哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件

哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨2019年11月·北哈大高速铁路路基冻胀问题11.前言季节冻土区,地表土层中孔隙水冻结成冰,体积发生膨胀(膨胀系数为9%),并发生水分向上部冻结区迁移,其总冻胀变形量变化幅度在100~300mm不等,部分甚至可超过400mm。无砟轨道高速铁路,工后沉降不超过15mm。路基与桥梁、或横冋结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm,不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。现行《铁路特殊路基设计规范》中的不冻胀土,平均冻胀率η≤1‰对于德国铁路,最大设计冻深0.7m,对应的最大冻胀量为7mm;日本设计冻深1.5m,对应的最大冻胀量为15mm。对于最大冻结深度2.05m的哈大高速铁路,按照《建筑地基基础设计规范》GB50007—2019规定的设计冻深,即便是在其范围內全部采用砾石土填料,冻胀量也可达14×2.05×1%×100=28.7mm。本文将从冻胀变形控制的需求、现行路基设计规范的适应性、高铁路基基床防冻胀设计、哈大高铁路基基床冻胀情况分析等方面,对有关路基基床防冻胀设计问题进行讨论,供参考1.前言22.不同等级线路冻胀变形控制的要求2o00年5月1日施行的《铁路技术管理规程》第38条:维修线路的正线、到发线两股钢轨水平面不得大于4mm、10m内钢轨的冻胀差不得大于4mm为依据,将4mm作为冻胀与不冻胀的界限。2019年4月1日施行的《铁路技术管理规程》第41条:验收线路时线路两股钢轨水平静态允许偏差见如表2-1。表2一1钢轨水平静态允许偏差(2019)线路允许速度120120<v<160160<v200正线及到发线(mm)4道岔(446其他线(mm)2.不同等级线路冻胀变形控制的要求32.不同等级线路冻胀变形控制的要求丶2019年η1月1日施行的《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)第43条:验收线路时,线路两股钢轨水平静态允许偏差见如表2-2。表2-2钢轨水平静态允许偏差(2019)路允许速度(km/h)v<120120<v<160160<v<200正线及到发线道岔(mm)丶2019年11月1日施行的《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)第45条:线路两股钢轨顶面,在直线地段应保持同一水平。2.不同等级线路冻胀变形控制的要求42.不同等级线路冻胀变形控制的要求“铁路线路维修规则”中,把冻起高度<25mm称为轻微冻害、25~5omm称中等冻害、大于5omm称严重冻害。在《铁路路基填料冻胀分类》报告中,把冻胀分类按冻胀变形进行了分级,如表2表2—3冻胀等级划分冻胀等级不冻胀I级Ⅱ级Ⅲ级冻胀名称不冻胀轻微冻胀弱冻胀冻胀强冻胀冻胀高度△h25~502.不同等级线路冻胀变形控制的要求52.不同等级线路冻胀变形控制的要求根据《轨道维修规则》及《高速铁路动态验收指导意见》,轨道检查车对轨道动态局部不平顺(峰值管理)检查的项目为轨距、水平、高低、三角坑、车体垂向振动加速度和横向加速度七项。各项偏差等级划分为四级:Ⅰ级为保养标准,Ⅱ级为舒适度标准,Ⅲ级为临时补修标准,Ⅳ级为限速标准。各级轨道动态质量允许偏差管理值(高低)见表2-2。表2一2轨道动态质量允许偏差管理值(高低偏差mm)线路等级Ⅳ级300、350km/h34568558200km/h客货共线160km/hI级线路120km/hII级线路2.不同等级线路冻胀变形控制的要求62.不同等级线路冻胀变形控制的要求中国铁道科学研究院硏究报告《寒区铁路路基防冻胀结构及设计参数研究》,根据表2-2轨道动态质量允许偏差管理值(高低偏差mm),提岀我国铁路不同等级线路路基冻胀变形控制要求值,对于200~250km/h、300~350km/h铁路采用Ⅱ级标准,保证列车的舒适性要求;对于200km/h客货共线、160km/hI级线路、120km/h级线路由于速度较低,冻胀变形控制考虑最不利情况,即秋后连续降雨,完全渗透路基,在这种极端情况下,轨道动态质量允许偏差管理值采用Ⅲ级,而在一般年份轨道动态质量允许偏差管理值采用Ⅱ级,可保证铁路舒适性要求,据此提出了我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形要求建议值,可参考表2-3我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形控制要求。2.不同等级线路冻胀变形控制的要求72.不同等级线路冻胀变形控制的要求表2一3我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形控制要求轨道类型线路等级冻胀变形控制(mm)无砟200~250km/h、300~350km/h300~350km/h200~250km/h5558有砟200km/h客货共线160km/hI级线路120km/hII级线路2.不同等级线路冻胀变形控制的要求83.现行路基设计规范相关条文规定3.1季节性冻土的冻胀分级丶现行《铁路特殊路基设计规范》中的季节性冻土的冻胀分级见表3表3.1季节性冻土的冻胀分级(部分)土的类别冻前天然含水率。(%)涨结期间下水位距冻给冻胀等级粉黏粒质量不大于15%的粗颗粒土(包括碎石类土不考虑不考虑黏粒质量不大于10%的粉黏粒质量大于15%的粗颗粒土,粉黏粒质量大于<12>1.0%的细砂粉砂12<0)≤141.0粉土黏性土2.03.现行路基设计规范相关条文规定93.现行路基设计规范相关条文规定丶3.2路基渗水土填料指标现行《铁路路基设计规范》中,路基渗水土填料指标为:A、B组填料中,细粒土含量小于10%、渗透系数大于10-3cm/s的巨粒土粗粒土(细砂除外)为渗水土。渗水土填料能满足现行《铁路特殊路基设计规范》季节性冻土Ⅰ级不冻胀土的要求。3.3季节性冻土防治措施现行《铁路特殊路基设计规范》中,对防止路基冻害设计的路堤最小高度作了如下规定基床顶面至地面的最小距离(Hmn)应按公式32计算Hmn=H+△h+h±h(3.3)式中H—一毛细水强烈上升高度(m)△h—安全高度,一般取0.5m一一有害冻胀深度(m),可取最大冻结深度的60%~95%;——冻胀期地下水埋深或地面积水深度,当为地下水时取负号3.现行路基设计规范相关条文规定10哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件11哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件12哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件13哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件14哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件15哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件16哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件17哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件18哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件19哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件20哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件21哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件22哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件23哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件24哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件25哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件26哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件27哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件28哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件29哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件30哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件31哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件32哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件33哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件34哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件35哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件36哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件37哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件38哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件39哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件40哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件41哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件42哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件43哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件44哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件45哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件46哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件47哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件48哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件49哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件50哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件51哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件52哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件53哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件54哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件55哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件56哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件57哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件58哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件59哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件60哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件61哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件62哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件63哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件64哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件65哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件66哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件67哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件68哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件69哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件70哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件71哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件72哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨2019年11月·北哈大高速铁路路基冻胀问题731.前言季节冻土区,地表土层中孔隙水冻结成冰,体积发生膨胀(膨胀系数为9%),并发生水分向上部冻结区迁移,其总冻胀变形量变化幅度在100~300mm不等,部分甚至可超过400mm。无砟轨道高速铁路,工后沉降不超过15mm。路基与桥梁、或横冋结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm,不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。现行《铁路特殊路基设计规范》中的不冻胀土,平均冻胀率η≤1‰对于德国铁路,最大设计冻深0.7m,对应的最大冻胀量为7mm;日本设计冻深1.5m,对应的最大冻胀量为15mm。对于最大冻结深度2.05m的哈大高速铁路,按照《建筑地基基础设计规范》GB50007—2019规定的设计冻深,即便是在其范围內全部采用砾石土填料,冻胀量也可达14×2.05×1%×100=28.7mm。本文将从冻胀变形控制的需求、现行路基设计规范的适应性、高铁路基基床防冻胀设计、哈大高铁路基基床冻胀情况分析等方面,对有关路基基床防冻胀设计问题进行讨论,供参考1.前言742.不同等级线路冻胀变形控制的要求2o00年5月1日施行的《铁路技术管理规程》第38条:维修线路的正线、到发线两股钢轨水平面不得大于4mm、10m内钢轨的冻胀差不得大于4mm为依据,将4mm作为冻胀与不冻胀的界限。2019年4月1日施行的《铁路技术管理规程》第41条:验收线路时线路两股钢轨水平静态允许偏差见如表2-1。表2一1钢轨水平静态允许偏差(2019)线路允许速度120120<v<160160<v200正线及到发线(mm)4道岔(446其他线(mm)2.不同等级线路冻胀变形控制的要求752.不同等级线路冻胀变形控制的要求丶2019年η1月1日施行的《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)第43条:验收线路时,线路两股钢轨水平静态允许偏差见如表2-2。表2-2钢轨水平静态允许偏差(2019)路允许速度(km/h)v<120120<v<160160<v<200正线及到发线道岔(mm)丶2019年11月1日施行的《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)第45条:线路两股钢轨顶面,在直线地段应保持同一水平。2.不同等级线路冻胀变形控制的要求762.不同等级线路冻胀变形控制的要求“铁路线路维修规则”中,把冻起高度<25mm称为轻微冻害、25~5omm称中等冻害、大于5omm称严重冻害。在《铁路路基填料冻胀分类》报告中,把冻胀分类按冻胀变形进行了分级,如表2表2—3冻胀等级划分冻胀等级不冻胀I级Ⅱ级Ⅲ级冻胀名称不冻胀轻微冻胀弱冻胀冻胀强冻胀冻胀高度△h25~502.不同等级线路冻胀变形控制的要求772.不同等级线路冻胀变形控制的要求根据《轨道维修规则》及《高速铁路动态验收指导意见》,轨道检查车对轨道动态局部不平顺(峰值管理)检查的项目为轨距、水平、高低、三角坑、车体垂向振动加速度和横向加速度七项。各项偏差等级划分为四级:Ⅰ级为保养标准,Ⅱ级为舒适度标准,Ⅲ级为临时补修标准,Ⅳ级为限速标准。各级轨道动态质量允许偏差管理值(高低)见表2-2。表2一2轨道动态质量允许偏差管理值(高低偏差mm)线路等级Ⅳ级300、350km/h34568558200km/h客货共线160km/hI级线路120km/hII级线路2.不同等级线路冻胀变形控制的要求782.不同等级线路冻胀变形控制的要求中国铁道科学研究院硏究报告《寒区铁路路基防冻胀结构及设计参数研究》,根据表2-2轨道动态质量允许偏差管理值(高低偏差mm),提岀我国铁路不同等级线路路基冻胀变形控制要求值,对于200~250km/h、300~350km/h铁路采用Ⅱ级标准,保证列车的舒适性要求;对于200km/h客货共线、160km/hI级线路、120km/h级线路由于速度较低,冻胀变形控制考虑最不利情况,即秋后连续降雨,完全渗透路基,在这种极端情况下,轨道动态质量允许偏差管理值采用Ⅲ级,而在一般年份轨道动态质量允许偏差管理值采用Ⅱ级,可保证铁路舒适性要求,据此提出了我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形要求建议值,可参考表2-3我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形控制要求。2.不同等级线路冻胀变形控制的要求792.不同等级线路冻胀变形控制的要求表2一3我国铁路线路等级和轨道类型对路基冻胀变形控制要求轨道类型线路等级冻胀变形控制(mm)无砟200~250km/h、300~350km/h300~350km/h200~250km/h5558有砟200km/h客货共线160km/hI级线路120km/hII级线路2.不同等级线路冻胀变形控制的要求803.现行路基设计规范相关条文规定3.1季节性冻土的冻胀分级丶现行《铁路特殊路基设计规范》中的季节性冻土的冻胀分级见表3表3.1季节性冻土的冻胀分级(部分)土的类别冻前天然含水率。(%)涨结期间下水位距冻给冻胀等级粉黏粒质量不大于15%的粗颗粒土(包括碎石类土不考虑不考虑黏粒质量不大于10%的粉黏粒质量大于15%的粗颗粒土,粉黏粒质量大于<12>1.0%的细砂粉砂12<0)≤141.0粉土黏性土2.03.现行路基设计规范相关条文规定813.现行路基设计规范相关条文规定丶3.2路基渗水土填料指标现行《铁路路基设计规范》中,路基渗水土填料指标为:A、B组填料中,细粒土含量小于10%、渗透系数大于10-3cm/s的巨粒土粗粒土(细砂除外)为渗水土。渗水土填料能满足现行《铁路特殊路基设计规范》季节性冻土Ⅰ级不冻胀土的要求。3.3季节性冻土防治措施现行《铁路特殊路基设计规范》中,对防止路基冻害设计的路堤最小高度作了如下规定基床顶面至地面的最小距离(Hmn)应按公式32计算Hmn=H+△h+h±h(3.3)式中H—一毛细水强烈上升高度(m)△h—安全高度,一般取0.5m一一有害冻胀深度(m),可取最大冻结深度的60%~95%;——冻胀期地下水埋深或地面积水深度,当为地下水时取负号3.现行路基设计规范相关条文规定82哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件83哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件84哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件85哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件86哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件87哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件88哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件89哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件90哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件91哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件92哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件93哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件94哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件95哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件96哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件97哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件98哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件99哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件100哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件101哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件102哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件103哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件104哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件105哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件106哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件107哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件108哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件109哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探讨课件110哈大高速铁路路基冻胀问题及其对策探