《路基病害处理》PPT课件

排水设施 路面唧泥 由于排水不良造成公路破坏 砂泥岩高边坡滑坡 公路强度降低 边沟 梯形边沟 优美的碟形边沟 植草的碟形水沟 挖方坡顶的截水沟 将截水沟的水引下来 跌水 急流槽 山区公路的排水系统 山区排水 平曲线路段的边沟 坡面排水系统 渗沟布置图例地下排水设施 接头连接横向排水管排水 一、基床病害的类型道碴袋或道碴囊翻浆冒泥下沉外挤冻害 1、翻浆冒泥基床翻浆冒泥是指基面土（厚度小于0.5m）受水浸湿软化并在列车动力作用下，泥化的土以泥浆的形态向道床或通过道床向外翻冒挤出的现象，多发生于粉粒、粘粒含量高、透水性差、亲水性强、遇水易软化的粘性土及易风化的泥质软岩和裂隙发育地段。 2、下沉外挤 道碴囊或道碴袋 道碴袋和道碴囊路基路肩剪切挤起 3、冻害基床冻害发生于寒冷地区。冻害的形成与冻融过程中土基水热状况的周期性变化密切相关。 基床病害整治方法抬道基床换填挤密桩铺设土工膜封闭层土工格室排水基床冻害处理 (1)抬道抬道可使基床与原基面之间增加一层厚度等于抬道量的碎石层，将上部传来的荷载扩散，使作用在原基面的应力降低到能承受的水平，并增加基床刚度、减少基床所受动荷载时的弹性变形。提速工程中，抬道处理是最经济可靠的方法。 基床换填对于下沉外挤或深陷槽（道碴囊）病害的软弱基床，可采用基床表层换填方法，换填厚度视软弱层厚度而定，一般为50～60cm，换填材料应为级配良好的碎石土或中粗砂，也可对原基床土进行改良形成改良土。 换填整治基床病害图1基床表层换填 换填不仅提高了基床表层强度，还可防治翻浆冒泥病害。据研究，换填厚度50cm或以上时，可消除因土质不良引起的翻浆冒泥。若换填为碎石土或中粗砂等渗水土时，须做好基床的横向排水。通常的做法是在换填层的底部设好横向排水坡，在换填层与干砌片石路肩之间设置干砌片石反滤层，路堑地段侧沟必要时需加深改造。 采用换填法时要保证层变处设置可靠的隔离层，避免形成道碴囊。换填法的缺点是施工强度大，对既有线运营干扰大。 挤密桩近年来，由于铁路线上列车间隔时间不断减小，扣轨慢行和封锁线路对运营线的干扰，必须发展在运营条件下的处理措施和施工方法，如水泥土挤密桩、石灰土挤密桩。这种加固方法简便，对行车干扰相对较小。它是用机具在基床成孔，再分层填水泥土或石灰土，并用橄榄锤分层击实，从而使桩体和桩间土挤密压实，形成复合地基，达到提高承载力的目的。 挤密桩加固基床 水泥土挤密桩的桩长与承载力的关系承载力(Kpa)≤100110~130140~150桩长(m)1.51.00.8 京广线在整治膨胀土基床下沉病害时，采用过石灰改性砂桩加固，使病害得到根治。石灰改性砂桩纵距与水泥土挤密砂桩同，横距50cm，桩径20cm。施工五年后开挖测试基床面的后期强度，桩体承载力达到1300kPa，桩间土承载力达到260kPa以上。 京秦提速改造工程中，全线承载力较低的既有路基基床表层及路桥过渡段都采用了水泥土挤密桩加固，全线加固路基的水泥挤密桩共231万延米。桩径24～30cm，单根长度0.8～2.5m，水泥与土的配合比为8﹕100～10﹕100。 试验段的测试表明，经过水泥土挤密桩的加固，地基承载力由加固前的120～150kPa提高到加固后的220kPa，桩体的无侧限抗压强度在1MPa左右。 挤密桩方法施工简单，不封锁线路，适用于既有线基床土体的加固，但是它只能起提高承载力的作用，未能改变土质。对于细粒土填筑的路堤，以挤密桩处理基床时，虽然从计算和静载试验上看满足承载力的要求，但由于没有从根本上解决桩间土的颗粒细度等性质问题，仍有可能产生翻浆冒泥等病害。 铺设土工膜封闭层在基床翻浆冒泥地段，或基床土质不良（Ip≥12,WL≥32%）而强度足够，具备产生翻浆冒泥病害条件的地段，可在基床表层铺设土工膜封闭层。土工膜封闭层的作用是隔离地表水，防止入渗，减弱动荷对基床土抽吸作用，因而可防治翻浆冒泥病害。当地下水位较高时，要加深侧沟或设纵向渗沟降低地下水位。 封闭层即用土工聚合材料，有氯丁橡胶软板、聚乙烯软板及塑料排水板等。铺设工作可结合线路大修进行。为了防止材料连接处地表水渗漏，聚合材料上下均应铺设砂层，层厚：上层10～20cm，下层5～10cm。 聚乙烯软板封闭层 自氯丁橡胶类土工膜应用以后，其隔离、防渗、排水性能被大多数工程的成功所验证。采用土工膜整治基床翻浆冒泥的工程效果如何，关键在于土工膜的工程性能指标。铺设土工膜的施工需采用架空轨道结合线路封锁（如施工“天窗”）或限速慢行的方式进行。 铺设土工膜封闭基床的方法设计简单、施工方便、寿命长，适用于各种土质、石质基床的基面翻浆冒泥病害整治，但基床土强度不足时不宜采用。 土工格室或土工格栅等在道碴的底层或路基面顶层设置土工材料如土工格室或土工格栅等，其作用就是分散应力，减少路基面直接承受的动应力，并使传递的应力均匀；而且加筋料在路基面顶层对填土形成约束作用。这种加固方法分散应力有限，只适用于地下水位较低或地下水位虽高但排水条件较好地段路基，其底面与填筑土分界面必须设置较好的隔离层，以免下层土流失。 土工格室土工格室作为一种新型的立体土工合成材料，以其材料轻、耐磨损、强度高、韧性好等多种特性，是近几年发展起来的一种行之有效的整治路基基床下沉病害的方法。土工格室可折叠，展开后呈蜂窝状的三维结构。材料为高强度的聚乙烯或聚丙烯，接缝用超声焊接。 无土工格室时软基土受力图有土工格室后软基上受力图 土工格室施加前后的破坏应力圆 应用土工格室整治基床下沉病害的设想是基于：基床土在列车动荷载作用下沉降的同时将向两侧扩张，并伴随有路肩的隆起，因此在基床下方存在一个拉伸变形区。如果土工格室布置在这个区域，利用土工格室具有较高的强度，可改善这部分的受力状态，同时利用土工格室的垫层作用，扩散及均匀土工格室下基床土受到的动应力，从而提高整个基床的承载力，消除基床病害。 格室一般设于道床底部或基床顶面，为保证道碴厚度和土工格室不受上部荷载的损害，格室顶面距枕底不小于0.35m，置换地面4％排水坡，先铺5～10cm厚的砂层，以利于排水，其后再铺格室，格室张拉后填中粗砂，路肩用干砌片石垛加固。 采用土工格室整治基床下沉病害，设计换填厚度应根据基床土的承载力、格室高度和焊距而定。原则上，基床土承载力越低，应选用高度大、焊距小的土工格室。 铺设土工格室的施工需采用架空轨道结合线路封锁或限速慢行的方式进行，其工程造价与基床换砂合降沟的工程造价相比，约为后者的82％，且前者的工期可节约50％，对行车的干扰大为减小。实践证明土工格室整治基床下沉外挤病害后，轨面稳定快，养护时间少及工作量小，具有良好的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。 排水对于路堤基床病害，如果道碴袋和道碴囊发育在堤身内，可以在对轨道进行加强措施后，从路肩挖槽直达病害部位底部，排出内部储水，开槽可用干砌片石加固或横向盲沟，将水引至侧沟排出。 横向盲沟 基床冻害处理为减小冻害的发生，可在基床表层采用隔温材料，如炉渣、聚苯乙烯泡沫材料、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。 目前施工中应用的几种保护冻土的措施1.热棒2.片石通风路基3.倾填碎石及片石护坡4.通风管路基5.保温材料路基 路基病害检测 钎探挖探钻探轻型动力触探地震勘探法地质雷达勘测法瑞雷面波法轻型动力触探高密度电阻率法 不影响正常行车。无损线路时刻处于运营状态，检测不能损坏线路。快速既有线量大、面广、不快不行。 边坡稳定性分析 一直线破裂面法当堤身填料为砂、石类土时，如土体失稳，则其破裂面近似为一斜平面，对纵向无限延长的路堤，其稳定性分析可按平面问题进行计算 设已定的路堤断面如图，则假想的破裂面在图中为一直线AD，它和平面的夹角为α在堤身断面尺寸已知的情况下，不难求得断面ABCD的面积和1延长米的体积，依据已知的土的重度，便可以得出该土体的重量Q直线破裂面法检算图 砂、石分层填筑的直线破裂面检算图实际上，路堤各部分填料的性质是不同的，滑动面常可以穿越几个土层 二圆弧破裂面法 三折线破裂面法 浸水路堤的稳定性检算 考虑土体固结时的固结有效应力法填土荷载是逐渐施加的，地基受荷后将产生固结，强度得以提高； 用土工织物加固地基的稳定性检算荷兰计算模型荷兰计算模型阻力方向与滑弧切线方向一致 瑞典计算模型阻力与铺设方向一致阻力与铺设方向一致 铁路路基中的土压力计算 1776年法国学者库仑根据墙后土楔体处于极限平衡状态时的力系平衡条件，提出了与朗肯理论不同的分析方法，可适用于不同形式的填土表面和不同粗糙度的墙背条件（一）库仑土压力理论 库仑理论假设墙后土楔体处于极限平衡状态时滑动面为平面滑动土楔体为刚体墙后填土为砂性土在AB和BC滑动面上抗剪强度均已充分发挥墙后地面为任意平面时库仑主动土压力计算图 （二）库伦土压力理论在铁路挡土墙中的应用在铁路或道路工程中，挡土墙墙后填土表面有时不是平面，而是在路面上作用有列车或汽车荷载，这时可根据库伦理论，建立各种不同情况下的库伦主动土压力公式。 如图为一路肩墙，破裂面交于路基面的不同位置破裂面交于路基面 图为仰斜的路堤墙，破裂面交于荷载分布范围内。由图可知，破裂楔体ABCGFED的面积为：墙背土压力应力图形 粘性土中的土压力计算 1换算内摩擦角①把粘性土的内摩擦角φ值增大5°-10°，作为综合内摩擦角φ0，因此，当墙高H≦6m时，一般取综合内摩擦角值为35°-40°，当墙高H>6m时，取综合内摩擦角值为30°-35°。也可按经验规定粘聚力每增加0.1MPa，相当于增加内摩擦角3°-7°目前在设计中常用的方法是用综合内摩擦角φ0代替抗剪强度中的内摩擦角φ和粘聚力c。常用的内摩擦角换算方法有： ②根据土的抗剪强度相等的原理，计算综合内摩擦角φ0其换算公式为：式中，r为填料的容重(kN/m3)；φ为试验测定的土的内摩擦角；c为试验测定的土的粘聚力(kPa)；H为挡土墙的高度（m）。 ③根据土压力相等的原理计算综合内摩擦角φ0值。为计算方便，可按破裂楔体顶面水平、墙背竖直、墙背与土之间的摩擦角为0的简单边界条件确定用土压力相等原理求φ0 换算为砂性土的土压力为：粘性土的土压力为：令粘性土的土压力与换算后的砂性土土压力相等，即可求出φ0值 2数解法在考虑粘性土粘聚力的情况下，依据库伦理论的基本原理，可得到粘性土土压力的计算公式，但该公式比砂性土的土压力计算公式复杂，在计算中可编制计算机程序来进行