铁路路基结构

第七章路基构造本章要求•了解路基工程的组成、性质和特点，路基排水•熟悉路基横断面的基本形式及与平、纵面的空间关系•重点掌握路基横断面设计的内容、原则和主要方法第一节路基工程的组成及特点路基工程的组成•路基本体直接铺设轨道结构并承受列车荷载的部分•防护加固建筑物含挡墙、护坡等•路基排水设施含排水沟、侧沟、天沟、排水槽、渗沟、暗沟等木枕线路横断面混凝土枕线路横断面路基工程的性质和特点：•性质：轨道的基础，是一种土工结构；•特点：1）路基由松散的土（石）材料组成；2）路基工程完全暴露在大自然中；其工程性质对自然条件的变化十分敏感，抵抗能力差3）路基同时受轨道静荷载和动荷载的作用；在荷载作用下，路基产生累积变形，土的强度降低，表现出疲劳的特性4）路基与轨道结构一起共同组成的线路结构是一种相对松散连结的结构形式，抵抗动荷载的能力弱第二节路基横断面一、路基横断面的基本形式路基横断面是指垂直于线路中心线截取的断面路堤半路堤路堑不填不挖路基半堤半堑半路堑路基设计：•路基横断面设计：确定横断面各部分的形状和尺寸。例如：路基面的形状和宽度、路基边坡的形状和坡度等。•路基工程综合设计：全面综合考虑路基工程在纵断面上的配合以及路基本体工程与其他各项工程的配合等。例如：路堤与路堑的过渡、纵向排水设计、挡土墙纵向设计等。二、路基横断面与线路平、纵面的空间关系路肩路基顶肩路基（路肩）高程路基中心高度路基边坡高度线路平面设计图线路纵断面设计图三、路基横断面构成及设计原则（一）路肩高程（二）路基面的形状（三）路基面的宽度（四）路基边坡（五）路基横断面的标准设计（一）路肩高程最小路肩高程=设计洪水位+波浪侵袭高度h1+雍水高度h2+0.5m。路肩设计高程在线路平纵断面设计时先已确定。设计洪水频率：Ⅰ、Ⅱ级1/100Ⅲ级1/50设计原则：避免水对路基的影响。（二）路基断面形状路基设计的重要原则：保证良好的排水条件。1.断面形状可分为有路拱和无路拱两种断面形式。路拱：当路堤或路堑的土质为非渗水性土时，路基面做成有横向排水坡的形状，称为路拱(三角形)。2.有路拱和无路拱地段的连接1）纵断面设计高程：按非渗水土质路基给出的路肩高程2）渗水土路基路肩高程=非渗水土质路基路肩高程+路拱高+道床厚度减少值3）无路拱路基在有路拱路基一侧的土质路基应向土质路基方向用渗水土作顺坡，顺坡长度一般不小于10m。（三）路基面的宽度加宽设计原则：保证路肩宽度。1.宽度标准：道床覆盖宽度+2×路肩宽度路肩作用：加强路基稳定、保障道床稳固、方便养修最小路肩宽度：I级铁路：路堤0.8m，路堑0.6m；影响因素：铁路等级、轨道类型、土质等。特殊情况下的单独设计。2.曲线路基加宽加宽原因：曲线外轨超高加宽值：根据超高计算而确定，一般查规范中的曲线路基加宽表，并在缓和曲线范围内递减。（四）路基边坡路基边坡设计：边坡形状和边坡坡度确定设计原则：保证边坡的稳定性。1.路堤边坡设计：根据填料种类、路堤边坡高度确定；一般可从规范的路堤边坡表中取值。2.路堑边坡设计:设计原则：根据土的物理力学性质，岩层产状、节理发育程度、风化程度、当地的工程地质条件和水文地质条件，结合自然的极限山坡和已成人工边坡的调查，并考虑将要采用的施工方法等因素，综合分析而定。设计方法:主要有力学计算法和工程地质法（五）路基横断面标准设计１.常见的路基标准横断面路基横断面的标准设计也称为路基标准横断面，根据有关的设计原则和规定而编制。仅适用于一般水文、地质条件，填挖高度不大的普通土质路基。（1）路堤标准横断面边坡高度不大于8m地面横坡为大于1：5而小于1：2.5的斜坡填方高度大于8m而小于20m时（2）路堑标准横断面粘性土路堑有侧沟平台路堑无侧沟路堑岩石路堑２.路基个别设计条件工程地质、水文地质条件复杂或路基边坡超过规范规定（见表7-2）修筑在陡坡上的路堤：指当填料或基底均为不易风化的岩石时，地面横坡等于或陡于1:2，其它情况的地面横坡等于或陡于1:2.5修筑特殊条件下的路基，如滑坡、软土、冻土、河滩、水库等有关路基的防护加固及改移河道工程采用大爆破或水力充填法施工的路基第三节路基排水水的危害是路基病害发生的重要原因之一。一、地面排水系统排水沟、侧沟、天沟二、地下水排水系统排水槽（明沟）、渗水暗沟、渗水隧洞、其它排水设施具体设计方法见路基工程设计技术手册第八章路基基床本章要求•熟悉路基荷载的含义、组成、标准荷载计算方法--换算土柱法基床结构形式•掌握基床的作用及其对路基的要求基床病害的类型、成因及主要整治措施第一节路基荷载•定义路基的荷载是指作用在路基面上的应力路基荷载静荷载：线路上部结构的重量作用在路基面上的应力动荷载：列车行驶时轮载力通过上部结构作用在路基面上的动应力一、静荷载——换算土柱法普通铁路路基设计时，计算中把静荷载和动荷载一并简化为静荷载处理，即换算土柱法1.列车（活）荷载标准--中荷载活载→轨道→路基面横断面分布宽度自轨枕底两端向下按45℃扩散角计算路基横断面设计理论：平面问题计算图示：沿线路纵向取一单位厚度荷载取值：按最不利情况计算，只考虑轴重，不考虑后面车辆部分的分布力。列车（活）荷载纵向分布强度：将轴重简化为纵向均匀分布的线荷载，并假定每个轴重的分布宽度等于轴距。分布强度：mkNq/67.1465.12202.换算土柱普通铁路路基设计中，路基荷载的简化假定：1）把列车（活）荷载作为静荷载2）把列车（活）荷载和轨道静荷载的总重P，简化为与路基同质的土柱，均布地作用在路基面上土柱的换算高度：路基土的容重计算按荷载扩散角土柱宽度45,0aaPh换算土柱——算例：路基土的容重计算按荷载扩散角土柱宽度45,0aaPh线路等级：Ⅰ轨道类型：次重型填土：非渗水土路拱高：0.15m路基面宽：7.1ma=3.5mh0=3.2m第三节路基基床结构一、基床的作用及对基床的要求基床是铁路路基最重要的关键部位。基床厚度：路基顶面以下3.0m范围（动力分析）基床的作用及对基床的要求：1.强度要求：足够的强度→抵抗动应力、碴压入2.刚度要求：塑性累积变形小→避免不均匀沉降、不平顺弹性变形小→满足高速行车的安全性和舒适性3.优良的排水性：防止雨水侵入软化和冻融等病害二、基床结构和材料结构可分两种：１.二层系统：传统的普通线路采用道床与土质基床直接相连的二层系统，称为土基床。土基床要求用优质填料填筑。２.多层系统在道床和路基之间设置一层过渡层，称路基保护层或垫层，又称基床表层，路盘或强化路盘（日）。实践表明：设置保护层是提高路基承载力、消除基床病害的重要措施。设计思想：严格控制下沉量，为轨道结构提供一个有足够刚度的基础。第四节基床病害及整治基床病害发生的主要原因：基床土质不良、水的侵入和列车动荷载同时作用的结果。基床病害类型：翻浆冒泥、下沉、挤出和冻害翻浆冒泥：发生于路基土质不符合要求的部位；下沉：因基床填筑密度不够和强度不足所致；挤出：主要因基床强度不足而产生剪切或塑性流动冻害：发生于寒冷地区。路堤塌滑二、基床病害整治整治措施：1.用砂垫层处理土质基床翻浆冒泥2.封闭层整治和防止泥质软岩路堑的翻浆冒泥3.基床改良承载能力不足4.应用土工合成材料土工格室（隔离道碴和基床）5.在路基表层采用隔温材料减少冻害发生6.加强排水、降低底下水位或毛细水处理道碴囊和减小深层冻害复习思考题7-1简述路基工程的组成、性质及特点。7-2何谓路基横断面？它有哪几种形式？7-3试绘图说明路基标准设计横断面。7-4简述路基边坡设计的内容、原则和方法。7-5路基个别设计条件？8-1简述路基荷载的组成及换算土柱法的基本原理。8-2什么叫路基基床？路基基床作用及要求？8-3路基基床结构可分为哪两种形式？8-4路基基床病害的主要原因？病害分类？成因？8-5简述路基基床病害的主要整治措施。