第二章 路基设计第三节 路基基床w一、基床的概念 基床是指路基上部承受轨道、列车动力作用，并受水文气候变化影响而规定的一定深度。基床的状态直接影响列车的运行平稳和速度的提高。w对基床的要求：1）强度要求：足够的强度抵抗列车荷载，抵抗道砟压入基床。2）刚度要求：在列车荷载的重复作用下，塑性累积变形药效，避免形成过大的不均匀下沉。3）优良的排水性：防止雨水侵入软化和冻融等危害。4）路堤基床为渗水土，而其下部为非渗水土，非渗水土顶面设4%横向排水坡。渗水土渗水土非渗水土非渗水土非渗水土非渗水土渗水土渗水土垫层垫层中砂、中砂、粗粗砂、砾石砂、砾石非渗水土非渗水土大卵石大卵石或块石或块石渗水土渗水土非渗水土非渗水土二、二、基底填料分类及选用基底填料分类及选用(1)填料根据性质及适应性归纳为A A、B B、C C、D D、E E五个组。五个组。 A A组：优质填料：硬块石、级配良好的漂石土、卵石土、碎石土、砾砂等组：优质填料：硬块石、级配良好的漂石土、卵石土、碎石土、砾砂等 B B组：良好填料：不易风化的软块石、级配不良的漂石土、碎石土等组：良好填料：不易风化的软块石、级配不良的漂石土、碎石土等 C C组：一般填料：易风化的软块石，细粒土含量在组：一般填料：易风化的软块石，细粒土含量在30%30%以上的漂石土、卵以上的漂石土、卵石土、碎石土石土、碎石土 D D组：不宜使用的差质填料，包括强风化及全风化的软块石、黏土组：不宜使用的差质填料，包括强风化及全风化的软块石、黏土 E E 组是严禁采用的填料组是严禁采用的填料, ,包括有机土包括有机土. . (2) 路堤基床以下部分路堤基床以下部分宜选用选用A A、B B、C C组组填料。(3) 路堤浸水部分宜选用渗水土填料。(4) 使用不同填料填筑路堤不同填料填筑路堤时，应分层填筑应分层填筑，每一水平层应采用同一种填料每一水平层应采用同一种填料填筑填筑。(5) 陡坡地段的半填半挖路基时，应将自线路中心靠山坡一侧宽度不小于2米、路基面下1.2米范围内的土予以挖除换填。三、基床表层填料设计（1） 国内外常用基床表层材料A 级配砂砾石、级配碎石；（我国高速铁路材料）B级配矿物颗粒材料和各种结合料稳定土路堤基床表层路堤基床表层填料的选用应符合下列要求：填料的选用应符合下列要求：级铁路应选用级铁路应选用A组填料（砂类土组填料（砂类土除外），当缺乏除外），当缺乏A组填料时，经经济比选后可采用级配碎石或级配砂砾石；组填料时，经经济比选后可采用级配碎石或级配砂砾石；级级铁路应优先选用铁路应优先选用A组填料，其次为组填料，其次为B组填料。对不符合要求的填料，应采取土质改组填料。对不符合要求的填料，应采取土质改良或加固措施。良或加固措施。路堤基床底层路堤基床底层填料的选用应符合下列要求：填料的选用应符合下列要求：级铁路应选用级铁路应选用A、B组填料，否组填料，否则应采取土质改良或加固措施。则应采取土质改良或加固措施。级铁路可选用级铁路可选用A、B、C组填料。当采用组填料。当采用C组填组填料时，在年平均降水量大于料时，在年平均降水量大于500mm地区，其塑性指数不得大于地区，其塑性指数不得大于12，液限不得大于，液限不得大于32%，否则应采取土质改良或加固措施。，否则应采取土质改良或加固措施。路堑基床表层路堑基床表层：对于：对于级铁路如果土质不满足填料要求，应进行换填处理；对级铁路如果土质不满足填料要求，应进行换填处理；对于于级铁路如不满足填料要求应进行换填或土质改良。级铁路如不满足填料要求应进行换填或土质改良。路堑基床底层路堑基床底层：如不满足要求，应进行加固处理。：如不满足要求，应进行加固处理。四、基床表层压实标准（1） 基床表层结构（两层结构）A 上层：较薄，大多为0.20.3m，变形模量高，渗透系数小，颗粒耐磨性高,选用砂石料为石英质母岩B 下层：作用偏重于保护，颗粒粒径与基床底层填料匹配（2） K30、n、EVD人工土质改良人工土质改良土质改良实质上是通过改变土的成分和结构，达到改善性质的目的。 以达到工程活动目的的措施。 根据对土体处理的方式，可将人工土质改良方法概括为 4类：机械致密。对土体施加一定的静力或动力，增加土的密实程度，从而降低其可压缩性和提高其抗破坏性。机械致密的方法和工具有多种，分为静力法和动力法。前者（预压和碾压）主要适用于粘性土，而后者（振冲、爆炸、压密桩等）一般只对无粘性土有效。但属于冲击压密的夯实法对浅层粘性土的增密是有效的方法，而在碾压机上附加振动器，则同时具有静压和振动两种作用，对无粘性土的压密可以获得良好的效果。排水。将高含水率土中的水排出以改善粘性土的稠度状态，从而降低其可压缩性和提高其强度；或者排出饱和无粘性土中的水以提高其强度或使其在松动作用下不致发生液化。一般采用排水沟、井、廊道或矿井等构筑物使土中的水渗出后集中排除。对于粘土，也可利用电渗原理加快其排水过程。掺加材料。将某些材料加进土中，使其成为土的一种成分，以降低土的透水性和提高其力学性能。按照掺加方式，这种方法可分为掺合和灌注两类。掺合法是将一定数量的固体物质（常用的有石灰、水泥、沥青等）拌入土中。根据需要掺入一定粒径的土料使其在干、湿季节都能保持相对最佳性能，称之为最优级配的土。由于掺合方法只能处理浅部土体，因而多用于改善粘性土或砂土组成的路面或路基。灌注是通过钻孔在一定的压力下将某些物质（如粘土、水泥、沥青、水玻璃等）的浆液灌入土中，浆液凝固后便起充填孔隙和胶结颗粒的作用。这种方法对于降低土的透水性效果良好；土力学性能的提高程度，随材料的不同而异。此法用于处理较深部的无粘性土体。冻结。降低土的温度，使孔隙中的水冻结，借以提高土的强度和降低透水性。在建筑物基坑开挖和隧道施工中，此方法对于防止流沙或地下水流入施工场所甚为有效。 各种土质改良方法的效果，适用范围以及成本和技术条件等方面各不相同，应根据工程建设的要求，土的类型，场地的水文地质条件（对灌注法、冻结法尤其重要），以及技术可能性和经济合理性进行选择。 w土中孔隙体积于土的固体颗粒实体体积的比称为土的孔隙比 e.wE用小数表示，同一类土，孔隙比越小，土越密实，孔隙比越大，土越松散。E可能大于1。w土中孔隙体积于土体的总体积的比称为土的孔隙率n。w孔隙率恒小于1.一般粗粒土孔隙率小，细粒土的孔隙率大。砂类土的孔隙率为28%-35%，粘性土的孔隙率有时高达60%-70%w地基系数K30是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小。它是用直径为300mm 的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力位移（s）曲线上s 为1.25mm 所对应的荷载，按K30=s1.25计算得出，单位:MPa/m。 压实系数指工地试样的干密度与由击实实验得到的试样的最大干密度的比值K。路基的压实质量以施工压实度K（%）表示。 路堤、路堑和路堤基层均应进行压实。 压实土基的意义：研究表明，压实土基的作用在于提高土体的密实度，降低土体的透水性，减小毛细水的上升高度，以防止水分积聚和侵蚀而导致土基软化，或因浆胀而引起不均匀变形。 压实原理：利用机械的方法来改变土的结构，以达到提高土基强度和稳定性的目的。 影响土基压实度的内在因素主要是含水量和土的性质，外在因素有压实功能，压实工具以及方法等。 砂土类的相对密度： 砂土最疏松状态的孔隙比和天然孔隙比之差与砂土最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值。 静力触探的基本原理就是用准静力（相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载）将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。 五、 基床以下填料要求1、三个基本要求1）在列车和路堤自重作用下，路堤能保持长期稳定；2） 路堤本体的压缩沉降能很快完成；3）力学特性不会受其他因素影响而发生不利于路堤稳定的变化。减少工后沉降，增加安全，避免病害（A、B组填料）2、 选用优质填料的优点：3） 基床以下路堤填料压实标准1.填土压实系数：和路堤自然压缩量关系密切；填土的水稳性性相关。 路堤高度大于3m情况 路堤高度小于3m情况 2. 路堤不同高度填土压实系数六、基床结构w基床结构基本上可分为二层系统、多层系统或强化的基床结构两种型式w传统的普速线路多为道床与土质基床直接相连的二层系统，称为土基床w在道床与土路基之间设置一层路基保护层或垫层的基床结构称为多层系统或强化的基床结构 w多层系统中的路基保护层或垫层可以有效地防治基床病害w德国和法国高速铁路路基基床的保护层厚度为2530cm，日本高速铁路板式轨道有30cm厚的保护层，其中表面为5cm厚的沥青混凝土或水硬性高炉矿碴碎石日本强化基床表层结构图 表32 日本新干线强化基床表层的厚度路基保护层（PSS)、防冻层(FSS)、填筑路堤层、地基过渡层。 w路基保护层的最小厚度要求为0.20 m；w防冻层要求为粗粒土，主要起防冻和性能过渡的作用；w垫层厚度与路基种类和路基表面应力有关。当路基的质量不良时，路基垫层的厚度应大于60 cm；当路基状态良好时，路基垫层的厚度约需35 cm。另外，垫层的最小厚度还应根据路基等级、运量、轴重和养护情况综合确定。我国高速铁路路基结构形式w w基床表层的级配砂砾石和级配碎石必须严格控制基床表层的级配砂砾石和级配碎石必须严格控制其细集料的液限和塑性指数，亦即严格控制其细集料的液限和塑性指数，亦即严格控制0.5mm0.5mm以下细粒土的含量，如果细粒土含量过高，以下细粒土的含量，如果细粒土含量过高，将使塑性指数增大，降低集料的强度和刚度，水将使塑性指数增大，降低集料的强度和刚度，水稳性也差。稳性也差。w w为防止道碴嵌入及防止基床底层颗粒进入基床表为防止道碴嵌入及防止基床底层颗粒进入基床表层，不同材料之间的级配必须满足太沙基的反滤层，不同材料之间的级配必须满足太沙基的反滤准则，即（为粗粒土颗粒级配曲线上相应于准则，即（为粗粒土颗粒级配曲线上相应于1515含量的粒径，为细粒土颗粒级配曲线上相应于含量的粒径，为细粒土颗粒级配曲线上相应于8585含量的粒径）。含量的粒径）。w w当与下部填土不能满足此项要求时，基床表层应当与下部填土不能满足此项要求时，基床表层应采用颗粒级配不同的双层结构，或在基床底层表采用颗粒级配不同的双层结构，或在基床底层表面铺设土工合成材料。但当下部填土为改良土时，面铺设土工合成材料。但当下部填土为改良土时，可不受此项规定的限制。可不受此项规定的限制。表层厚度与无碴轨道的混凝土支承层或混凝土底座的总厚度不应小于0.7m，底层厚度为2.3m。混凝土支承层或混凝土底座以外的路基面应设防排水层，采用厚510cm沥青混凝土或C25混凝土 第五节 路基填料和压实标准w w构成路基的土常按颗粒大小分为细粒土、粗粒土构成路基的土常按颗粒大小分为细粒土、粗粒土和岩质土和岩质土w w有时也按土的渗水性把它们区分为渗水土和非渗有时也按土的渗水性把它们区分为渗水土和非渗水土水土w w在路基工程中，常依据土在压实后的工程性质能在路基工程中，常依据土在压实后的工程性质能否满足要求而分为否满足要求而分为A A、B B、C C、D D、E E五组五组 一 路基填料及分类第一节第一节路基的病害和设计要求路基的病害和设计要求一、路基常见病害类型 1剥落和溜方 2崩塌 3坍塌 4滑坡 5滑移 6沉落 7沉陷 8冻胀与翻浆 下沉主要因道床填筑密度不够和强度不足所致。列车振动将道碴压入基床内，形成道碴袋或道砟囊，引起线路下沉这种现象继续发展可能导致路堤坍滑 路堤坍滑 挤出（路肩剪切挤起）主要因基床强度不足而产生剪切破坏或塑性流动常见的现象有路肩隆起，侧沟被挤等 侧沟被挤 冻害w冻害发生于寒冷地区，如路基土为透水性较差的细粒土，当含水量较高或基面积水，在冻结过程中，土中水重新分布和聚集形成冰块，引起不均匀的冻胀现象。冰块融化又引起不均匀下沉。在地下水较高地段，地下水通过毛细管作用而不断向上转移补给，使冻胀量增大，持续时间延长。 二、路基病害原因的一般分析内部原因 ：路基的岩土性质和地质构造。岩层倾向临空面，则容易产生顺层滑坡或崩塌（当岩体破碎时）；反之，则较稳定,如下图所示：a) 倾向路线稳定性较差；b) 背向路线稳定性较好外部因素 ：水的侵蚀作用 ，气温、地形、地震和荷载等 。w 实际上路基的各种病害与变形，通常都是在上述各种因素的综合作用下产生的。 三、基床病害整治w1、用砂垫层：适用翻浆，将道砟和基床隔离w2、封闭层：基床表面铺一层不透水的掺和土或其他材料，防止地面水渗入引起基床表层土软化。w3、基床改良：微型桩、置换等改良基床措施w4、应用土工合成材料：土工格室结构w5、为了减少冻害，采用隔温材料：炉渣、聚苯乙烯泡沫材料等填筑。w6、加强排水：降低地下水或毛细水。聚乙烯软板封闭层 基床改良 由于基床承载力不足而出现下沉挤出现象时，应根据具体情况采取灌浆、微型桩、置换等改良基床的措施。 换填整治基床病害挖除道碴槽回填卵石横向盲沟 为了减小冻害发生，可在基床表层采用隔温材料，如炉渣、聚苯已烯泡沫材料、泡沫砖等填筑，保温层的厚度取决于当地冻结深度和材料的导热系数。 土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和玻纤聚酯土工格栅四大类。