高速鐵路路基工程概述

1、高速鐵路路基工程中國(guó)鐵道科學(xué)研究院2002年11月27日321.5km/h雙線標(biāo)準(zhǔn)路堤橫斷面雙線標(biāo)準(zhǔn)路堤橫斷面(350km/h)606060基床以下路基基床以下路基壓壓 實(shí)實(shí) 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)改良細(xì)改良細(xì)粒土粒土砂類土及砂類土及細(xì)礫土細(xì)礫土碎石類及碎石類及粗礫土粗礫土地基系數(shù)地基系數(shù)K30 (MPa/m)90110130變形模量變形模量Ev2（MPa）454545孔孔 隙隙 率率n （%）3131壓實(shí)系數(shù)壓實(shí)系數(shù)K0.92注：注：EV2 檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)時(shí)，EV2 / EV13.0。高速鐵路路基技術(shù)特點(diǎn)n路基按照結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)，填料和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)高；n嚴(yán)格控制路基變形和工后沉降；n路橋及橫向構(gòu)筑物間設(shè)置過渡段；

2、n路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；n地基處理類型多。路基填筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高 n基床表層采用級(jí)配碎石強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，K30 、Ev2、Evd、n 指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。n基床底層采用A、B組或改良土填筑， K30、Ev2、K 、n滿足設(shè)計(jì)要求n基床以下路基采用A、B、C組或改良土填筑， K30、Ev2、K 、n滿足設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制路基變形和工后沉降n工后沉降是高速鐵路路基設(shè)計(jì)的主要控制因素，路基發(fā)生強(qiáng)度破壞之前，已經(jīng)出現(xiàn)了不能容許的變形；n我國(guó)對(duì)無砟軌道的路基工后沉降要求一般不應(yīng)超過扣件可調(diào)高量15mm，路橋路隧差異沉降不超過5mm。路橋及橫向構(gòu)筑物間設(shè)置過渡段n路橋及橫向構(gòu)筑物間的過渡段，是以往設(shè)計(jì)及施工中的薄弱環(huán)節(jié)，也是既

3、有線發(fā)生路基病害的重要部位。由于橋臺(tái)與路堤的剛度相差顯著，高速列車通過時(shí)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)及列車自身會(huì)產(chǎn)生沖擊，從而降低列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適度，加快結(jié)構(gòu)物和車輛的損壞。n為保證列車高速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)舒適，對(duì)路橋過渡段采用了剛度過渡的設(shè)計(jì)方法。在橋臺(tái)后一定范圍內(nèi)，采用剛度較大的級(jí)配碎石作為過渡填筑段，與路堤相接處采用1：2的斜坡過渡。路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) n為了有效地控制工后沉降量及沉降速率，需要開展路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。n根據(jù)沉降觀測(cè)資料及沉降發(fā)展趨勢(shì)、工期要求等，采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整預(yù)壓土高度，確定預(yù)壓土卸荷時(shí)間，以及鋪軌前對(duì)路基進(jìn)行評(píng)估及合理確定鋪軌時(shí)間，以確保鋪軌后路基工后沉降量與沉降速率控制在允許范圍內(nèi)。路

4、基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的成果可以為后續(xù)的軌道工程打下了良好的基礎(chǔ)。地基處理的種類多n對(duì)于淺層軟弱地基采用了換填碾壓處理、或換填砂墊層處理；n對(duì)于深層軟基的主要地段采用袋裝砂井、塑料排水板的排水固結(jié)加預(yù)壓的處理方法；n對(duì)于工后沉降要求高及路橋過渡段，根據(jù)地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)對(duì)比，采用了砂樁、碎石樁、粉噴樁、攪拌樁、旋噴樁等地基處理方法；n對(duì)于有地震液化的粉土或粉細(xì)砂層的地基段，采用了擠密砂樁的處理方法；n新建的一些客運(yùn)專線采用強(qiáng)夯、CFG樁、灰土擠密樁、樁網(wǎng)、樁板等地基處理方法。我國(guó)高速鐵路路基面臨的主要問題n技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修改和完善；n車軌路系統(tǒng)合理匹配理論研究；n設(shè)計(jì)、施工面臨的幾個(gè)問題；n新技術(shù)的應(yīng)用。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

5、的修改和完善n路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)；n無砟軌道路基基床厚度200350km/h沒有區(qū)分確定；n地基剛度的標(biāo)準(zhǔn)，直接關(guān)系到地基處理的成本。設(shè)計(jì)、施工面臨的幾個(gè)問題n路基工后沉降預(yù)測(cè)技術(shù)；n特殊土地區(qū)低路堤、土質(zhì)路塹的個(gè)別設(shè)計(jì)；n改良土的施工技術(shù)；n復(fù)雜地質(zhì)條件下的路基設(shè)計(jì)。新技術(shù)的應(yīng)用n樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式的選取、設(shè)計(jì)計(jì)算理論及不同地質(zhì)條件下的施工工藝尚未成熟；n樁板結(jié)構(gòu)是無砟軌道新的結(jié)構(gòu)形式，其工作原理、動(dòng)力特性和設(shè)計(jì)理論等需要開展研究。土的工程分類n可從土類和土名中初步了解其主要的工程特性；n當(dāng)用作地基土?xí)r，可結(jié)合其它指標(biāo)確定地基土的承載力、初步估計(jì)建筑物的沉降；n當(dāng)用于路基填料時(shí)，可初步評(píng)估填料的

6、壓實(shí)強(qiáng)度、透水性和穩(wěn)定性，合理的選擇施工方案，這就是土的工程分類的目的 。路基填料的分組n填料按照土的粒徑、級(jí)配等分組；n粗粒土按照粒徑、級(jí)配以及細(xì)顆粒含量分為A、B、C（分化的軟塊石為D）組；n細(xì)粒土按照液塑限及有機(jī)質(zhì)含量分為C、D、E組；n路基填料組的選擇按照設(shè)計(jì)要求選擇，客運(yùn)專線基本采用較好的A組填料及灰土改良土填筑。土的三相組成土的基本物理指標(biāo)n天然密度n土粒比重vm)4(CvmGsss反映土的松密程度指標(biāo)n孔隙比n孔隙率SVVVe VVnV反映土的含水程度指標(biāo)n含水率n土的飽和度smmVrVVS土的最大干密度和最優(yōu)含水率n最少的機(jī)械功獲得最大壓實(shí)度；n輕型擊實(shí)試驗(yàn)；n重型擊實(shí)試驗(yàn)；n

7、灰土擊實(shí)試驗(yàn)。鄭西客運(yùn)專線路基試驗(yàn)段鄭西客運(yùn)專線試驗(yàn)段坪塬村高速公路強(qiáng)夯水泥土擠密樁柱錘沖擴(kuò)樁水泥土拌合柴油罐試驗(yàn)段簡(jiǎn)介n鄭西客運(yùn)專線濕陷性黃土試驗(yàn)段位于陜西省華陰市坪塬村，試驗(yàn)段總長(zhǎng)140m，地基處理采用了強(qiáng)夯、水泥土擠密樁和柱錘沖擴(kuò)樁三種方法。路基本體和基床底層采用8石灰和5水泥改良土填筑，基床表層采用級(jí)配碎石填筑，3m堆載預(yù)壓進(jìn)行路基沉降觀測(cè)。n試驗(yàn)段進(jìn)行了地基處理前檢測(cè)、地基處理和路基填筑施工工藝、路基填筑工藝、地基處理和路基填筑試驗(yàn)檢測(cè)、路基沉降觀測(cè)及路基浸水等科研項(xiàng)目。鄭西客運(yùn)專線試驗(yàn)段n地基處理n路基填筑n堆載預(yù)壓與沉降觀測(cè)n鐵路路基科研地基處理前檢測(cè)n機(jī)械鉆孔取樣n靜力觸探n雷

8、達(dá)測(cè)試n面波測(cè)試n荷載板試驗(yàn)（1）地貌單元屬渭河II級(jí)階地，勘探深度內(nèi)地基土由砂質(zhì)黃土、黑壚土、古土壤、粉質(zhì)粘土及砂層組成；（2）試驗(yàn)場(chǎng)地屬自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為IV級(jí)（很嚴(yán)重）； （3）地基處理深度范圍內(nèi)天然含水率為12.2 20.4%，擊實(shí)最大干密度為1.741.76g/cm3，最優(yōu)含水率為15.517%（輕型擊實(shí)）；（4）地下水位埋深為40.50m，地基處理可不考慮其影響 試驗(yàn)范圍內(nèi)土層的端阻qc為1.389.6MPa，側(cè)摩阻fs為0.0300.202MPa地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試顯示地基處理前在所有的雷達(dá)剖面上在深度為6.5m處，有一雷達(dá)波組連續(xù)，反射強(qiáng)烈的巖性界面(軟弱夾層)地基處理深度

9、范圍內(nèi)剪切波波速為189.9 207.0m/s 試驗(yàn)場(chǎng)地天然黃土地基的基本承載力為90kPa地基處理n強(qiáng)夯n水泥土擠密樁n柱錘沖擴(kuò)樁強(qiáng)夯n最后兩擊平均夯沉量不大于5cm ；n強(qiáng)夯加固地基的有效加固深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，有效深度范圍內(nèi)地基土應(yīng)滿足：標(biāo)貫擊數(shù)修正后的N63.510，粘性土Ps1.2MPa，砂類土Ps5.0MPa，地基承載力00.15MPa，檢測(cè)方法和頻次應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定； n檢驗(yàn)方法：動(dòng)力觸探和靜力觸探?；彝翑D密樁n成樁24h內(nèi)采取輕型動(dòng)力觸探儀對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，擊數(shù)N10與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的干密度進(jìn)行對(duì)比，其壓實(shí)系數(shù)K0.93；n灰土擠密樁完成714天后，采用平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)復(fù)合地基承

10、載力，復(fù)合地基承載力：一般填方地段00.15MPa，支擋結(jié)構(gòu)地段地基最小容許承載力=200kPa。地基處理后檢測(cè)難點(diǎn)n強(qiáng)夯施工后確定N10、N63.5與壓實(shí)度K及承載力的關(guān)系；n灰土擠密樁N10與壓實(shí)度的關(guān)系確定；n取樣問題。路基填筑13.6級(jí)配碎石5%7%水泥改良土8%10%石灰改良土5%水泥改良土鋪設(shè)2層雙向土工格柵抗拉強(qiáng)度60KN/m0.4帶排水槽拱形骨架護(hù)坡骨架內(nèi)液壓噴播植草雙向土工格柵，抗拉強(qiáng)度25KN/m寬度3m，層距0.5m二八灰土墊層厚度0.3mM7.5漿砌片石厚度0.3m8.03.01:1.51:1堆載預(yù)壓土方0.60.42.32.05.00.1 0.80.1路基典型橫斷面圖

11、 施工機(jī)械路基填筑檢測(cè)n靜態(tài)變形模量EV2n動(dòng)態(tài)變形模量EVDn地基系數(shù)K30n壓實(shí)度（粒土壓實(shí)系數(shù)K、粗粒土碎石類土孔隙率n）靜態(tài)變形模量靜態(tài)變形模量 Ev2n通過直徑300mm圓形承載板和加載裝置對(duì)地面進(jìn)行第一次加載和卸載后，再進(jìn)行第二次加載，用測(cè)得的承載板下應(yīng)力和與之相對(duì)應(yīng)的承載板中心沉降量S，來計(jì)算變形模量EV2及EV2EV1值的試驗(yàn)方法。靜態(tài)變形模量靜態(tài)變形模量 Ev2試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟n安放好測(cè)試儀器n預(yù)加0.01MPa荷載約30S，待穩(wěn)定后卸除荷載，將表調(diào)零。n第一次加載至少分6級(jí)，以約0.08MPa的增量逐級(jí)加載，達(dá)到0.5MPa或者沉降5mm后，進(jìn)行卸載。n按最大加載的50、2

12、5、0分三級(jí)卸載。n依照第一次加載進(jìn)行第二次加載，直到加到第一次最大荷載的倒數(shù)第二級(jí)。n每級(jí)加載或卸載在1min內(nèi)完成，每級(jí)荷載維持2min。動(dòng)態(tài)變形模量動(dòng)態(tài)變形模量 Evd n動(dòng)態(tài)變形模量動(dòng)態(tài)變形模量Evd （dynamic modulus of deformation）是指土體）是指土體在一定大小的豎向沖擊力在一定大小的豎向沖擊力Fs和沖擊時(shí)間和沖擊時(shí)間ts作用下抵抗變形能力的作用下抵抗變形能力的參數(shù)。參數(shù)。 Evd =1.5r /s 其中：其中：Evd動(dòng)態(tài)變形模量（動(dòng)態(tài)變形模量（MPa）；）； r 圓形剛性荷載板的半徑圓形剛性荷載板的半徑150mm； 荷載板下的最大沖擊動(dòng)應(yīng)力，它是通過在

13、剛性基礎(chǔ)上，荷載板下的最大沖擊動(dòng)應(yīng)力，它是通過在剛性基礎(chǔ)上，由最大沖擊力由最大沖擊力Fs=7.07KN且沖擊時(shí)間且沖擊時(shí)間ts=18ms時(shí)標(biāo)定得到的，即時(shí)標(biāo)定得到的，即 =0.1 MPa； s 實(shí)測(cè)荷載板下沉幅值（實(shí)測(cè)荷載板下沉幅值（mm）；）； 1.5 荷載板形狀影響系數(shù)。荷載板形狀影響系數(shù)。n 實(shí)測(cè)結(jié)果測(cè)試三次實(shí)測(cè)結(jié)果測(cè)試三次,采用公式采用公式 Evd =22.5/s 計(jì)算。計(jì)算。 主要結(jié)構(gòu)組成n加載裝置加載裝置 掛（脫）鉤裝置掛（脫）鉤裝置(帶水準(zhǔn)泡帶水準(zhǔn)泡) 導(dǎo)向桿導(dǎo)向桿 落錘（落錘（10kg） 阻尼裝置阻尼裝置n荷載板荷載板 圓形鋼板圓形鋼板 傳感器傳感器n沉陷測(cè)定儀沉陷測(cè)定儀(存儲(chǔ)

14、、與電腦連接存儲(chǔ)、與電腦連接)n打印機(jī)打印機(jī) E Evd vd 動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀Evd 動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試步驟動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試步驟n測(cè)試地面整平，必要時(shí)在荷載板下用中細(xì)砂或濕細(xì)砂找平；n進(jìn)行三次預(yù)沖擊；n進(jìn)行三次正式測(cè)試。K30平板載荷試驗(yàn)nK30平板載荷試驗(yàn)是采用直徑為30cm、厚度為25mm的剛性荷載板測(cè)定下沉量為1.25mm地基系數(shù)的試驗(yàn)方法計(jì)量單位為MPa/mmmK25. 125. 130K30平板載荷試驗(yàn)步驟n安裝好試驗(yàn)設(shè)備；n預(yù)加0.01MPa荷載約30S，待穩(wěn)定后卸除荷載，將表調(diào)零；n以0.04MPa的增量逐級(jí)加載。每增加一級(jí)荷載當(dāng)1min的沉降量不大于該級(jí)荷載產(chǎn)生的沉降量的1時(shí)，增加下一級(jí)荷載；n總下沉量超過規(guī)定1.25mm，或者荷載強(qiáng)度超過估計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最大接觸壓力或者達(dá)到地基的屈服點(diǎn)，試驗(yàn)終止。mMPamMPaSKSS/1681025. 121. 0330路基壓實(shí)度測(cè)試maxddKK壓實(shí)系數(shù)d土體壓實(shí)后的干密度dmax室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定的最大干密度壓實(shí)度測(cè)試方法n環(huán)刀法：粉土、黏性土n灌砂法：最大粒徑小于20mmn灌水法：最大粒徑小于60mmn蠟封法：易碎的土n核子密度儀法：不能用于石灰改良土孔隙率n1)01. 01 (sde100)1(een路基沉降觀測(cè)n工后沉降：路基建成鋪軌后產(chǎn)生的沉降量，包括路基填土壓密下沉、行車