施工及养护维修7.ppt

《施工及养护维修7.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《施工及养护维修7.ppt（124页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、路基施工质量的检测技术,一、路基施工质量控制过程 路基施工质量过程大体可以划分为事前控制、事中控制及事后控制三个阶段；其中事中控制是整个路基工程质量控制的关键和核心。,二、路基质量控制中的几个技术问题 (一) 掌握路基建筑材料特性是控制路基质量的前提 新材料的研究和利用方面 （二）检测技术是评价路基质量的主要手段 基于路基填土压实的测试和检测技术,一、路基施工质量的检测项目及标准 铁路路基工程包括路基本体工程、排水工程、防护工程以及支挡工程等四项主要工程，其中路基本体工程是主导性工程，故下文主要针对路基本体工程的施工质量检验项目及其标准进行论述。,(一) 路基填筑压实的检验项目及标准 路基填筑

2、过程中需完成以下项目的检验工作： (1) 路基填料类别的复查试验,填料复查频次 表7.3.1,注：、表列数字表示应做一次试验的填筑体积(m3)，横线以上数字用于基床表层，横线以下数字用于基床底层及以下路堤； 、大于5mm颗粒的单位体积重是进行密度校正时应做的试验。,(2) 路基填料的压实标准检验 双控指标为地基系数K30和孔隙率n（或K30与压实系数K）； 三控指标为地基系数K30、压实系数K及动态变形模量Evd (或地基系数K30、孔隙率n及动态变形模量Evd)。,压实系数或孔隙率检验。基床及基床以下部分每层检测一次，在长度不大于100m范围内检测不少于6点；检测点包括填层中部2点以及距填层

3、两侧边缘0.51.0m各2点；每个检测点应做两次平行密度测试，两次相差不大于0.02g/cm3时，取其平均值。 地基系数K30试验。基床及基床以下部分每层检测一次，在长度不大于100m范围内检测不少于2点；检测点包括填层中部1点以及距填层两侧边缘2.0m各1点，按左、中、右大致均匀分部。,(一) 路基土压实度的检测方法 当前测定路基土密度的主要方法有环刀法、灌砂法及核子湿度密度仪法等三种； 由于核子湿度密度仪法具有检测速度快、操作方便、数据可靠等特点，同时对路基无破坏，在铁路路基填筑压实质量的现场快速评定中获得了广泛使用。,(1) 环刀法 1）适用范围：使用于测定不含骨料的粘性土密度。 2）仪

4、器设备：环刀(内径68cm，高23cm，壁厚1.52mm)，天平(感量0.1g)，修土刀、钢丝锯、凡士林等。 3）试验方法 预先在环刀内壁涂一层凡士林，在设定检测位置将环刀的刀口向下放在土体上。 通过修土刀或钢丝锯将土样削成略大于环刀直径的土样，然后将环刀垂直加压，至土样伸出环刀上部为止；削去两端余土，使之与环刀口面齐平，并用剩余土样测定含水量。 擦净环刀外壁，称量其质量，准确至0.1g。 结果整理：计算出土样的干密度，进而获得压实系数K。,(2) 灌砂法 1）适用范围：本法适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土的密度；试样的最大粒径不超过15mm，测定密度层的厚度为150200mm。 2）仪器

5、设备 灌砂筒(内径100mm、总高360mm)、金属标定罐、基板、台秤（称量1015kg，感量5g）、量砂（粒径0.250.50mm、重量2040kg）、必要的挖取土设备。 3）试验方法 对某一标段进行试验检验时，应对所使用的量砂密度进行标定。 在压实系数检测点，选40cm40cm的平坦地面，并将基板水平的置于检测点上。,沿基板的中孔凿直径100mm的试洞，试洞深度等于碾压层厚度，并将凿出的土料全部放入已知质量的塑料袋中，并获得试样的质量。 在取出的试样中取有代表性的土样进行含水量试验。 将罐砂筒安装在基板上，使罐砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开罐砂筒开关，让量砂注入试洞，通过称量罐砂筒中

6、砂的重量变化来获得注入试洞的量砂重量，进而获得试洞的体积。 试验完毕取出试洞中的量砂，以备下次使用；若量砂的湿度发生明显变化或混有杂质，则需重新烘干、过筛。 结果整理：计算出土样的干密度，进而获得压实系数K。,(3) 核子湿度密度仪法 1）适用范围 现场可以利用核子湿度密度仪以散射法或直接投射法测定土壤、土石混合物及沥青混合物的密度和含水量；进而对铁路路基填筑压实质量进行快速评定。密度的测定范围为1.122.73g/cm3，含水率的测定范围为00.64 g/cm3。,(二)地基系数K30试验 基床系数K30试验是采用直径为30cm的刚性荷载板进行单向单循环荷载试验,通过加载试验确定荷载板的单位

7、面积压力与荷载板中心点实测沉降的关系曲线，通过线性内插求出荷载板沉降为1.25mm所对应的荷载板单位压力(p1.25)，基床系数K30定义为p1.25和1.25mm的比值，其单位为MPa/m。 1）适用范围：基床系数K30试验适用于铁路路基本体填筑的各个阶段。 2）仪器设备：刚性承载板（直径300mm）、电子测力传感器（感量10N，量程不少于50KN）、油压千斤顶（规格为80100KN）、位移传感器或百分表（精度0.01mm）、水平尺、基准梁、磁性支座、反力提供设备等。,3）试验方法 在试验测试位置选定约大于300mm直径的区域，用细砂找平测试面（细砂厚度通常不大于3mm），安装承载板并使之处

8、于水平状态。 指挥反力车（通常为装满土石料的土工方车）移位，使之后梁中心和承载板中心成一铅垂线，汽车熄火并制动。 在荷载板中心安装千斤顶、测力传感器等传力设备。 安装基桩梁和位移传感器，位移传感器应对称于荷载板中心。,使用35KPa的单位压力对测试面进行预压，使承载板和测试面的接触密贴，待荷载板沉降稳定后卸压至零，读取位移传感器的初读数；荷载板沉降稳定的标准为每分钟承载板沉降量不超过0.10mm。 对承载板以35KPa的压力级差进行逐级加载，每一级荷载下承载板的沉降均需达到稳定标准并读取位移传感器的读数后，方可施加下一级荷载。 当承载板的总沉降达到2.0mm时可停止试验。 绘制荷载板压力与荷载

9、板中心沉降的关系曲线，求出基床系数K30值。,（三）Evd动态平板载荷试验,动态变形模量是指路基填料或土体在一定大小的竖向冲击力F和冲击时间t作用下抵抗变形能力的参数；其大小与填土种类、含水量、密实度、强度、应力状态等参数有密切关系。动态变形模量Evd是由平板压力公式（式74）计算而得： (7-4) 式中：Evd为动态变形模量,MPa；r为圆形刚性荷载板的半径，实用时取r等于0.15m；为荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上,由最大冲击力F=7.07kN且冲击时间t=18ms时标定得到的，在r0.15m情况下的=0.1MPa；为实测荷载板下沉幅值,即荷载板的沉陷值,m；1.5为荷载板

10、形状影响系数。,图7.2 动态变形模量测试仪构成示意图,三 地基处理的检测技术 (一) 竖向静荷载试验 (二)标准贯入试验,（三）静力触探试验 静力触探是利用静力将探头以一定速率压入土中，通过电子量测仪器将探头内的力传感器所受到的贯入阻力记录下来，由于贯入阻力的大小与土层的性质密切相关，进而通过贯入阻力来评价土层的工程性质。静力触探探头根据测试机理可分为单桥探头、双桥探头及孔压触探探头等三种，国内的静力触探探头根据锥底面积的不同有三种规格，即10cm2、15 cm2、20 cm2，使用最多的为10cm2探头。 单桥探头提供的指标为比贯入阻力ps，双桥探头提供的指标为锥尖阻力qc和侧壁阻力fs，

11、孔压触探探头提供的指标为孔隙水压力u和ps或者提供u、qc及fs。静力触探试验提供的上述成果可用于划分土层、估算土的力学参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载力及判定场地地震液化势等。,路基的养护与维修,第一节 路基保养与路基设备状态评定,一、路基保养 传统的设备管理手段，不外乎养护（保养）、维修和大修三个主要修程。路基养护是一项经常性的工作，其目的是以较少的投入、减缓设备的劣化速度，延长设备的使用寿命，充分发挥设备的使用功能，保持设备状态良好。通过路基养护，尽可能地把各种有害因素消灭在萌芽状态。,二、路基设备状态评定,工务段应于每年9月份结合秋季设备检查，对管内正线和站线全面评定一次，分局具

12、体负责评定工作的组织指导和抽查验收。评定时以线路km为评定单位。每线路km满分为100分，85100分为优良，6085分为合格，60分以下为失格。,第二节 路基维修、大修,一、路基维修 路基维修工作包括路基设备的计划维修、小型病害整治、经常保修和巡守工作。因此，从这一概念出发，上述的路基养护工作也可以理解为路基维修工作的一项内容。,二、路基大修,路基大修工作范围包括： 整治路基维修工作范围以外的各种崩塌、落石、边坡溜坍、滑坡、陷穴、基床下沉外挤、泥石流、基床翻浆冒泥、排水不良、冻害、沙害及河岸冲刷等路基病害以及加宽路基，改善边坡坡度，翻修、接长或增加防护加固设备。,第三节 路基病害及整治,铁路

13、路基病害种类很多，分为滑坡、崩塌落石、风化剥落、陷穴、基床下沉外挤、基床翻浆冒泥、 河岸冲刷、水浸路基、排水不良、沙害、冻害、雪害、泥石流等。,基床病害发生和发展的主要因素：,基床土的工程性质,多采用C、D组填料，土性较差，液塑限较高。 地表水和地下水的作用 动荷载的性质、大小和分布 此外，如果轨道状态不良，列车动应力增大，可使路基面上出现更大的积水坑凹，这种坑凹必先出现在应力较大的轨枕下路基面上，以后逐渐发展 。,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

14、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。,沪宁线路基病害,可见，沪宁线路基病害主要为排水不良，基床病害主要为翻浆冒泥， 且病害多发生在列车速度相对较高的苏州工务段和镇江工务段。,沪宁下行线K140+450K141+450段填料的土性指标,病害原因分析,基床土长期处于地下水的浸泡之中，水沟纵向排水不畅，水沟常年积水，水深0.200.30m; 填料差,组别主要为

15、C组，个别地段为D组，土的液限均大于30，塑性指数大于15; 形车速度快,密度大,发生翻浆冒泥病害地段的填料为液限大于32%，塑性指数大于12的C、D组填料；且当软弱层厚度小于0.5米左右时，基床出现翻浆冒泥，当软弱层厚度大于0.5米时，出现严重下沉外挤与翻浆冒泥。,沪宁线水稳定性试验,K47+000K49+000段土的物理力学指标,K47+000K49+000段土的无侧限抗压强度,干容重,K0+000K20+000段的砂粘土的物理力学指标,表2-17 砂粘土不同干容重和饱和度下的无侧限及三轴强度,可见，水和压实系数对沪宁线路基填料的强度的影响较大， 当压实系数较小时，水对强度的影响尤其明显。

16、,济南工务段K321+500 水稳性,B组填料,K321+500粘砂土的物理力学指标,K321+500段土的无侧限及三轴强度,干容重,该土的抗水性好，特别是压实系数达到1.0的土体，水对其强度基本无影响。,津浦线历年新增病害分类汇总（m）,可见，历年新增病害中以翻浆冒泥和基床下沉外挤为多， 且以蚌埠工务段为主。,蚌埠铁路局工务段曾对小溪河东K879+500K880+500段铁路路基进行了调查取样工作，该段路基土主要为液限大于32%，塑性指数大于12的粘土，自由膨胀率为40.065.0%，为弱膨胀土，下K879+900下部为中膨胀土。,沪杭线历年新增病害分类汇总（m）,可见，新增病害以翻浆冒泥为

17、多。,2001年沪杭线提速改造时，曾对部分地段路基表层的填土密实度进行实测，压实系数为0.740.91; 路基改造时，在对原路基表层换填0.6m渗水土的前提下， 采用进行适当超挖、山皮土封底、设4%横向排水坡; 在4%横向排水坡的山皮土的基础上再进行填筑0.6m的渗水土处理; 从近几年新增病害可以看出，这些地段路基基床没有出现病害;,浙赣线历年新增病害分类汇总（m）,软土地区提速路基的病害主要为排水不良，基床病害主要为翻浆冒泥、下沉外挤。发生病害的主要原因是：,（1）填料差：发生病害的路基填料均为C、D组填料，均属于粘性含量30，塑性指数IP12，液限WL32，易发生翻浆冒泥的土质；这种填料的

18、水稳定性差，强度低。 （2）基床土的密实度不够，大部分小于0.9。 （3）基床土承载力低：当N10小于15击/30cm、21击/30cm时，不能满足列车运行速度120km/h、160 km/h的要求，N10达到36击/30cm、，K30值为111MPa/m时，可以满足140km/h的行车要求。 （4）路基排水不畅。,二、基床病害整治,从加固原理上讲，路基基床的加固方法有减小路基面动应力、提高动静比值及增加路基面承载力等方法。,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

19、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5060cm，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

20、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,京广线在整治膨胀土基床下沉病害时，采用过石灰

21、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260 kPa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2430cm，单根长度0.82.5m，水泥与土的配合比为810010100。,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120150kPa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

22、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（Ip12,WL32%） 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

23、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1020cm，下层510cm。,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

24、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

25、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510cm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

26、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

27、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

28、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 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,

29、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

30、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,把粘性土的内摩擦角值增大5-10，作为综合内摩擦角0，因此，当墙高H6m时，一般取综合内摩擦角值为35-40，当墙高H6m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0代替抗剪强度中的内摩擦角和粘聚力c。常用的内摩擦角换算方法有：,根据土的抗剪强度相等的原理，计算综合内摩擦角0,其换算公式为：,式中，r为填料的容重(kN/m3)；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）。,根据土压力相等的原理计算综合内摩擦角0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0,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0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,