[科普中國(guó)]-基床

簡(jiǎn)介

鐵路路基，特別是高速鐵路路基一般由以下幾個(gè)部分組成基床表層、基床底層、路堤本體和地基。由于基床表層是路基直接承受列車(chē)荷載的部分，又常被稱(chēng)為路基的承載層或持力層。實(shí)踐說(shuō)明基床表層的優(yōu)劣對(duì)軌道變形影響很大，日本鐵路的統(tǒng)計(jì)資料表明不良基床表層產(chǎn)生的軌道變形是好的基床表層的幾倍，而且其差距還隨速度的提高而拉大。因此，基床表層的設(shè)計(jì)是路基設(shè)計(jì)中的最重要部分。基床表層一是為軌道提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，二是為土基提供保護(hù)。2

設(shè)計(jì)荷載對(duì)高速鐵路路基基床表層進(jìn)行研究設(shè)計(jì)之前，首先需要對(duì)基床表層所承受的荷載做出明確的回答。對(duì)此，通過(guò)兩條途徑：一是準(zhǔn)高速條件下的動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)，二是計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算。實(shí)測(cè)兩次，分別在鐵道部科學(xué)研究院的環(huán)行試驗(yàn)基地和廣深線(xiàn)進(jìn)行。模擬計(jì)算是將車(chē)輛簡(jiǎn)化為一個(gè)轉(zhuǎn)向架，軌道，軌枕，道床，路基分別用彈簧，阻尼模擬。然后計(jì)算機(jī)車(chē)通過(guò)（UIC.DF9）等高速鐵路所允許的線(xiàn)路不平順，如三角坑，錯(cuò)臺(tái)時(shí)對(duì)軌道產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力。除動(dòng)應(yīng)力最大值以外，基床設(shè)計(jì)還需要知道動(dòng)荷載在路基面上的分布。根據(jù)在環(huán)行試驗(yàn)基地的實(shí)測(cè)，動(dòng)應(yīng)力最大值與應(yīng)力擴(kuò)散坡度存在線(xiàn)性關(guān)系。2

表層材料基床表層材料需要有豐富的來(lái)源，較大的剛度，在長(zhǎng)期動(dòng)力作用下能夠保持穩(wěn)定，并有很好的水穩(wěn)性和較小的滲透系數(shù)。根據(jù)上述要求，歐洲鐵路普遍使用級(jí)配砂礫石。它是用粒徑大小不同的粗細(xì)礫石集料和砂各占一定比例的混合料，其顆粒組成符合密實(shí)級(jí)配要求其中包括一部分塑性指數(shù)較高的粘土，填充空隙并起粘結(jié)作用，經(jīng)壓實(shí)后形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。級(jí)配砂礫石在我國(guó)公路部門(mén)有相當(dāng)豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，適合我國(guó)的施工水平，因此建議將級(jí)配砂礫石作為基床表層的首選材料。其級(jí)配曲線(xiàn)示于右圖。2

表層厚度確定變形控制法以在列車(chē)荷載作用下路基頂面變形量不大于為控制條件。此法可簡(jiǎn)稱(chēng)為變形控制法。

變形控制的目的是使列車(chē)運(yùn)行平順，基床表層產(chǎn)生的應(yīng)變不會(huì)導(dǎo)致表面鋪裝開(kāi)裂，或塑性變形過(guò)大降低基床表層壽命。由于基床表層接近軌道，上下部分產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變差別明顯。同時(shí)道碴的粒徑大，填土的粒徑小，為與上下接觸面之間粒徑的匹配，一般又把表層分成上下兩部分，上層較薄，大多為0.2-0.3m，要求模量高，對(duì)顆粒的耐磨性有一定要求。盡量選用石英質(zhì)的砂礫石，粒徑大的級(jí)配曲線(xiàn)，相當(dāng)于道床底碴。下層的作用偏重于保護(hù)基床底層填土，顆粒粒徑應(yīng)與填土匹配，使填土顆粒不能進(jìn)人基床表層，同時(shí)要求滲透系數(shù)小，顯然應(yīng)采用較細(xì)的級(jí)配曲線(xiàn)。

強(qiáng)度控制法以作用在基床表層下填土上的動(dòng)應(yīng)力不大于填土允許應(yīng)力為控制條件。此法簡(jiǎn)稱(chēng)為強(qiáng)度控制法。

強(qiáng)度控制法的基本出發(fā)點(diǎn)是列車(chē)荷載通過(guò)基床表層傳給基床底層填土產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力必需小于其允許強(qiáng)度。所以該方法的主要內(nèi)容是：1.確定作用于路基面上的設(shè)計(jì)動(dòng)應(yīng)力；2.確定路基基床底層填土的允許動(dòng)強(qiáng)度。2

基床厚度的確定列車(chē)動(dòng)應(yīng)力由軌道、道床傳至路基本體，然后沿深度逐漸衰減。一般將動(dòng)應(yīng)力影響較大的部分定義為路基基床。壓實(shí)土的動(dòng)三軸試驗(yàn)表明，當(dāng)動(dòng)靜應(yīng)力比在0.2以下時(shí)，加載10萬(wàn)次產(chǎn)生的塑性累積變形在0.2%以下，而且很快能達(dá)到穩(wěn)定。如果動(dòng)靜應(yīng)力比小于0.1以下，動(dòng)荷載影響就相當(dāng)微小了。因此，一般將動(dòng)靜應(yīng)力比1/5或1/10作為確定基床厚度的依據(jù)。

在土質(zhì)方面應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，避免使用C級(jí)填料。在壓實(shí)質(zhì)量方面，要求用雙指標(biāo)控制。即既需滿(mǎn)足壓實(shí)度要求，也需滿(mǎn)足K30或回彈模量、強(qiáng)度方面的指標(biāo)，這樣做可以起到對(duì)填土含水量進(jìn)行間接控制的作用。因?yàn)?，含水量高了，K30值一般達(dá)不到要求，可以防止路基產(chǎn)生較大的動(dòng)變形。試驗(yàn)還表明壓實(shí)度高的土，水穩(wěn)性好，不易遇水軟化。有些土在含水量低的時(shí)候，地基系數(shù)可以達(dá)到較高值，但是壓實(shí)度指標(biāo)就不一定能滿(mǎn)足。2