[科普中国]-基床

简介

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、路堤本体和地基。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变形影响很大，日本铁路的统计资料表明不良基床表层产生的轨道变形是好的基床表层的几倍，而且其差距还随速度的提高而拉大。因此，基床表层的设计是路基设计中的最重要部分。基床表层一是为轨道提供一个坚实的基础，二是为土基提供保护。2

设计荷载对高速铁路路基基床表层进行研究设计之前，首先需要对基床表层所承受的荷载做出明确的回答。对此，通过两条途径：一是准高速条件下的动应力实测，二是计算机模拟计算。实测两次，分别在铁道部科学研究院的环行试验基地和广深线进行。模拟计算是将车辆简化为一个转向架，轨道，轨枕，道床，路基分别用弹簧，阻尼模拟。然后计算机车通过（UIC.DF9）等高速铁路所允许的线路不平顺，如三角坑，错台时对轨道产生的动应力。除动应力最大值以外，基床设计还需要知道动荷载在路基面上的分布。根据在环行试验基地的实测，动应力最大值与应力扩散坡度存在线性关系。2

表层材料基床表层材料需要有丰富的来源，较大的刚度，在长期动力作用下能够保持稳定，并有很好的水稳性和较小的渗透系数。根据上述要求，欧洲铁路普遍使用级配砂砾石。它是用粒径大小不同的粗细砾石集料和砂各占一定比例的混合料，其颗粒组成符合密实级配要求其中包括一部分塑性指数较高的粘土，填充空隙并起粘结作用，经压实后形成密实结构。级配砂砾石在我国公路部门有相当丰富的使用经验，适合我国的施工水平，因此建议将级配砂砾石作为基床表层的首选材料。其级配曲线示于右图。2

表层厚度确定变形控制法以在列车荷载作用下路基顶面变形量不大于为控制条件。此法可简称为变形控制法。

变形控制的目的是使列车运行平顺，基床表层产生的应变不会导致表面铺装开裂，或塑性变形过大降低基床表层寿命。由于基床表层接近轨道，上下部分产生的动应变差别明显。同时道碴的粒径大，填土的粒径小，为与上下接触面之间粒径的匹配，一般又把表层分成上下两部分，上层较薄，大多为0.2-0.3m，要求模量高，对颗粒的耐磨性有一定要求。尽量选用石英质的砂砾石，粒径大的级配曲线，相当于道床底碴。下层的作用偏重于保护基床底层填土，颗粒粒径应与填土匹配，使填土颗粒不能进人基床表层，同时要求渗透系数小，显然应采用较细的级配曲线。

强度控制法以作用在基床表层下填土上的动应力不大于填土允许应力为控制条件。此法简称为强度控制法。

强度控制法的基本出发点是列车荷载通过基床表层传给基床底层填土产生的动应力必需小于其允许强度。所以该方法的主要内容是：1.确定作用于路基面上的设计动应力；2.确定路基基床底层填土的允许动强度。2

基床厚度的确定列车动应力由轨道、道床传至路基本体，然后沿深度逐渐衰减。一般将动应力影响较大的部分定义为路基基床。压实土的动三轴试验表明，当动静应力比在0.2以下时，加载10万次产生的塑性累积变形在0.2%以下，而且很快能达到稳定。如果动静应力比小于0.1以下，动荷载影响就相当微小了。因此，一般将动静应力比1/5或1/10作为确定基床厚度的依据。

在土质方面应严格按规范执行，避免使用C级填料。在压实质量方面，要求用双指标控制。即既需满足压实度要求，也需满足K30或回弹模量、强度方面的指标，这样做可以起到对填土含水量进行间接控制的作用。因为，含水量高了，K30值一般达不到要求，可以防止路基产生较大的动变形。试验还表明压实度高的土，水稳性好，不易遇水软化。有些土在含水量低的时候，地基系数可以达到较高值，但是压实度指标就不一定能满足。2