第三章高速铁路路基工程

第三章高速铁路路基一、高速铁路路基要求二、路基结构型式及主要技术标准三、路基填筑质量检测四、过渡段路基技术要求五、路基变形监测及评估目录1.基床的强度高、刚度大2.路基沉降很小或没有沉降3.路基刚度纵向平顺变化4.良好的耐久性一、高速铁路路基要求高速铁路路基要求按土工构筑物设计，应具有足够的强度、刚度、稳定性，满足耐久性要求，与相邻构筑的变形与刚度协调、统一，满足高速列车平稳、安全运营，以及旅客乘坐的舒适度要求。具有以下特点：1、强度高、刚度大普通铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。因为在强度破坏前，可能已出现了不容许的过大变形。2、路基沉降很小或没有沉降路基沉降变形主要包括三个方面：①列车行驶中路基面产生的弹性变形；②长期行车引起的基床累积下沉；③路基本体填土及地基的压缩下沉。各个规范工后沉降要求标准一般路基工后沉降/cm过渡段工后沉降/cm年沉降速率cm/y高速公路30156秦沈客运专线1584200km/h客货共线1584京沪高速铁路532时速300-350公里客运专线3纵向平顺度每20m小于20mm工后沉降：铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大，也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺，所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变（过渡段）3路基刚度纵向平顺变化4良好的耐久性列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须在这些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大。真正做到长寿命，少维修。二、路基结构型式及主要技术标准1、路基断面路基面宽度路基面宽度及横断面布置型式应根据线间距、轨道结构型式、曲线超高设置、通信信号和电力电缆槽布置、接触网立柱基础、声频障基础等因素，并应结合路基防排水等问题综合考虑确定。无砟轨道双线路堤标准横断面示意图无砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图无砟轨道双线非硬质岩路堑标准横断面示意图有砟轨道双线路堤标准横断面示意图有砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图有砟轨道双线非硬质岩路堑标准横断面示意图2、路基基床结构、材料规格及压实标准①基床厚度基床厚度(m)无碴轨道基床表层0.7基床底层2.3②基床填料基床厚度(m)无碴轨道基床表层级配碎石或级配砂砾石基床底层A、B组填料或改良土③基床表层的材料的规格砂砾石的级配范围表级配编号通过筛孔(mm)重量百分率（%）5040302010520.50.075110090-10065-8545-7030-5515-3510-204-102100900-10075-9550-7030-5515-3510-204-10310085-10060-8030-5015-3010-202-8④基床表层压实标准速度厚度（m）压实标准备注地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n变形模量Ev2（MPa）级配砂砾石0.7≥190≥5018%≥120级配碎石0.7≥190≥5018%≥120注：路基基床表层的K30（或Ev2）、Evd、n三项指标要求同时检测，均须满足压实标准要求。K30或Ev2的采用，具体应通过各类填料的填筑试验研究确定。⑤基床底层压实标准厚度填料压实标准改良细粒土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土2.3A、B组填料或改良土（C组细粒土改良土）地基系数K30(MPa/m)≥110≥130≥150压实系数K≥0.95//孔隙率n/＜28%＜28%动态变形模量Evd（MPa）≥35≥35≥35变形模量Ev2（MPa）≥60≥60≥60⑥路堤基床以下填料材料要求及压实标准填料压实标准改良细粒土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土A、B和C组填料（不含细粒土、粉砂、软块石土）或改良土地基系数K30(MPa/m)≥90≥110≥130压实系数K≥0.92//孔隙率n/＜31%＜31%变形模量Ev2（MPa/m）≥45≥45≥45三、路基填筑质量检测1.静态变形模量EV22.动态变形模量EVD3.地基系数K304.压实度（粒土压实系数K、粗粒土碎石类土孔隙率n）1、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EV1、EV2及EV1/EV2。（1）原理（2）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。2210..aaaSmax12115.1aarEvimax1第一次加载最大应力（MPa）r承压板半径（mm）a2二次项系数（mm/MPa2）a1一次项系数（mm/MPa）（2）结果分析2、Evd动态变形模量通过测试冲击动荷载的大小、板及板周围一定范围内填土面的动变形，求算路基土层的动模量。承载板的沉陷值越大，被测点的承载力越小，动模量也越小。因此，动模量能反应该处的承载力。（1）原理（2）仪器设备•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2、Evd动态变形模量•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。（3）计算公式（4）检测步骤•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。（5）记录表格3、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/mmmK25.125.130（1）原理（2）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。mMPamMPaSKSS/1681025.121.0330（3）试验结果Evd与K30的相关性4、路基压实系数测试maxddKK－压实系数ρd－土体压实后的干密度ρdmax－室内重型击实试验测定的最大干密度（1）公式（2）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•核子密度仪法四、过渡段路基技术要求•桥路过渡段•路堤与横向结构物(立交框构、箱涵)过渡段•隧路过渡段•堤堑过渡段•桥桥或桥隧之间的刚性过渡段1、类型透水软管200mm0.5充填混凝土Ts-100直径碎石加水泥5%5.0渗水墙0.72.3基床表层基床底层基床以下路堤1、桥路过渡段形式2、路堤与横向结构物连接图充填混凝土基床底层基床表层级配碎石2.03、路堤与路堑连接基床底层级配碎石路堤基床表层Ts-100透水软管直径200mm级配碎石掺5%水泥或C15砼桥与桥间距≤60m过渡段形式示意图回填C10混凝土0.5软式透水管100mm直径中粗砂渗水墙L≤60m渗水墙级配碎石掺5%水泥或C15砼地面线C20混凝土路肩线接桥C10混凝土垫层C20混凝土路肩线接桥C10混凝土垫层C10混凝土垫层C20混凝土IIII图c4、桥与桥之间的过渡段级配碎石掺5%水泥或C15砼L≤60m桥与隧间距≤60m过渡段形式示意图渗水墙直径软式透水管100mm0.5回填C10混凝土（弱～微风化硬质岩）中粗砂接隧道C20混凝土硬质岩隧线分界里程C20混凝土路肩线C10混凝土垫层C10混凝土垫层C20混凝土接桥伸缩缝，宽0.02mIIIIII图e挖台阶挖除换填级配碎石透水管≮1.5≯0.65、桥与隧之间的过渡段五、路基变形监测1、目的进行施工期间系统的沉降监测与系统的分析评估，来保证工后沉降控制精度。通过变形监测数据的综合分析与评估，验证或调整设计措施使路基地基处理达到规定的变形控制要求，分析推算地基的最终沉降量和工后沉降，确定无碴轨道铺设时间，同时观测数据还可作为竣工验交时控制工后沉降量的依据。2、监测内容与设置原则根据不同的路基高度，以及不同的地基条件，监测内容主要有：路堤及浅挖路基的路基面沉降监测、基底沉降监测、路堤本体沉降监测、过渡段不均匀变形的监测，另外软土或松软土地基路堤地段的边桩位移监测、桩网结构的加筋(土工格栅)应力、应变监测等。3、观测点布置和观测频次观测内容断面布置观测断面间隔适用条件路基面沉降路基两侧路肩或路基中心设置沉降观测点。100m1.地势平坦、地基条件良好；2.路堑或高度小于5m的路堤。路基面沉降与地基沉降1.路基两侧路肩或地基设置沉降观测点；2.代表性断面在地基和基床表层底面位置设置剖面沉降管。50m其它路基（复杂条件下需要加密）路基面沉降与地基沉降1.路基两侧路肩或地基设置沉降观测点；2.沿线路方向斜向对角线布置剖面沉降管。紧靠桥台设1断面、10m、30m处各设一个断面。过渡段注：对于不堆载预压的路基或观测期较短或拟采用修正对数或修正双曲线法进行沉降预测的路基，地基沉降的观测是非常必要的。路基面沉降监测桩路基本体沉降监测压缩变形层加固层底线或地层分界线单点位移计或分层沉降计变形监测剖面的基本布置图式边桩单点位移计或分层沉降计边桩压缩变形层沉降板路基面沉降监测桩路基本体基床底层基床表层地基深层沉降监测路堤基底沉降监测4、观测频次观测阶段观测频次填筑或堆载一般1次/天沉降量突变2～3次/天两次填筑间隔时间较长1次/3天堆载预压或路基施工完毕第1个月1次/周第2、3个月1次/2周3个月以后1次/月无碴轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月3～12个月1次/3月地基面实测沉降与施工过程的关系曲线-0.15-0.1-0.0500.050.10.1502004006008001000t(天)s(m)5、工后沉降的分析与评估（1）沉降曲线•工后沉降评估方法有：实测沉降推算法、沉降的反演分析推算法等，具体应根据工点的地基条件、路基高度、地基加固措施等因素确定，也可同时采用两种方法相互对比、验证。•利用实测数据推算最终沉降量方法很多，常用的有灰色模型GM（1，1）预测沉降法、泊松曲线预测地基沉降法、三点法、沉降速率法、星野法、修正双曲线法等。具体应根据工点的具体情况，视拟合程度的优劣，选择与实际情况较为吻合或接近的方法来推算最终沉降量、工后沉降量及沉降速率。（2）评估方法路基沉降预测应采用曲线回归法，并满足以下要求：根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92。沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8mm。路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：S(t)/S(t=∞)≥75%式中：S(t)：评估时实际的沉降观测值；S(t=