高速鐵路路基工程概述

1、高速鐵路路基工程中國鐵道科學(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 實實 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)改良細改良細粒土粒土砂類土及砂類土及細礫土細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壓實系數(shù)壓實系數(shù)K0.92注：注：EV2 檢測時，檢測時，EV2 / EV13.0。高速鐵路路基技術(shù)特點n路基按照結(jié)構(gòu)物設(shè)計，填料和壓實標(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路基動態(tài)設(shè)計；n地基處理類型多。路基填筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高 n基床表層采用級配碎石強化結(jié)構(gòu)，K30 、Ev2、Evd、n 指標(biāo)滿足設(shè)計要求。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)計的主要控制因素，路基發(fā)生強度破壞之前，已經(jīng)出現(xiàn)了不能容許的變形；n我國對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。由于橋臺與路堤的剛度相差顯著，高速列車通過時對軌道結(jié)構(gòu)及列車自身會產(chǎn)生沖擊，從而降低列車運行的平穩(wěn)性和舒適度，加快結(jié)構(gòu)物和車輛的損壞。n為保證列車高速運行時的平穩(wěn)舒適，對路橋過渡段采用了剛度過渡的設(shè)計方法。在橋臺后一定范圍內(nèi)，采用剛度較大的級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。路基動態(tài)設(shè)計 n為了有效地控制工后沉降量及沉降速率，需要開展路基動態(tài)設(shè)計。n根據(jù)沉降觀測資料及沉降發(fā)展趨勢、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)壓土卸荷時間，以及鋪軌前對路基進行評估及合理確定鋪軌時間，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、基動態(tài)設(shè)計的成果可以為后續(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)濟對比，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對于有地震液化的粉土或粉細砂層的地基段，采用了擠密砂樁的處理方法；n新建的一些客運專線采用強夯、CFG樁、灰土擠密樁、樁網(wǎng)、樁板等地基處理方法。我國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、施工面臨的幾個問題；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、施工面臨的幾個問題n路基工后沉降預(yù)測技術(shù)；n特殊土地區(qū)低路堤、土質(zhì)路塹的個別設(shè)計；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。新技術(shù)的應(yīng)用n樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式的選取、設(shè)計計算理論及不同地質(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、動力特性和設(shè)計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、初步估計建筑物的沉降；n當(dāng)用于路基填料時，可初步評估填料的

6、壓實強度、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、級配等分組；n粗粒土按照粒徑、級配以及細顆粒含量分為A、B、C（分化的軟塊石為D）組；n細粒土按照液塑限及有機質(zhì)含量分為C、D、E組；n路基填料組的選擇按照設(shè)計要求選擇，客運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最少的機械功獲得最大壓實度；n輕型擊實試驗；n重型擊實試驗；n

7、灰土擊實試驗。鄭西客運專線路基試驗段鄭西客運專線試驗段坪塬村高速公路強夯水泥土擠密樁柱錘沖擴樁水泥土拌合柴油罐試驗段簡介n鄭西客運專線濕陷性黃土試驗段位于陜西省華陰市坪塬村，試驗段總長140m，地基處理采用了強夯、水泥土擠密樁和柱錘沖擴樁三種方法。路基本體和基床底層采用8石灰和5水泥改良土填筑，基床表層采用級配碎石填筑，3m堆載預(yù)壓進行路基沉降觀測。n試驗段進行了地基處理前檢測、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檢測、路基沉降觀測及路基浸水等科研項目。鄭西客運專線試驗段n地基處理n路基填筑n堆載預(yù)壓與沉降觀測n鐵路路基科研地基處理前檢測n機械鉆孔取樣n靜力觸探n雷

8、達測試n面波測試n荷載板試驗（1）地貌單元屬渭河II級階地，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）試驗場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為IV級（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%，擊實最大干密度為1.741.76g/cm3，最優(yōu)含水率為15.517%（輕型擊實）；（4）地下水位埋深為40.50m，地基處理可不考慮其影響 試驗范圍內(nèi)土層的端阻qc為1.389.6MPa，側(cè)摩阻fs為0.0300.202MPa地質(zhì)雷達測試顯示地基處理前在所有的雷達剖面上在深度為6.5m處，有一雷達波組連續(xù)，反射強烈的巖性界面(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 試驗場地天然黃土地基的基本承載力為90kPa地基處理n強夯n水泥土擠密樁n柱錘沖擴樁強夯n最后兩擊平均夯沉量不大于5cm ；n強夯加固地基的有效加固深度應(yīng)滿足設(shè)計要求，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，檢測方法和頻次應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定； n檢驗方法：動力觸探和靜力觸探。灰土擠密樁n成樁24h內(nèi)采取輕型動力觸探儀對成樁質(zhì)量進行檢測，擊數(shù)N10與現(xiàn)場試驗確定的干密度進行對比，其壓實系數(shù)K0.93；n灰土擠密樁完成714天后，采用平板載荷試驗檢測復(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。地基處理后檢測難點n強夯施工后確定N10、N63.5與壓實度K及承載力的關(guān)系；n灰土擠密樁N10與壓實度的關(guān)系確定；n取樣問題。路基填筑13.6級配碎石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度60KN/m0.4帶排水槽拱形骨架護坡骨架內(nèi)液壓噴播植草雙向土工格柵，抗拉強度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、 施工機械路基填筑檢測n靜態(tài)變形模量EV2n動態(tài)變形模量EVDn地基系數(shù)K30n壓實度（粒土壓實系數(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地面進行第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，用測得的承載板下應(yīng)力和與之相對應(yīng)的承載板中心沉降量S，來計算變形模量EV2及EV2EV1值的試驗方法。靜態(tài)變形模量靜態(tài)變形模量 Ev2試驗步驟試驗步驟n安放好測試儀器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，以約0.08MPa的增量逐級加載，達到0.5MPa或者沉降5mm后，進行卸載。n按最大加載的50、2

12、5、0分三級卸載。n依照第一次加載進行第二次加載，直到加到第一次最大荷載的倒數(shù)第二級。n每級加載或卸載在1min內(nèi)完成，每級荷載維持2min。動態(tài)變形模量動態(tài)變形模量 Evd n動態(tài)變形模量動態(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和沖擊時間和沖擊時間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動態(tài)變形模量（動態(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且沖擊時間且沖擊時間ts=18ms時標(biāo)定得到的，即時標(biāo)定得到的，即 =0.1 MPa； s 實測荷載板下沉幅值（實測荷載板下沉幅值（mm）；）； 1.5 荷載板形狀影響系數(shù)。荷載板形狀影響系數(shù)。n 實測結(jié)果測試三次實測結(jié)果測試三次,采用公式采用公式 Evd =22.5/s 計算。計算。 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沉陷測定儀沉陷測定儀(存儲

14、、與電腦連接存儲、與電腦連接)n打印機打印機 E Evd vd 動態(tài)變形模量測試儀動態(tài)變形模量測試儀Evd 動態(tài)變形模量測試步驟動態(tài)變形模量測試步驟n測試地面整平，必要時在荷載板下用中細砂或濕細砂找平；n進行三次預(yù)沖擊；n進行三次正式測試。K30平板載荷試驗nK30平板載荷試驗是采用直徑為30cm、厚度為25mm的剛性荷載板測定下沉量為1.25mm地基系數(shù)的試驗方法計量單位為MPa/mmmK25. 125. 130K30平板載荷試驗步驟n安裝好試驗設(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的增量逐級加載。每增加一級荷載當(dāng)1min的沉降量不大于該級荷載產(chǎn)生的沉降量的1時，增加下一級荷載；n總下沉量超過規(guī)定1.25mm，或者荷載強度超過估計的現(xiàn)場實際最大接觸壓力或者達到地基的屈服點，試驗終止。mMPamMPaSKSS/1681025. 121. 0330路基壓實度測試maxddKK壓實系數(shù)d土體壓實后的干密度dmax室內(nèi)重型擊實試驗測定的最大干密度壓實度測試方法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