轨道结构理论与轨道力学(石碴道床)

轨道结构理论与轨道力学

（石碴道床）

第一节道床的功用1.分压1%平均应力线160%100%80%60%40%20%道床的分压特性be12道床第一层对分压不起作用道床应力与深度无关道床如要起到分压的作用，厚度不宜小于20cm道床第二层应力与轨枕宽度无关道床应力与轨枕宽度无关，但与轨枕长度有关，路基面沿纵向应力均匀，而沿横向应力不均匀，可能在轨下路基面形成纵向压槽道床厚度只能满足基面横向应力均匀要求道床第三层应力与轨枕尺寸无关道床厚度至少应在1米以上才有可能满足路基面纵横向应力均匀的要求道床厚度依据路基面应力不超限确定，路基面处于道床应力的第二层。石碴内摩擦角与极配的关系影响内摩擦角的主要因素：粒径、粒状、表面特性，对粒状和表面特性有严格规定，因面反映粒径及粒径组成的级配影响最大。级配5－2525－4025－5025－6025－7040－70摩擦角404245475053前苏联的试验结果石碴道床分压的局限性石碴的接触抗压强度玄武岩：3040－4170MPa花岗岩：1120－4000MPa石炭岩：290－3570MPa石碴的名义应力与实际接触应力差距巨大石碴级配25－70mm，枕底名义应力0.24MPa，路基面名义应力0.1MPa。枕底范围内平均320颗道碴承力，每颗道碴平均承力505N，平均接触应力1680MPa。25cm深处，每颗道碴平均承力238N，平均接触应力600－800MPa。道碴接触应力可能存在3－6倍的波动。2.减振弹性：石碴颗粒的压缩变形、颗粒移动阻尼：颗粒间的摩擦影响因素：粒径、表面特性、粒状、脏污程度、板结程度石碴道床的减振效果钢轻接头部位的轨道振动情况：钢轨100－300g；轨枕20－50g；道床表层10－20g；道床底层及路基面2－5g；加速度衰减系数轨枕/钢轨＝0.13-0.17轨枕附近道碴/轨枕＝0.2-0.24轨枕下部道碴/轨枕＝0.32-0.38底部道碴/表层道碴＝0.45-0.73.固定轨道框架道床横向阻力的组成木枕（%）PC枕（%）枕底15

50枕盒55

25肩部30

25稳定轨道框架的因素组成道床65%、钢轨25%、扣件10%影响道床阻力的因素轨枕尺寸、重量、底面积与底面形状石碴道床的密实度粒径、级配、表面特性肩宽列车荷载维修作业4.排水5.方便维护第二节石碴道床材料有碴轨道维修工作量的1/3至1/2出现在道床，因此选择石碴的材料是减少轨道维修的关键。对道碴材料的检测方法、指标规定很详细，道碴检测的仪器种类繁多。一、道碴材料的检测指标体系1.物理力学指标：

抵抗残余变形及颗粒破碎的能力粒径和级配粒状及表面棱角密度和容重硬度和韧度吸水率和饱和率抗压强度2.耐久性指标：抵抗风化、崩解的能力冻融指标碳酸钙腐蚀性软脆道碴含量岩相特性3.渗漏参数：抵抗脏污及渗水排水能力道碴粉末的粘性道碴粉末的渗透性级配4.电导参数：电阻5.养护作业参数：振动密实度6.工程性能参数：抗剪性能、重复荷载变形积累、抗磨耗指数二、铁标中关于道碴指标的规定主要适用于我国重载铁路的TB/T2140-90对一级道碴的各种指标规定为：

（1）抗磨耗冲击性能：▼洛杉矾磨耗率LAA小于27▼标准集料冲击韧度IP大于95▼石料耐磨硬度系数K干磨大于18（2）抗压碎性能▼标准集料压碎率CA小于9▼道碴集料压碎率CA小于18（3）渗水性能▼渗透系数Pm大于4.5＊10－6cm/s▼石粉试模件抗压强度小于0.4MPa▼石粉液限LL大于20%▼石粉塑限PL大于12%（4）抗大气腐蚀破坏▼硫酸钠溶液浸泡损失率小于10%（5）稳定性能▼密度大于2.55g/cm3▼容重大于2.50g/cm3（6）软弱颗粒▼饱水单轴抗压强度小于20MPa（7）道碴级配(25-60mm）方孔筛边长162535.5455663过筛百分率%0-55-1525-4055-7592-9797-100（8）道碴清洁度指标▼针状指数（长度大于平均尺寸的1.8倍的颗粒含量）不大于50%▼片状指数（尺寸小于平均尺寸的0.6倍的颗粒含量）不大于50%▼粘土含量不大于0.5%▼粒径0.1mm以下的粉末含量不大于1%三、高速铁路的道砟级配道碴级配综合反映了道碴的粒径大小及各种粒径的组成比例，影响道床的许多质量指标，是道碴最重要的指标之一：

刚度、阻尼密实度、道床阻力道床应力与变形积累渗水排水性能维修性能等我国重载线路的宽级配道碴

（标准级配）TB/T2140-90道砟级配针对重载客货共线铁路、半机械、半手工维修提出的，采用“宽级配”。粒径分布范围宽，粗颗粒隙由更多小颗粒填充，增加颗粒接触面，有利于减少重载压力。“宽级配”有利于小型机械甚至人工作业时道床的密实。我国道碴的标准级配（25－60mm）方孔筋边长(mm)162535.5455663过筛质量百分比(%)0～55～1525～4055～7592～9797～100

我国高速铁路的窄级配道碴我国高速铁路道碴的窄级配曲线粒径[筛分机底筛和面筛筛孔边长(mm)]31.5～50级配方孔筛孔边长(mm)22.431.5405063过筛质量百分率(%)0～31～2530～6570～99100颗粒分布方孔筛孔边长(mm)31.5～50颗粒质量百分率(%)≥50高速道碴与标准道碴级配的区别道砟粒径分布相对集中，25－60mm，变为31.5－50mm。小筛由16mm变为为22.4mm，控制小粒径含量由5%变为3%。最大控制粒径没变(63mm)，但含量由0～3%减小为0%。高速铁路采用“窄级配”道砟的优点（1）有更大的内摩擦力，增加道床在列车振动荷载作用下的稳定性。（2）有利于延缓道床小颗粒在列车振动作用下的粉化。（3）防止道砟中小颗粒在高速列车风作用下的飞溅。（4）高速铁路几乎不再采用人工捣固作业的方法，采用窄级配不会影响道床作业质量。

四、高速铁路道碴的材质要求道砟颗粒形状和清洁度要求更高道砟颗粒的针状、片状指数由标准宽级配道碴的50%下降至20%。道砟中细小颗粒及粉末的含量直接采用了更加严格的欧洲道砟标准。

性能参数指标评估方法抗磨耗、抗冲击性能洛杉矶磨耗率LAA(%)≤18必须满足要求标准集料冲击韧度IP≥110至少有1项指标满足要求石料耐磨硬度系数K干磨＞18抗压碎性能标准集料压碎度CA(%)＜8两项指标同时满足要求道砟集料压碎率CB(%)＜17渗水性能渗透系数Pm(10-6cm/s)＞4.5至少有两项指标满足要求石粉试模件抗压强度σ(MPa)＜0.4石粉液限LL(%)＞20石粉塑限PL(%)＞11抗大气腐蚀性能硫酸钠容液浸泡损失率＜10均应满足要求稳定性能密度(g/cm3)＞2.55容重(g/cm3)＞2.55软弱颗粒饱水单轴抗压强度(MPa)≤20(含量少于10%)洛杉矶磨耗率LAA从≤20%降到≤18%)标准集料冲击韧度IP从≥100提升到≥110标准集料压碎率CA从≤9%降到≤8%道砟集料压碎率CB从≤18%降到≤17%石料耐磨硬度系数已无法提高第三节石碴道床的强化措施一、石碴道床的问题（1）过渡段处石碴道床容易变形而形成轨道不平顺

路－桥、路－隧等过渡段上，刚度突变引起较大的振动，石碴更易坍塌，导致轨面不平顺，影响线路结构的稳定和高速行车的舒适性。（2）道砟粉化严重

高速铁路有砟轨道的碎石道床承受着高频振动和冲击，道砟的磨损和粉化相当严重。德国曾明确规定：鉴于高速铁路道砟液化和粉化对轨道维修及运营的干扰，建议车速250km/h以上时全部采用无砟轨道。（3）高速铁路道床飞砟现象飞碴的危害高速飞起的道砟冲击钢轨致使钢轨表面擦伤严重；飞砟撞击列车底部损坏高速轨检车的检测设备。飞碴的原因冬季车辆上冰块下落引起道砟飞散。列车风：车速300km/h时，道床表面形成的列车风达50m/s以上。（4）桥上有砟轨道结构道砟液化车速200km/h以上时，桥面垂向加速度超过0.7～0.8g，且列车以某一速度运行时，将与梁体可能产生共