关于高速铁路路基的基床分析

关于高速铁路路基的基床分析

邵胜德

武汉铁路局工务机械段

摘 要:根据实测资料, 分析路基动荷载、动应力和动变形的特点。按照分担比, 将列车荷载分配到轨枕上, 再利用Boussinesq 弹性理论公式和Odemark 的模量与层厚当量假定进行设计计算。当计算选取的介质模量值考虑应变水平影响时, 计算与实测结果有较好的一致性, 从而建立一种路基基床的分析计算模式。结合临界体积效应应变的概念, 以控制重复荷载作用下路基不发生累积变形和累积孔压等累积效应目的, 提出路基基床结构的应变控制设计方法。

关键词：高速铁路 路基基床 设计 结构 铁路路基，特别是高速铁路路基一般由以下几个部分组成：基床表层，基床底层，路堤本题和地基。由于基床表层是路基直接承受列车荷载的部分，又常被称为路基的承载层或持力层。实践说明基床表层的优劣对轨道的变形影响很大。因此。基床表层的设计是路基设计的最重要部分。基床表层既为轨道提供了一个坚实的基础，又为土基提供保护。 各国的基床均采用层状结构。在确定基床表层厚度时, 从力学角度主要考虑以下几个方面: ①路基表面对变形模量Ev2的要求(如德国) ; ②路基表面动变形的要求(如日本) ; ③下部填土强度(如美国) 。从路基面对Ev2的要求确定基床表层厚度的方法来源于公路设计, 对于公路, Ev2的试验荷载与使用荷载是极其相似的, 满足试验荷载要求时, 一般也满足使用荷载。但对于铁路, 由于Ev2的试验荷载与使用荷载在作用范围上存在较大的差异, 对于表面达到相同Ev2的路基, 在使用时却可能有不同的表现。日本从路基表面沥青层的要求出发, 规定路基面的动变形应小于215 mm ,以此来设计基床表层的厚度[2 ,3 ] 。在我国的高速铁路研究中, 取315 mm 作为控制值[4 ] 。不管是215mm , 还是315 mm , 均不是轨道结构的使用要求。在国内外所作的大量测试中[3 ,5 ,6 ] , 包括普通土质基床表层在内, 路基面的动变形一般仅为1 mm 左右, 在采用级配碎石等强化基床表层时动变形更小, 如要求动变形小于215 mm , 实际是很容易满足的。用下部填土的强度进行垫层厚度设计的方法, 尽管已经从不排水强度设计方法发展到了考虑孔隙水压力的影响, 但由于该方法以强度作为控制指标, 主要用于重载铁路设计和既有线病害整治。长期以来由于缺乏系统的结构设计方法, 路基工程难以实现真正义上的结构物设计。铁路绵延几百上千公里, 沿途地质条件多变, 许多地方合格填料缺乏, 如采用统一的基床结构, 在经济和技术上都不合理, 因此, 基床结构的设计是当前急需解决的问题。本文在参考了各家的实测数据的基础上, 分析路基的荷载条件、基床应力和变形特点, 结合临界应变(不发生累积体积效应时的应变) 的概念, 提出基床结构的应变控制设计方法，并对高速铁路路基基床的设计提出自己的一点拙见。 1 基床结构的应变控制设计方法

根据前面的分析, 对于基床动应力和动变形的计算已经有了比较可靠的方法。应用这些理论可以对路基的基床进行设计。基床表层的作用, 一是为轨道结构提供一个坚实的基础, 二是给土质路基提供保护。由于基床表层的填料和压实程度较好, 其自身在满足一定的物理力学条件下强度是没有问题的, 而且在前面也指出基床的动变形实际很小, 因此保护下部填土就成为最基本的要求。就力学而言, 应使基床底层的应力和应变工作在允许的条件下,