因是前者需人工記錄 計算并判定每級荷載穩(wěn)定與否 需時長 而后者通過計算機程序控制 需時短 但前者儀器購置費遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者 客運專線鐵路路基施工檢測 動態(tài)變形模量Evd檢測動態(tài)變形模量Evd體積小 只需兩個人就可將其運走 檢測一個點需2人配合 平均耗時為3 5min 其優(yōu)點是適合空間狹小的過渡段 測試元器件附近等部位 并且方便快捷 有利于提高整個施工進度 不足點是設(shè)備需從國外進口 國內(nèi)尚無維修站 合法計量標(biāo)定的單位 儀器的存儲量太小 一次只能存儲56個測點 一旦超過 之前的檢測數(shù)據(jù)將被后檢測的數(shù)據(jù)自動替換 另外國內(nèi)尚無一個明確的關(guān)于壓實度與Evd檢測的相關(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情況 客運專線鐵路路基施工檢測 客運專線鐵路路基的修建會遇到穩(wěn)定和變形問題 由于客運專線對構(gòu)筑物的變形要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般鐵路 并且客運專線路堤高度一般不大 穩(wěn)定問題并不突出 但對路基工后沉降的控制直接關(guān)系到養(yǎng)護工作和運行能力 工后沉降大 養(yǎng)護費用高 影響列車行駛速度 嚴(yán)重的將導(dǎo)致安全事故 因此 客運專線鐵路對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專線設(shè)計與施工面臨的一個關(guān)鍵技術(shù)問題 因此 對客運專線軟土路基沉降的準(zhǔn)確監(jiān)測 特別是有效的長期監(jiān)測對保證列車的快速 平穩(wěn)運行具有重要的現(xiàn)實意義 客運專線鐵路路基施工監(jiān)測 主要測試項目包括 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 觀測測試 通過測試 分析不同軟土地基加固方案中地基沉降隨時間 荷載的變化規(guī)律 客運專線鐵路路基施工監(jiān)測 路基施工監(jiān)測實例 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 客運專線鐵路路基施工監(jiān)測 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 客運專線鐵路路基施工監(jiān)測 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 客運專線鐵路路基施工監(jiān)測 軟土地區(qū)路基施工監(jiān)測實例 二 測試儀器布置 在測試斷面上埋設(shè)水平測斜儀 豎向測斜儀 分層沉降儀 孔隙水壓力計和鋼弦式土壓力盒 袋裝砂井及水泥攪拌樁處理斷面 測試儀器布置 在測試斷面上埋設(shè)水平測斜