一、路基工程的组成
铁路路基是铁路线路的重要组成部分。它与桥梁、隧道相连,共同组成一个线路整体。路基工程主要由三部分建筑物构成: 1 路基本体
路基本体是直接铺设轨道结构并承受列车荷载的部分,例如:路堤、路堑等。它是路基工程中的主体建筑物。
2 路基防护和加固建筑物
路基防护和加固建筑物属路基的附属建筑物,例如:挡土墙、护坡等。
3 路基排水设备
排水设备也属路基的附属建筑物,例如:排除地面水的排水沟、侧沟、天沟和排除地下水的排水槽、 渗水暗沟、渗水隧洞等。
对所有这些路基工程建筑物应如何正确合理地进行设计和施工是路基工程工作的基本内容。 二.路基工程的性质和特点
从路基所起的作用来看,路基是轨道的基础;从路基作为一种建筑物来看,它是一种土工结构物。作为一 种土工结构物,路基工程具有某些不同于一般的钢铁或混凝土结构物的独特的特点:
1 路基主要由松散的土(石)材料所构成.
路基或者直接以土(石)作建筑材料(例如路堤);或者直接建造在地层上(例如路堑支挡建筑物等)。
2 完全暴露在大自然中
路基处在各种复杂的变化着的自然条件之下,例如:地质、水、降雨、气候、地震等条件,因而它时刻受到自然条件变化的侵袭和破坏。因为路基材料是土等松散体,所以路基本身的强度和稳定性也是常常变化的。其工程性质对自然条件变化十分敏感,抵抗能力差。
3 路基同时受轨道静荷载和列车荷载的作用。列车荷载属交通荷载,其特点为多次重复作用。路基土在重复荷载作用下产生累积变形,而且土的强度会降低,表现出疲劳的特性。另一方面,路基同轨道结构一起共同组成的这种线路结构是一种相对松散连接的结构型式,抵抗动荷载的能力弱。
上述这些特点决定了路基工程的复杂性,我们必须分析研究路基工程所处的环境及工作条件,研究土的工程性质,掌握其变形和强度的变化规律,研究路基建筑物与土介质之间的相互作用,以及路基与轨道之间的动力学问题。在此基础上才能做出正确合理的设计,保证路基工程具有坚固、稳定和耐久性,能抵抗各种自然因素的侵袭和破坏。
一、路基横断面的基本形式
路基横断面是指垂直与线路中心线截取的断面。依其所处的地形条件不同,有两种基本形式:
1 路堤,如图 7-1 ( a )所示。
2 路堑,如图 7-2 ( b )所示。
图7-1 路基横断面形式
此外,还有半路堤 ﹑ 半路堑 ﹑ 半路堤半路堑 ﹑ 不填不挖路基,如图 7-1 (c)、(d)、(e)、(f)所示。
在进行路基设计时,先要进行横断面设计。路基横断面设计要解决的主要问题是确定横断面各部分的形状和尺寸,例如:路基面的形状和宽度,路基边坡的形状和坡度,等等。
横断面确定以后,再全面综合考虑路基工程在纵断面上的配合以及路基本体工程与其余各项工程的配合等。例如:路堤与路堑的过渡 ﹑ 纵向排水设计 ﹑ 挡土墙纵向设计等等。
二 路基横断面与线路平 ﹑ 纵面的空间关系
图 7-2 (a)表示一个土质路堤横断面。在路基面上,铺设道喳,为被道砟覆盖的那部分路基面称为路肩。路肩与边坡的交点称为路基顶肩的连线 aa'与横断面中线的交点为 O ,这个特征点 O 位于线路平、纵断面的中心线上。而它的地面上的投影 O'即为线路中心桩的位置。因此,在纵断面图上线路中心线的高程就是横断面图上 O 点的高程,即所谓路基高程。因为 O点的高程又与路肩高程(路基顶肩的高程)相同,所以,为测量工作方便起见,常用路肩高程代替路基高程。 对于某一个横断面,路基中心高度是指横断面上 O 点所表示的高度,也就是纵断面图上线路中心线所表示的填挖高度,对于路堑则称为路堑深度。路基边坡高度指坡顶与坡脚的高程差,如果左右两侧的高度不等,则规定以大者代表该横断面的边坡高度。
图 7-2 路基横断面与线路平、纵面的几何关系
三、路基横断面各构成部分及其设计原则
(一) 路肩高程
路肩的高程应保证路基不致被洪水淹没,也不致在地下水最高水位时因毛细水上升至路基面而产生冻胀或翻浆冒泥等病害。因此,对路基高程有一个最小值要求。
规范规定,路肩的最小高程应比设计洪水频率的水位连同波浪侵袭高和壅水现象)在内,再加 0.5m 富余量,如图 7-3 所示。采用的设计洪水频率,在一般情况下,Ⅰ、Ⅱ级铁路为 1/100 ,Ⅲ级铁路为 1/50 。
图7-3 路肩最小高程
通常,路肩的设计高程在线路平纵断面设计时先已确定。
(二) 路基面形状
1 路拱
水的危害是造成路基病害的重要原因,保证良好的排水条件是路基设计的重要原则。
因此,当路堤或路堑的土质为非渗水性土时,路基面不是作成水平状,而是作成有横向排水坡的拱状,称为路拱,以利于排除雨水,避免路基面处积水使土软化,造成病害。而岩质路基或用渗水材料(如碎石、卵石、砾石、粗砂或中砂)修筑的路基,因填料具有良好的渗水性能,降雨时短暂的湿润对强度影响不大,故路基面不需设成路拱而作成水平状即可。但对于多雨地区易风化的泥质岩石,因其在动荷载长期作用下易于软化,而发生翻浆冒泥病害,因此路基面应按土质路基作出路拱,这样,路基面的形状便视路基材料是否为渗水材料而分为有路拱和无路拱两种。
路拱的形状为三角形。单线路拱高 0.15cm ,一次修筑的双线路拱高 0.20cm ,如图 7-4 所示。曲线加宽时,仅奖路拱外侧坡度放缓。既有线修筑双线时,第二线路基面按 4% 排水横坡设计。
站场内路基面的形状可根据站内股道数目的多少选用单坡形、人字形或锯齿形,并在低谷处设置排水设备,如图 7-5 所示。
图7-5 站场内的路基面形状
2 有路拱和无路拱地段的连接
由于石质或其它渗水材料的路基面不设路拱,而且所需的道床厚度比普通土质路基小,因此当有路拱和无路拱两类地段相连接时,无路拱地段的路肩实际高程应高出有路拱地段的路肩,这样,才能保持轨顶高程一致,如图 7-6 所示。抬高的尺寸等于路拱高度加道床厚度的减少值。路肩抬高后,在与有路拱一端的土质路基连接处应向土质路基方向用渗水土作顺坡,顺坡的长度一般不小于 10m 。