高速铁路路基工程.docx

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高速铁路路基工程

高速铁路路基工程

中国铁道科学研究院

2002年11月27日

高速铁路路基技术特点

⏹路基按照结构物设计，填料和压实标准高；

⏹严格控制路基变形和工后沉降；

⏹路桥及横向构筑物间设置过渡段；

⏹路基动态设计；

⏹地基处理类型多。

路基填筑质量标准高

⏹基床表层采用级配碎石强化结构，K30、Ev2、Evd、n指标满足设计要求。

⏹基床底层采用A、B组或改良土填筑，K30、Ev2、K、n满足设计要求

⏹基床以下路基采用A、B、C组或改良土填筑，K30、Ev2、K、n满足设计要求

严格控制路基变形和工后沉降

⏹工后沉降是高速铁路路基设计的主要控制因素，路基发生强度破坏之前，已经出现了不能容许的变形；

⏹我国对无砟轨道的路基工后沉降要求一般不应超过扣件可调高量15mm，路桥路隧差异沉降不超过5mm。

路桥及横向构筑物间设置过渡段

⏹路桥及横向构筑物间的过渡段，是以往设计及施工中的薄弱环节，也是既有线发生路基病害的重要部位。

由于桥台与路堤的刚度相差显著，高速列车通过时对轨道结构及列车自身会产生冲击，从而降低列车运行的平稳性和舒适度，加快结构物和车辆的损坏。

⏹为保证列车高速运行时的平稳舒适，对路桥过渡段采用了刚度过渡的设计方法。

在桥台后一定范围内，采用刚度较大的级配碎石作为过渡填筑段，与路堤相接处采用1：

2的斜坡过渡。

路基动态设计

⏹为了有效地控制工后沉降量及沉降速率，需要开展路基动态设计。

⏹根据沉降观测资料及沉降发展趋势、工期要求等，采取相应的措施，如调整预压土高度，确定预压土卸荷时间，以及铺轨前对路基进行评估及合理确定铺轨时间，以确保铺轨后路基工后沉降量与沉降速率控制在允许范围内。

路基动态设计的成果可以为后续的轨道工程打下了良好的基础。

地基处理的种类多

⏹对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层处理；

⏹对于深层软基的主要地段采用袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压的处理方法；

⏹对于工后沉降要求高及路桥过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等地基处理方法；

⏹对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用了挤密砂桩的处理方法；

⏹新建的一些客运专线采用强夯、CFG桩、灰土挤密桩、桩网、桩板等地基处理方法。

我国高速铁路路基面临的主要问题

⏹技术标准的修改和完善；

⏹车－轨－路系统合理匹配理论研究；

⏹设计、施工面临的几个问题；

⏹新技术的应用。

技术标准的修改和完善

⏹路基工后沉降控制标准；

⏹无砟轨道路基基床厚度200－350km/h没有区分确定；

⏹地基刚度的标准，直接关系到地基处理的成本。

设计、施工面临的几个问题

⏹路基工后沉降预测技术；

⏹特殊土地区低路堤、土质路堑的个别设计；

⏹改良土的施工技术；

⏹复杂地质条件下的路基设计。

新技术的应用

⏹桩网结构形式的选取、设计计算理论及不同地质条件下的施工工艺尚未成熟；

⏹桩板结构是无砟轨道新的结构形式，其工作原理、动力特性和设计理论等需要开展研究。

土的工程分类

⏹可从土类和土名中初步了解其主要的工程特性；

⏹当用作地基土时，可结合其它指标确定地基土的承载力、初步估计建筑物的沉降；

⏹当用于路基填料时，可初步评估填料的压实强度、透水性和稳定性，合理的选择施工方案，这就是土的工程分类的目的。

路基填料的分组

⏹填料按照土的粒径、级配等分组；

⏹粗粒土按照粒径、级配以及细颗粒含量分为A、B、C（分化的软块石为D）组；

⏹细粒土按照液塑限及有机质含量分为C、D、E组；

⏹路基填料组的选择按照设计要求选择，客运专线基本采用较好的A组填料及灰土改良土填筑。

土的三相组成

土的基本物理指标

⏹天然密度

⏹土粒比重

反映土的松密程度指标

⏹孔隙比

⏹孔隙率

反映土的含水程度指标

⏹含水率

⏹土的饱和度

土的最大干密度和最优含水率

⏹最少的机械功获得最大压实度；

⏹轻型击实试验；

⏹重型击实试验；

⏹灰土击实试验。

郑西客运专线路基试验段

试验段简介

⏹郑西客运专线湿陷性黄土试验段位于陕西省华阴市坪塬村，试验段总长140m，地基处理采用了强夯、水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩三种方法。

路基本体和基床底层采用8％石灰和5％水泥改良土填筑，基床表层采用级配碎石填筑，3m堆载预压进行路基沉降观测。

⏹试验段进行了地基处理前检测、地基处理和路基填筑施工工艺、路基填筑工艺、地基处理和路基填筑试验检测、路基沉降观测及路基浸水等科研项目。

郑西客运专线试验段

⏹地基处理

⏹路基填筑

⏹堆载预压与沉降观测

⏹铁路路基科研

地基处理前检测

⏹机械钻孔取样

⏹静力触探

⏹雷达测试

⏹面波测试

⏹荷载板试验

地基处理

⏹强夯

⏹水泥土挤密桩

⏹柱锤冲扩桩

强夯

⏹最后两击平均夯沉量不大于5cm；

⏹强夯加固地基的有效加固深度应满足设计要求，有效深度范围内地基土应满足：

标贯击数修正后的N63.5≥10，粘性土Ps＞1.2MPa，砂类土Ps≥5.0MPa，地基承载力σ0≥0.15MPa，检测方法和频次应符合相关规定；

⏹检验方法：

动力触探和静力触探。

灰土挤密桩

⏹成桩24h内采取轻型动力触探仪对成桩质量进行检测，击数N10与现场试验确定的干密度进行对比，其压实系数K≥0.93；

⏹灰土挤密桩完成7～14天后，采用平板载荷试验检测复合地基承载力，复合地基承载力：

一般填方地段σ0≥0.15MPa，支挡结构地段地基最小容许承载力［σ］=200kPa。

地基处理后检测难点

⏹强夯施工后确定N10、N63.5与压实度K及承载力σ的关系；

⏹灰土挤密桩N10与压实度的关系确定；

⏹取样问题。

路基填筑

施工机械

路基填筑检测

⏹静态变形模量EV2

⏹动态变形模量EVD

⏹地基系数K30

⏹压实度（粒土压实系数K、粗粒土碎石类土孔隙率n）

静态变形模量Ev2

⏹通过直径300mm圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力σ和与之相对应的承载板中心沉降量S，来计算变形模量EV2及EV2／EV1值的试验方法。

静态变形模量Ev2试验步骤

⏹安放好测试仪器

⏹预加0.01MPa荷载约30S，待稳定后卸除荷载，将表调零。

⏹第一次加载至少分6级，以约0.08MPa的增量逐级加载，达到0.5MPa或者沉降5mm后，进行卸载。

⏹按最大加载的50％、25％、0分三级卸载。

⏹依照第一次加载进行第二次加载，直到加到第一次最大荷载的倒数第二级。

⏹每级加载或卸载在1min内完成，每级荷载维持2min。

动态变形模量Evd

⏹动态变形模量Evd（dynamicmodulusofdeformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。

Evd=1.5×r×σ/s

其中：

Evd——动态变形模量（MPa）；

r——圆形刚性荷载板的半径150mm；

σ——荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力Fs=7.07KN且冲击时间ts=18ms时标定得到的，即σ=0.1MPa；

s——实测荷载板下沉幅值（mm）；

1.5——荷载板形状影响系数。

⏹实测结果测试三次,采用公式Evd=22.5/s计算。

主要结构组成

⏹加载装置

①挂（脱）钩装置（带水准泡）

②导向杆

③落锤（10kg）

④阻尼装置

⏹荷载板

①圆形钢板

②传感器

⏹沉陷测定仪（存储、与电脑连接）

⏹打印机

Evd动态变形模量测试步骤

⏹测试地面整平，必要时在荷载板下用中细砂或湿细砂找平；

⏹进行三次预冲击；

⏹进行三次正式测试。

K30平板载荷试验

⏹K30平板载荷试验是采用直径为30cm、厚度为25mm的刚性荷载板测定下沉量为1.25mm地基系数的试验方法计量单位为MPa/m

K30平板载荷试验步骤

⏹安装好试验设备；

⏹预加0.01MPa荷载约30S，待稳定后卸除荷载，将表调零；

⏹以0.04MPa的增量逐级加载。

每增加一级荷载当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1％时，增加下一级荷载；

⏹总下沉量超过规定1.25mm，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力或者达到地基的屈服点，试验终止。

路基压实度测试

压实度测试方法

⏹环刀法：

粉土、黏性土

⏹灌砂法：

最大粒径小于20mm

⏹灌水法：

最大粒径小于60mm

⏹蜡封法：

易碎的土

⏹核子密度仪法：

不能用于石灰改良土

孔隙率n

路基沉降观测

⏹工后沉降：

路基建成铺轨后产生的沉降量，包括路基填土压密下沉、行车动荷载引起的基床累计变形和地基产生的工后沉降（主要）。

⏹工后沉降是利用实测的荷载－时间－沉降曲线，选择有关函数对曲线进行拟合，进而推算工后沉降。

铁路路基科研

⏹路基动态测试：

动应力、动变形

⏹综合试验

⏹过渡段加固试验

⏹原位膨胀力试验

⏹湿陷性黄土地基浸水试验