《路基工程》课件

西 南 交 通 大 学 科 技 学 院 申 爱 国二 八 年 十 月 第 三 篇 主 要 内 容 第 一 章 客 运 专 线 路 基 工 程 第 一 节 路 基 工 程 概 述 一 、 国 外 高 速 铁 路 路 基 工 程 特 点 二 、 我 国 铁 路 客 运 专 线 路 基 的 技 术 特 点 三 、 客 运 专 线 路 基 质 量 控 制 内 容 第 二 节 客 运 专 线 路 基 工 程 技 术 及 监 理 要 点 一 、 客 运 专 线 路 基 设 计 标 准 二 、 客 运 专 线 地 基 处 理 三 、 客 运 专 线 路 基 填 筑 四 、 客 运 专 线 路 基 工 程 质 量 控 制 要 点 和 方 法 第 一 节 路 基 工 程 概 述 一 、 国 外 高 速 铁 路 路 基 工 程 特 点 国 外 发 展 高 速 铁 路 的 国 家 主 要 有 法 国 、 日 本 、 德国 等 ， 这 些 国 家 都 制 定 了 较 高 的 路 基 技 术 标 准 和 严 格的 施 工 工 艺 ， 其 特 点 如 下 ： (1) 强 化 路 基 基 床 (2) 严 格 控 制 路 基 填 筑 标 准 (3) 严 格 控 制 轨 道 刚 度 (4) 加 强 路 基 防 排 水 措 施 ， 加 强 边 坡 和 灾 害 的 防 护 二 、 我 国 铁 路 客 运 专 线 路 基 的 技 术 特 点 路 基 基 床 表 层 是 由 级 配 碎 石 构 成 的 一 种 强 化 结 构 ， 直接 承 受 着 列 车 的 动 荷 载 ， 因 此 是 路 基 中 最 重 要 的 部 分 之 一。 秦 沈 线 首 次 在 基 床 表 层 采 用 了 60cm厚 的 级 配 碎 石 结 构 ，这 类 结 构 的 主 要 作 用 有 以 下 五 点 ： 增 强 线 路 强 度 ， 使 路基 更 加 坚 固 、 稳 定 ， 并 具 有 一 定 的 刚 度 ； 让 动 应 力 的 作用 均 匀 扩 散 到 基 床 面 上 ， 使 其 不 超 出 下 部 基 床 土 的 容 许 动强 度 ； 具 有 隔 离 作 用 ， 防 止 道 碴 压 入 基 床 ， 也 防 止 基 床土 进 入 道 碴 层 ； 防 止 雨 水 浸 入 使 基 床 软 化 ， 防 止 发 生 翻浆 冒 泥 等 基 床 病 害 ； 满 足 基 床 防 冻 等 特 殊 要 求 。 三 、 客 运 专 线 路 基 质 量 控 制 内 容(1)路 基 变 形(2)路 基 刚 度 的 均 匀 性(3)在 列 车 运 行 控 制 及 自 然 条 件 下 的 稳 定 性 第 二 节 客 运 专 线 路 基 工 程 技 术 及 监 理 要 点 一 、 客 运 专 线 路 基 设 计 标 准（ 一 ） 客 运 专 线 路 基 设 计 原 则 客 运 专 线 路 基 是 土 工 结 构 物 。 对 其 设 计 应 考 虑 路基 结 构 的 受 力 及 变 形 要 求 、 填 筑 材 料 类 型 的 要 求 、 结构 尺 寸 的 要 求 、 压 实 标 准 的 要 求 等 。 客 运 专 线 路 基 是轨 道 的 基 础 。 对 其 设 计 应 考 虑 路 基 结 构 应 保 证 足 够 刚度 、 稳 定 和 平 顺 性 要 求 ， 即 应 考 虑 路 基 表 层 刚 度 、 工后 沉 降 控 制 、 路 桥 过 渡 处 理 等 。 因 此 ， 路 基 施 工 基 本原 则 要 注 意 以 下 几 点 ： 1、 路 基 填 筑 材 料 方 面 的 要 求 对 路 基 不 同 结 构 部 位 填 筑 材 料 的 要 求 ， 如 级 配 碎石 、 A、 B、 C组 土 及 改 良 土 等 。 2、 对 于 路 基 压 实 方 面 的 标 准 对 路 基 不 同 结 构 部 位 的 填 筑 材 料 提 出 的 压 实 标 准， 如 压 实 度 K、 基 床 系 数 K30、 孔 隙 率 n及 动 刚 度 值 等 。 3.路 基 工 后 沉 降 为 了 满 足 高 速 铁 路 设 计 速 度 的 要 求 ， 必 须 严 格 控 制路 基 的 工 后 沉 降 量 。 有 碴 轨 道 路 基 工 后 沉 降 量 一 般 地 段不 大 于 5cm， 工 后 沉 降 速 率 应 小 于 2cm/年 。 4、 过 渡 段 的 沉 降 要 求 桥 台 与 台 尾 路 堤 的 沉 降 不 同 ， 将 造 成 轨 道 不 平 顺 ，导 致 轮 轨 动 力 作 用 加 剧 ， 因 而 影 响 轨 道 结 构 的 稳 定 ， 影响 列 车 高 速 、 安 全 、 舒 适 运 行 ， 因 此 对 台 尾 过 渡 段 工 后沉 降 量 控 制 较 一 般 地 段 更 为 严 格 ， 要 求 工 后 沉 降 量 不 大于 3cm。 5、 对 于 无 碴 轨 道 路 基 工 后 沉 降 量 的 要 求 规 范 要 求 一 般 地 段 不 大 于 15mm。 客 运 专 线 地 基 处 理 主 要 采 用 的 方 法 有 ： （ 一 ） 排 水 固 结 法 ： 塑 料 排 水 板 、 袋 装 砂 井 （ 二 ） 挤 密 桩 复 合 地 基 ： 砂 桩 、 碎 石 桩 （ 三 ） 半 刚 性 桩 复 合 地 基 ： 粉 喷 桩 、 搅 拌 桩 、 旋 喷 桩 （ 四 ） CFG桩 （ 五 ） 混 凝 土 打 入 桩 （ 六 ） 强 夯 （ 七 ） 灰 土 挤 密 桩 二 、 客 运 专 线 地 基 处 理 （ 一 ） 排 水 固 结 法 ： 塑 料 排 水 板 、 袋 装 砂 井 软 土 地 基 存 在 压 缩 性 大 、 地 基 强 度 低 、 受 荷 后 变 形大 、 路 基 下 沉 量 大 等 问 题 ， 极 易 引 起 路 基 失 稳 ， 造 成 工程 事 故 。 应 用 塑 料 排 水 板 或 砂 井 对 软 土 地 基 进 行 处 理 ，可 使 被 加 固 土 体 中 的 孔 隙 水 排 出 ， 加 快 软 土 地 基 的 固 结速 度 ， 有 效 应 力 增 加 ， 土 体 中 孔 隙 体 积 减 少 ， 密 实 度 加大 ， 土 体 强 度 得 到 提 高 ， 地 基 承 载 力 也 得 到 提 高 。 排 水 固 结 法 ： （ 1） 排 水 系 统 ； （ 2） 加 压 系 统 。 （ 一 ） 排 水 固 结 法 ： 1-塑 料 排 水 板 （ 一 ） 排 水 固 结 法 ： 2-袋 装 沙 井 （ 二 ） 挤 密 桩 复 合 地 基 ： 砂 桩 、 碎 石 桩 采 用 挤 密 桩 改 良 地 基 ， 形 成 施 工 复 合 地基 ， 挤 密 桩 主 要 包 含 砂 桩 和 碎 石 桩 。 （ 二 ） 挤 密 桩 复 合 地 基（ 1） 砂 挤 密 桩 （ 2） 碎 石 桩 施 工 现 场 （ 三 ） 半 刚 性 桩 复 合 地 基 旋 喷 桩 、 粉 喷 桩 、 搅 拌 桩 这 种 地 基 处 理 方 法 的 特 点 是 ： 旋 转 钻 进 ， 同 时 将固 结 强 化 材 料 （ 粉 状 或 液 态 ） 与 钻 孔 内 的 土 进 行 充 分结 合 （ 高 压 喷 射 复 合 或 搅 拌 复 合 ） ， 待 凝 结 固 化 之 后， 形 成 强 度 很 高 的 半 刚 性 复 合 地 基 。 固 结 强 化 材 料 与 土 复 合 的 方 法 主 要 有 ： 分 喷 、 搅拌 、 旋 喷 。 旋 喷 桩 ： 旋 喷 桩 是 利 用 钻 机 将 旋 喷 注 浆 管 及 喷 头 钻 置于 桩 底 设 计 高 程 ， 将 预 先 配 制 好 的 浆 液 通 过 高 压 发 生 装 置使 液 流 获 得 巨 大 能 量 后 ， 从 注 浆 管 边 的 喷 嘴 中 高 速 喷 射 出来 ， 形 成 一 股 能 量 高 度 集 中 的 液 流 ， 直 接 破 坏 土 体 ， 喷 射过 程 中 ， 钻 杆 边 旋 转 边 提 升 ， 使 浆 液 与 土 体 充 分 搅 拌 混 合， 在 土 中 形 成 一 定 直 径 的 柱 状 固 结 体 ， 从 而 使 地 基 达 到 加固 。 施 工 中 一 般 分 为 两 个 工 作 流 程 ， 即 先 钻 后 喷 ， 再 下 钻喷 射 ， 然 后 提 升 搅 拌 ， 保 证 每 米 桩 浆 液 的 含 量 和 质 量 。（ 1） 旋 喷 桩 粉 喷 桩 ： 粉 喷 桩 属 于 深 层 搅 拌 法 加 固 地 基 方 法 的 一 种形 式 ， 也 叫 加 固 土 桩 。 深 层 搅 拌 法 是 加 固 饱 和 软 粘 土 地 基的 一 种 新 颖 方 法 ， 它 是 利 用 水 泥 、 石 灰 等 材 料 作 为 固 化 剂的 主 剂 ， 通 过 特 制 的 搅 拌 机 械 就 地 将 软 土 和 固 化 剂 (浆 液 状和 粉 体 状 )强 制 搅 拌 ， 利 用 固 化 剂 和 软 土 之 间 所 产 生 的 一 系列 物 理 一 化 学 反 应 ， 使 软 土 硬 结 成 具 有 整 体 性 、 水 稳 性 和一 定 强 度 的 优 质 地 基 。 粉 喷 桩 最 适 合 于 加 固 淤 泥 、 淤 泥 质土 、 粉 土 和 含 水 量 较 高 的 粘 性 土 。（ 2） 粉 喷 桩 搅 拌 桩 ： 类 似 于 粉 喷 桩 ， 但 固 结 材 料 主 要 选 用 水 泥 。通 过 特 制 的 搅 拌 机 械 ， 在 地 基 深 处 将 软 土 和 固 化 剂 强 制 搅拌 ， 利 用 固 化 剂 和 软 土 之 间 所 产 生 的 一 系 列 物 理 化 学 反 应， 使 软 土 硬 结 成 具 有 整 体 性 、 水 稳 定 性 和 一 定 强 度 的 优 质地 基 。 由 于 水 泥 掺 量 少 ， 并 且 是 在 含 水 土 体 的 围 绕 下 进 行反 应 ， 硬 化 速 度 较 慢 。 在 硬 化 过 程 中 ， 水 泥 通 过 逐 步 的 水解 和 水 化 过 程 发 生 凝 硬 反 应 ， 从 而 使 水 泥 土 土 体 强 度 大 大提 高 。 （ 3） 搅 拌 桩 （ 1） 旋 喷 桩 施 工 过 程 （ 2） 粉 喷 桩 施 工 过 程 （ 3） 搅 拌 桩 施 工 过 程 （ 四 ） CFG桩 CFG分 别 代 表 水 泥 、 粉 煤 灰 与 碎 石 。 CFG桩 是 在 碎 石 桩基 础 上 发 展 起 来 的 一 种 地 基 处 理 技 术 。 由 于 利 用 粉 煤 灰 代替 部 分 水 泥 ， 大 大 降 低 了 成 本 又 增 加 了 桩 身 后 期 强 度 。 CFG桩 改 善 了 碎 石 桩 的 刚 性 ， 不 仅 能 发 挥 全 桩 的 侧 阻作 用 ， 同 时 也 能 发 挥 其 端 阻 作 用 。 通 过 柔 性 褥 垫 层 的 设 置， 使 CFG桩 复 合 地 基 沉 降 均 匀 ， 因 而 有 较 高 的 承 载 力 ,是 加固 软 土 地 基 最 经 济 、 适 用 、 快 速 、 可 靠 的 一 种 新 型 灌 注 桩， 因 此 得 以 广 泛 采 用 ， 并 取 得 良 好 的 经 济 和 社 会 效 益 。 （ 五 ） 混 凝 土 打 入 桩 顾 名 思 义 ， 将 预 制 好 的 钢 筋 混 凝 土 桩 采 用 锤 击或 振 动 方 式 强 行 打 入 地 基 ， 形 成 复 合 地 基 。 桩 的 受力 方 式 有 ： 端 承 式 、 摩 擦 式 、 复 合 式 。 （ 六 ） 强 夯 采 用 强 夯 法 ， 边 夯 边 填 碎 石 在 地 基 中 形 成 碎 石 墩 。由 碎 石 墩 、 墩 间 土 以 及 上 部 碎 石 垫 层 组 成 的 复 合 地 基 称 为强 夯 置 换 碎 石 墩 复 合 地 基 。 强 夯 法 适 用 于 处 理 碎 石 土 、 砂土 、 低 饱 和 度 的 粉 土 与 黏 性 土 、 湿 陷 性 黄 土 、 杂 填 土 和 素填 土 等 地 基 。 郑 西 客 运 专 线 对 地 基 处 理 深 度 为 6米 的 湿 陷性 黄 土 采 用 单 击 夯 击 能 为 3000 4000 KNm的 强 夯 法 进 行处 理 。 （ 六 ） 强 夯 垫 层 软 土持 力 层墩 体 强 夯 设 置 的 碎 石 墩 是 一 种 散 体 材 料 桩 ， 在 强 度 提 高的 同 时 ， 为 桩 间 土 提 供 了 排 水 通 道 ， 有 利 于 地 基 土 的 固结 。 墩 体 上 设 置 垫 层 的 主 要 作 用 是 使 墩 体 与 地 基 共 同 发挥 承 载 作 用 ， 并 有 排 水 作 用 ， 因 此 工 后 沉 降 也 较 大 。 （ 七 ） 灰 土 挤 密 桩 灰 土 挤 密 桩 法 是 以 提 高 地 基 土 的 承 载 力 或 增 强 其 水稳 性 为 主 要 目 的 。 灰 土 挤 密 桩 法 适 用 于 处 理 地 下 水 位 以上 的 湿 陷 性 黄 土 、 素 填 土 和 杂 填 土 等 地 基 ， 可 处 理 地 基的 深 度 为 5 15 。 当 地 基 土 的 含 水 量 大 于 25 、 饱 和 度大 于 65 时 ， 不 宜 选 用 灰 土 挤 密 桩 法 。 实 施 时 ， 桩 孔 直径 宜 为 300 450mm， 成 孔 可 采 用 挤 密 成 孔 或 机 械 陶 土 的方 式 。 桩 孔 宜 按 等 边 三 角 形 布 置 ， 桩 孔 之 间 的 中 心 距 离可 为 孔 径 的 2.0 2.5倍 ， 灰 土 挤 密 桩 施 工 过 程 路 基 类 型 ： 填 方 路 基 、 挖 方 路 基 、 半 挖 半 填 路 基 、 过 渡 段 路 基路 基 结 构 基 本 构 成 基 床 表 层 、 基 床 底 层 、 路 堤 本 体路 基 填 筑 常 用 材 料 ： A、 B填 料 、 级 配 碎 石 、 改 良 土 、 合 成 材 料 等三 、 客 运 专 线 路 基 填 筑 类 型 1： 填 方 路 基 及 结 构 类 型 2： 挖 方 路 基 及 结 构 类 型 3： 台 背 涵 背 路 基 过 渡 段 及 结 构 类 型 3： 台 背 涵 背 路 基 过 渡 段 及 结 构 路 基 填 筑 质 量 控 制 按 照 以 下 五 个 方 面 进 行 掌 握 ：（ 一 ） 基 床 以 下 及 基 床 底 层 填 筑（ 二 ） 基 床 表 层 填 筑（ 三 ） 过 渡 段 填 筑（ 四 ） 改 良 土 填 筑（ 五 ） 土 工 合 成 材 料 应 用 （ 1） 控 制 好 施 工 所 用 的 级 配 碎 石 材 料 、 摊 铺 碾 压 机 械 、使 施 工 人 员 熟 悉 施 工 工 艺 。（ 2） 压 实 控 制 用 核 子 密 度 仪 或 灌 砂 法 、 动 模 量 检 测 仪 、K30试 验 仪 等 ， 检 测 级 配 碎 石 压 时 后 的 孔 隙 率 n、 Evd、Ev2和 K30值 等 。（ 3） 现 场 在 结 构 物 上 做 标 志 控 制 填 筑 层 厚 。（ 4） 过 渡 段 与 相 邻 的 路 堤 和 锥 坡 应 按 水 平 分 层 摊 铺 ，并 同 时 填 筑 。 （ 三 ） 关 于 过 渡 段 填 筑 的 质 量 控 制 要 点 对 于 路 堤 下 部 及 基 床 底 层 可 用 水 泥 或 石 灰 改 良 土进 行 填 筑 。 规 范 要 求 ： 路 基 基 床 底 层 必 须 用 场 拌 改 良 土 施 工 ，基 床 底 层 以 下 可 以 采 用 路 拌 改 良 土 施 工 。（ 四 ） 关 于 改 良 土 填 筑 的 质 量 控 制 要 点 关 于 路 基 填 筑 材 料 的 类 型 路 基 不 同 结 构 部 位 的 填 筑 材 料 是 不 同的 ， 常 用 到 的 填 料 主 要 包 括 级 配 碎 石 、 A、B、 C组 土 及 改 良 土 等 。 A组 -优 质 填 料 包 括 硬 块 石 ， 级 配 良 好 和 细 粒 土 含 量 小 于15%的 漂 石 土 、 卵 石 土 、 碎 石 土 、 圆 砾 土 、 角砾 土 、 砾 砂 、 粗 砂 、 中 砂 。 B组 -良 好 集 料 包 括 不 易 风 化 的 软 块 石 （ 胶 结 物 为 硅 质 或 钙质 ） ， 级 配 不 良 的 漂 石 土 、 卵 石 土 、 碎 石 土 、圆 砾 土 、 角 砾 土 、 砾 砂 、 粗 砂 、 中 砂 、 细 粒 土含 量 在 15%30%的 漂 石 土 、 卵 石 土 、 碎 石 土 、圆 砾 土 、 角 砾 土 和 细 砂 、 黏 砂 、 砂 粉 土 、 砂 黏土 。 C组 -一 般 填 料 包 括 易 风 化 的 软 块 石 （ 胶 结 物 为 泥质 ） ， 细 粒 土 含 量 在 30%以 上 的 漂 石 土 、卵 石 土 、 碎 石 土 、 圆 砾 土 、 角 砾 土 和 粉砂 、 粉 土 、 黏 粉 土 。 D组 -不 易 使 用 的 差 质 填 料 包 括 强 风 化 及 全 风 化 的 软 块 石 、 黏粉 土 和 黏 土 。 A、 B类 填 A、 B类 填 料 实 际 就 是 含 有 A类 和 B类 填料 的 一 种 混 合 填 料 。 通 常 情 况 下 ， 这 类 填料 并 不 是 人 工 拌 合 而 成 的 ， 是 自 然 存 在 的 。 四 、 客 运 专 线 路 基 工 程 质 量 控 制 要 点 和 方 法（ 1） 质 量 控 制 要 点1） 地 基 的 地 质 勘 探 ；2） 填 料 的 物 理 、 化 学 及 抗 蚀 变 性 分 析 ；3） 地 基 或 填 筑 分 层 土 体 承 载 能 力 检 测 ；4） 路 堤 沉 降 和 水 平 位 移 观 测 ；5） 路 堤 压 实 指 标 和 均 匀 程 度 检 测 ；6） 过 渡 段 。 （ 2） 控 制 方 法 1） 测 量 指 标 控 制 基 床 系 数 K30 孔 隙 率 n 动 刚 度 值 EVD 压 实 系 数 K 2） 测 量 分 析 控 制 建 立 沉 降 、 水 平 位 移 综 合 观 测 体 系 （ 变 形 观 测 ）， 对 获 取 数 据 进 行 统 计 分 析 并 通 过 数 学 模 型 做 出 合 理预 测 。 3） 动 态 实 时 监 控 利 用 面 式 覆 盖 动 态 压 实 质 量 控 制 系 统 (FDVK)时 、有 助 于 作 业 人 员 实 时 、 连 续 监 控 压 实 质 量 (德 国 、 法国 较 普 遍 采 用 )。 基 床 系 数 K30的 测 试 方 法 K30 试 验 原 理 ： 在 地 基 土 上 用 直 径 30cm的 刚 性荷 载 板 上 垂 直 分 级 加 荷 ， 测 得 下 沉 量 S与 荷 载 强 度P的 关 系 曲 线 ， 取 1.25mm下 沉 量 S1.25 对 应 的 荷 载强 度 P1.25, 计 算 K30值 ， 即 地 基 系 数 ： 25.1 25.130 SPK 基 床 系 数 K30的 测 试 方 法 正 在 做 K30试 验 客 运 专 线 路 基 填 筑 正 在 填 土 . 客 运 专 线 路 基 填 筑 正 在 用 摊 铺 机 进 行 摊 铺 与 平 整 . 客 运 专 线 路 基 填 筑 正 在 进 行 碾 压 . 不 合 格 的 基 床 地 层 填 料