客運專線鐵路路基設計

客運專線鐵路路基設計路基橫斷面路基面形狀應為三角形，并設計為由路基面中心向兩側4％的橫向排水坡。曲線加寬時，仍應保持路基面三角形形狀。路基寬度：1路基穩(wěn)定的需要：特別是浸水后路堤邊坡的穩(wěn)定性。一般路堤浸水后邊坡部分土質軟化，在自重與列車產生的震動加速度的共同作用下，容易發(fā)生邊坡淺層坍滑，路肩較寬時，即使邊坡發(fā)生坍滑，也不影響路堤的承載部分，從而可使因邊坡坍滑而影響列車正常運行的事故大幅度減少。2、滿足養(yǎng)護維修的需要：在線路維修時，擱置或通行小型養(yǎng)路機械及維修作業(yè)，都

需要有一定的寬度。3、確保人員安全避讓距離的需要：盡管高速鐵路是全封閉的，運行期間人員不能進入線路范圍，但世界各國依然考慮人行的安全問題，德國在線路設計規(guī)范中把離線路中心3.5m以外作為安全區(qū)。此外，為路堤沉降（特別是高路堤和軟弱地基地段）及道床邊坡坍落適當留有余地，保持一定的路肩寬度是必要的?！?/p>

根據(jù)國外高速鐵路一些國家的路肩寬度設置來看，日本早期修建東海道新干線時，路肩寬度一側為0.5m，另一側為1.0m，但是1978年修訂路基規(guī)范時，則提高到兩側路堤均為1.2m，路塹為1.0m；法國修建巴黎—里昂TGV時，路肩寬為1.5～2.0m，大西洋TGV時就改為2.25m；德國兩側均為

1.3m。因此，基于以上分析，同時考慮其它國家的經(jīng)驗，將路基兩側路肩寬度均定為1.4m。客運專線鐵路路基設計荷載1、靜荷載鐵路路基面上作用有列車荷載和軌道荷載。列車荷載和軌道荷載是確定路基本體構造要求的一個重要依據(jù)。2、動荷載在列車動荷載作用下，路基保持長期穩(wěn)定是列車高速運行的基礎。要使路基保持長期穩(wěn)定，不產生任何危及正常運行的過大有害變形，就必須了解列車在高速運行時通過鋼軌、枕木、道床傳到路基表面的動應力幅值及其頻率，以及振動加速度及位移的大小?！?/p>

1）高速鐵路路基設計動應力幅值路基面動應力幅值是與列車速度、軸重、機車車輛動態(tài)特性、軌道結構、軌道不平順、距軌底深度及路基狀態(tài)有關的一個隨機函數(shù)?；谝陨系姆治鲅芯浚岢隽寺坊O計動應力幅值。按σdl＝0.26×P×(1+αV)(kPa)式中：高速鐵路無縫線路α=0.003準高速鐵路無縫線路α＝0.004P為機車車輛的靜軸重（按ZK荷載）；(1+αV)為沖擊系數(shù)；高速鐵路最大的沖擊系數(shù)為1.9，即速度在300km／h以內時，按上式計算，超過

300km/h時，按300km/h計。σdl

=0.26×200×(1+0.003×300)=98.8kPa≈100kPa·

2）路基面上的動應力沿線路縱向的分布在高速鐵路路基設計中，不僅需要知道列車荷載通過鋼軌、軌枕、道碴傳遞到路基面的動應力數(shù)值的大小，還需要了解其在路基面上沿線路縱向的分布情況。車輛最下方路基面動應力最大值及最大值沿線路縱向擴散距離存在如下關系式：

L=σmax/[(82.9+6.17×σmax)×0.1]列車動應力由軌道、道床傳至路基本體，沿深度逐漸衰減。在路基某一深度處，列車荷載引起的動應力只占路基自重荷載的一小部分，在此深度以下，動荷載對路基的影響很小，高速鐵路路基基床厚度按列車荷載產生的動應力與路基自重應力之比為0.2的原則確定計算結果表明：當動應力與自重應力之比為0.2時，深度約為3.0m，因此將基床厚度定為

3.0m?？瓦\專線鐵路路基基床表層設計基床表層厚度強度控制法：0.8m變形控制法:

0.7m基床表層應考慮防排水層。路基基床由表層和底層組成,表層厚度應為0.7m，底層厚度應為2.3m，總厚度為3.0m。其中，基床表層由5～10cm厚的瀝青混凝土和65～60cm厚的級配碎石或級配砂礫石組成?！?/p>

秦沈客運專線的試驗和凍害問題提醒我們：級配碎石雖然是優(yōu)質的基床表層填料，但是有限阻水的，具有一定的滲水性，如果基床底層的填料為細粒土或雖是粗粒土但細粒含量不均時，在雨季長時間的強降雨或冬季長時間低溫和積雪融化的條件下，表水可能會滲入級配碎石以下的基床底層中，從而產生凍害或翻漿冒泥、基床變形等病害，影響軌道的平順性。根據(jù)《暫規(guī)》和滬寧段初步設計國際咨詢的成果，并根據(jù)京滬高速鐵路沿線降雨分布和氣溫變化等氣候特點，經(jīng)過分析認為基床表層的防排水問題應在設計中引起重視。

2004年6月高速辦組織召開“高速鐵路路基瀝青混凝土防排水層”專題會議，確定在路基基床表層增設5~10cm瀝青混凝土防排水層，表層總厚度不變。另外,也可采用表層級配碎石摻入水泥、鋪設復合土工布等防排水材料等其他措施,經(jīng)過對比試驗后確定?；脖韺犹盍衔覈咚勹F路路基基床表層填料采用級配砂礫石和級配碎石級配砂礫石用粒徑大小不同的粗、細礫石集料和砂各占一定比例的混合料，其顆粒組成符合密實級配要求，其中包括一部分塑性指數(shù)較高的黏土填充孔隙并起粘結作用，經(jīng)壓實后形成密實結構。其強度的形成是靠集料間的摩擦力和細粒土的粘結力。級配曲線應接近圓滑，某種尺寸的粒徑不應過多或過少。為了提高承載能力，還要求顆粒中扁平及細長顆粒含量不超過20%，黏土團及有機物含量不超過2%形狀不合格的顆粒含量過多時，應摻入部分合格的材料。為了防止道碴嵌入或基床底層填料進入基床表層級配砂礫石與上部道床及下部填土之間應滿足

D15＜4d85（太沙基(Terzaghi)反濾準則）。當與基床底層填料之間不能滿足該要求時，基床表層應采用顆粒級配不同的兩層結構，或在基床底層表面鋪設土工合成材料。粒徑小于0.5mm的細集料的液限應小于28%，其塑性指數(shù)應小于6。級配砂礫石指標要求級配砂礫石級配要求級配碎石·

由粒徑大小不同的粗、細碎石集料和石屑各占一定比例的混合料，并且其顆粒組成

符合密實級配要求。級配碎石可由未篩分

碎石和石屑組配成。未篩分碎石是指控制

最大粒徑(僅過一個規(guī)定篩孔的篩)后，由碎石機軋制的未經(jīng)篩分的碎石料。它的理論

粒徑組成為0～50

mm，并且具有較好的級

配，可直接用作高速鐵路基床表層填料。

石屑是指實際顆粒組成常為0～10

mm的篩

余料，并具有良好的級配。級配碎石與上部道床碎石及下部填土之間應滿足D15＜4d85；針狀，片狀碎石含量不大于20%；質軟，易破碎的碎石含量不得超過10%；材料必須清潔，泥及有機物含量不得超過2%堅硬、耐磨、耐久，磨耗率≤30%(洛杉磯磨耗率)；碎石比重＞2.45，吸水量≤3.0%。級配碎石指標要求5級配碎石級配要求基床表層結構上層較薄，大多為0.2～0.3

m，要求變形模量高，有時還對顆粒的耐磨性提出要求，因此在選用砂石料時應采用石英質母巖。其次，為了提高該層的剛度，顆粒的最大粒徑可適當提高，粗顆粒含量增加。下層的作用偏重于保護，顆粒粒徑應與基床底層填料匹配，使基床底層填料不能進入基床表層，同時要求滲透系數(shù)小，至少要小于10-4m/s?；脖韺訅簩崢藴侍?/p>

料厚度（m）壓

實

標

準注地基系數(shù)K30（MPa/m）孔隙率n（%）級配砂礫石0.7≥190＜18

Evd：55MPa，45M級配碎石0.7≥190＜18路堤級配碎石0.55≥190＜18當為軟質巖、強風化的硬質巖及土質路塹時中粗砂0.15≥130＜18Pa注：基床表層的K30、Evd、n三項指標要求同時檢測，均必須滿足壓實標準?；驳讓訅簩崢藴侍盍虾穸龋╩）壓實標準細粒土粗粒土碎石類A、B組填料及改良土2.3地基系數(shù)K30（MPa/m）≥110≥130≥150Evd

≥40MP壓實系數(shù)Kha

三指標≥0.95控制孔隙率n（%）＜28＜28基床底層·

在填筑基床底層時，對粗粒土填料，細砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、礫應級配良好，其不

均勻系數(shù)Cu＞20。對不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并應與遠運土進行技術經(jīng)濟比較。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒徑級配。改良后的粗粒土其級配曲線應接近圓順，不均勻系數(shù)Cu＞20。細粒土可采用物理改良方法或化學改良方法，當采用化學改良方法時，應根據(jù)不同性質填料選擇適宜的摻合料，并進行不同配合比的室內物理、力學試驗，優(yōu)化配合比，滿足最不利氣候條件下的（如干濕、凍融循環(huán)后飽和）動應力要求，提出改良后的主要技術參數(shù)（如無側限抗壓強度qu等）?；驳讓犹盍细牧肌?/p>

物理改良目的：對填料的顆粒組成及級配進行改善，即在一種填料種摻入另一種填料，拌合均勻后使其級配改善，成為物理力學性質有所提高的新填料。途徑：摻入粗粒料（中粗砂），改善其級配條件；摻入較細顆粒（粘粒），通過提高其粘粉比增強其強度指標?；驳讓犹盍细牧蓟瘜W改良通過對填料加入摻入料，促使土與摻入料之間發(fā)生化學作用，從而使土的結構與性質發(fā)生較大的變化。摻入料為石灰、水泥、粉煤灰、土壤固化劑及其他有機及無機材料。水泥宜適用于改良不均勻系數(shù)Cu＞10，Ip≤12且WL＜40%的粘性土。

石灰宜改良粘粒含量大于10%及Ip＞12的粘性土?；驳讓犹盍细牧肌?/p>

改良土的物理力學性質①重型擊實試驗——最優(yōu)含水量與最大干密度土樣制備：對于水泥土，按不同含水量配土后浸潤一晝夜，于試驗前加入摻合料，立即拌合均勻，完成土樣制備，擊實試驗應在加入摻合料后1小時以內完成。對于石灰土，先將摻合料加入土中拌勻然后加水配土至一定含水量，浸潤一晝夜后方可進行試驗。基床底層填料改良·

②無側限抗壓強度試驗基床底層填料改良③改良土的滲透性滲透試驗采用南55型滲透儀裝置，按變水頭法對土部分配比改良土試件進行了滲透系數(shù)測定。試件養(yǎng)生齡期28天。④改良土的水穩(wěn)性改良土的水穩(wěn)性，也稱耐水性，是指其遇水時的穩(wěn)定性及抵抗因水分侵蝕而產生破壞的能力。進行水穩(wěn)性試驗主要是由于干濕循環(huán)和抗凍性試驗中均有浸水的過程，通過水穩(wěn)性試驗一方面可粗略比較素土和改良土水穩(wěn)性的優(yōu)劣，另一方面可以初步判斷干濕循環(huán)和抗凍性試驗能否順利進行?！?/p>

⑤干濕循環(huán)試驗改良土的耐干濕循環(huán)能力是指其抵抗自然環(huán)境

中水分變化產生破壞的能力.它是改良土耐久性最重要的指標之一。美國標準規(guī)定，經(jīng)12次干濕循環(huán)后，某種改良土的重量損失不能超過規(guī)定值，

滿足要求的改良土中的固化劑摻量即為安全用量。⑥凍融循環(huán)試驗改良土的抗凍性是指其抵抗自然環(huán)境中凍融產生破壞的能力，它也是評價改良土耐久性的關鍵指標之一。⑦改良土的動力特性應用振動三軸儀對改良土分別進行了動強度和動模量試驗，得出了各種改良土的臨界動應力、動模量、動靜比等重要參數(shù)，為最優(yōu)配比設計提供了可靠依據(jù)。改良土的容許動應力列車動應力波動系數(shù)表層以下z處的動應力改良土浸水飽和28d固結不排水剪靜強度安全系數(shù)1.5~2.0干濕循環(huán)靜強度損失系數(shù)動靜比（臨界動應力比靜強度）7天無側限抗壓強度高速鐵路路堤·

高速鐵路基床以下路堤填料要求①在列車和路堤自重荷載作用下，路堤能保持長期穩(wěn)定；②路堤本體的壓縮沉降能很快完成；③其力學特性不會受其他因素(水、溫度地震)影響而發(fā)生不利于路堤穩(wěn)定的變化。·

在填筑基床以下路堤時，部分粗粒土填料和粉、細砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、礫應級配良好，其不均勻系數(shù)Cu應大于12。對不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并應與遠運土進行技術經(jīng)濟比較。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒徑級配。改良后的粗粒土其級配曲線應接近圓順，不均勻系數(shù)Cu應大于12。C組細粒土中的粉黏土應使其黏粉比（黏粒重量/粉粒重量）＞22％，同時應滿足其無側限抗壓強度qu＞160kPa（或黏聚力＞65kPa）?！?/p>

既有鐵路建設經(jīng)驗表明，一般C組細粒土水穩(wěn)性差，易被沖蝕，邊坡穩(wěn)定性差，路基病害較普遍，且一般難以達到高速鐵路路堤下部壓實標準，需

要改良，故高速鐵路路堤不宜直接采用C組細粒土土填筑。路堤下部填料應優(yōu)先選用A、B組填料和C組塊石、碎石、礫石類填料；當選用C組細粒土填料時，應根據(jù)填料性質進行改良后填筑。C組中粉砂及易風化軟質巖填料不應直接作為下部填料，必須改良。細粒土可采用物理改良方法或化學改良方法，當采用化學改良方法時，應根據(jù)不同性質填料，選擇適宜的摻合料，并進行不同配合比的室內物理、力學試驗，優(yōu)化配合比。提出改良后的主要技術參數(shù)（如無側限抗壓強度qu等）?！?/p>

基床以下路堤填料的壓實標準填

料壓實標準細粒土粗粒土碎石類A、B、C組填料及改良土地基系數(shù)K30（MPa/m）≥90≥110≥130壓實系數(shù)Kh≥0.90孔隙率n（%）＜31＜31·

路基工后沉降量不應大于5cm，年沉降速率應小于2cm/年。橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不

應大于3cm?？瓦\專線鐵路路基的工后沉降地

層地

基

條

件基巖無條件碎、卵、礫石類無條件砂類土Ps≥5.0MPa或N≥10，且無地震液化可能黏性土Ps≥1.2MPa或[σ]≥0.15MPa1.2MPa≥Ps≥0.8MPa，且層厚小于2m注：N－標準貫入試驗錘擊數(shù)·

作為支承路堤的地基，不僅應有足夠的強度，能安全地支承路堤，不發(fā)生基底破壞，同時，還應具有一定的剛度，使地基不致

發(fā)生過量下沉。此外，即使發(fā)生地震，也

不致發(fā)生破壞和下沉。為確保上部軌道結

構的平順性，并減少養(yǎng)護維修工作量，高

速鐵路必須嚴格控制沉降變形，因此，對

地基的要求相應較高?！?/p>

日本對東海道新干線在經(jīng)過10年運營后，對路堤基底的下沉量、路堤地基的狀況、

線路維修量多少及難易程度進行了分類調

查，根據(jù)調查結果，提出了由地表起到約

為路基寬度的2倍(以25米為限)的深度范圍內支承路堤的地基的必要條件。滿足這些

條件的地基其路堤處于良好狀態(tài)，沒有發(fā)

生有問題的下沉現(xiàn)象(下沉量<10cm)，作為支承路堤的地基是合適的，并納入了規(guī)范。為使列車高速、安全、舒適運行，并盡可能減少維修，嚴格控制路基的變形、沉降是很重要的因素。路堤建成后發(fā)生的變形、沉降主要有：路堤（主要是基床）在列車荷載作用下發(fā)生的變形；路堤本體在自重作用下的壓密沉降；支承路基的地基壓密沉降。在路堤填料的材質與施工質量有保證的前提下，前兩部分的數(shù)值是有限的，路堤填土的壓密沉降主要通過壓實密度來控制。當路堤以粗粒土、碎石類土填筑時，約為路堤高度的0.1～0.3%；當以細粒土填筑時，約為路堤高度的0.3～0.5%。該部分沉降一般在路堤竣工之后一年左右完成。因此控制路堤沉降主要是控制地基的工后沉降。對軟土地基來說，由于軟土的壓縮性大，滲透系數(shù)小等特性，路堤建成后，不僅沉