高速铁路路基工程技术-史存林

1高速铁路路基工程技术中国铁道科学研究院铁道建筑研究所史存林13601078303,[e-mail]2高速铁路路基工程技术•一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•二、大同至张家口高速铁路的路基内容•三、地基处理施工工艺及方法•四、路基填筑压实工艺及方法•五、路基施工检测技术•六、路基施工排水和防护支挡•七、路基沉降评估方法及控制3一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•1.1高速铁路路基设计原则•1.2高速铁路设计规范中路基主要内容4一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•1.1高速铁路路基设计原则•（1）路基是土工结构物——应考虑路基填料类型、结构尺寸和压实标准等•（2）路基是轨道的基础——应考虑路基结构有足够的刚度、稳定性和平顺性的要求。即应考虑路基表层刚度、工后沉降控制、路桥过渡处理等。•（3）路基主体应是免维修结构——在列车荷载作用下路基面不得出现路基病害。5一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•高速铁路设计规范——6路基•6.1一般规定•6.2路基面形状及宽度•6.3基床•6.4路堤•6.5路堑•6.6过渡段•6.7路基排水•6.8路基防护•6.9路基支挡•6.10路基变形观测及评估•6.11接口设计6一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.1一般规定•6.1.1路基主体工程应按土工结构物进行设计。•6.1.2路基主体工程设计使用年限为100年。路基排水设施结构设计使用年限为30年，路基边坡防护结构设计使用年限为60年。•6.1.3路基工程应保证列车高速行使的安全性和舒适性。路基基床结构的刚度应满足列车运行时产生的弹性变形控制在一定范围内的要求；其强度应能承受列车荷载的长期作用；其厚度应使扩散到其底层面上的动应力不超出基床底层土的承载能力。基床表层结构应能防止地表水侵入导致基床软化及产生翻浆冒泥、冻胀等基床病害。•6.1.5路基填料最大粒径在基床底层内应小于60mm，在基床以下路堤内应小于75mm。7•6.1.7路基填筑前应进行现场填筑试验。•6.1.8路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路堑、有砟轨道与无砟轨道等连接处均应设置过渡段，实现刚度及变形在线路纵向的均匀变化。•6.1.10路基工后沉降值应控制在允许范围内，并进行系统的沉降观测；铺轨前应根据沉降观测资料进行分析评估，评估通过后方可进行轨道铺设。•6.1.11路基边坡工程应采用植物防护于工程防护相结合的措施，并兼顾景观与环境保护、水土保持、节约土地等要求。一、高速铁路设计规范中路基的主要内容8•6.1.12路基防排水工程应系统规划、设计完整，并与桥涵、隧道、轨道、站场等排水设施有效衔接，形成完整的排水系统。•6.1.13路基设计应符合防灾减灾要求，提高路基抵抗连续强降雨、洪水及地震等自然灾害的能力。•6.1.17利用既有铁路地段的路基设计标准应按设计速度或路段设计速度标准确定，困难条件下经经济比选后可维持既有铁路路基标准；联络线、动车组走行线等路基设计应按相应的设计速度标准确定。•6.1.18路基工程应加强接口设计，合理设置电缆槽、电缆过轨、接触网支柱基础、声屏障基础及综合接地等相关工程，避免因相关工程影响路基防排水系统、路基强度及稳定。一、高速铁路设计规范中路基的主要内容9•6.2路基面形状及宽度•6.2.1无砟轨道支承层（或底座）底部范围内路基面可水平设置，支承层（或底座）外侧路基面两侧设置不小于4%的横向排水坡。有砟轨道路基面形状应为三角形，由路基面中心向两侧设置不小于4%的横向排水坡。曲线加宽时，路基面仍应保持三角形。•6.2.2有砟轨道路基两侧的路肩宽度，双线不应小于1.4m，单线不应小于1.5m。一、高速铁路设计规范中路基的主要内容10一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.3基床•6.3.1路基基床应由基床表层和基床底层构成。基床表层厚度无砟轨道为0.4m，有砟轨道为0.7m，基床底层厚度为2.3m。•6.3.2基床表层应填筑级配碎石，无砟轨道及严寒、寒冷地区有砟轨道级配碎石填筑压实后的渗透系数应大于5×10-5m/s，压实标准应符合表6.3.2-1规定。压实标准级配碎石压实系数K≥0.97地基系数K30（MPa/m）≥190动态变形模量Evd（MPa）≥55表6.3.2-1基床表层压实标准11一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.3.3基床底层应采用A、B组填料或改良土，A、B组填料粒径级配应符合压实性能要求。严寒、寒冷地区冻结深度大于基床表层厚度时，其冻结深度影响范围内A、B组填料的细颗粒含量应小于5%，且填筑压实后的渗透系数应大于5×10-5m/s。基床底层压实标准应符合表6.3.3的规定。表6.3.3基床底层填料及压实标准压实标准化学改良土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土压实系数K≥0.95≥0.95≥0.95地基系数K30（MPa/m）—≥130≥150动态变形模量Evd（MPa）—≥40≥407d饱和无侧限抗压强度（kPa）≥350（550）——注：括号内数字为严寒、寒冷地区化学改良土考虑冻融循环作用所需强度值。12一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.4路堤•6.4.1基床以下路堤宜选用A、B组填料和C组碎石、砾石类填料，其粒径级配应符合压实性能要求；当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良。基床以下路堤压实标准应符合表6.4.1的规定。表6.4.1基床以下路堤填料及压实标准压实标准化学改良土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土压实系数K≥0.92≥0.92≥0.92地基系数K30（MPa/m）—≥110≥1307d饱和无侧限抗压强度（kPa）≥250－－13一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.4.2路基工后沉降应符合下列规定：•1无砟轨道路基工后沉降应符合线路平顺性、结构稳定性和扣件调整能力的要求。工后沉降不宜超过15mm；沉降比较均匀并且调整轨面高程后的竖曲线半径符合式（6.4.2）的要求时，允许的工后沉降为30mm。•（6.4.2）•路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm，不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。•2有砟轨道路基工后沉降应符合表6.4.2要求。24.0sjshVR设计速度（km/h）一般地段工后沉降（cm）桥台台尾过渡段工后沉降（cm）沉降速率（cm/年）250≤10≤5≤3300、350≤5≤3≤2表6.4.2路基工后沉降控制标准14路基工后沉降分析根据沉降观测资料、进行综合分析、开展动态设计，推算地基的最终沉降量，并应及时调整设计使地基处理达到预定的工后沉降控制要求。一、高速铁路设计规范中路基的主要内容15一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.4.3路基的稳定安全系数考虑列车荷载作用时不应小于1.25。•6.4.5软土及松软土路基应结合工程实际，选择代表性地段提前修筑试验段。•6.4.7雨季滞水及排水不畅的低洼地段，浸水影响范围应以渗水性材料填筑，并应采取排水疏导措施。•6.4.12黄土地段路基应加强防排水措施，采取封闭防水、拦截、疏导的处理原则，设置防冲刷、防渗漏和有利于水土保持的综合排水设施及防护工程，并妥善处理农田水利设施与路基的相互干扰。•6.4.13具有湿陷性或压缩性较高的黄土用根据地基土层性质、路堤填高、路基变形控制要求，确定湿陷性黄土处理措施。采用无砟轨道时，应采取可靠措施，消除地基湿陷性的影响。16一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.5路堑•6.5.1不易风化的硬质岩基床应按下列规定进行处理：•1铺设无砟轨道时，开挖至路基面，直接在开挖面上施做支承层或底座。•2铺设有砟轨道时，开挖至路基面以下0.2m处，开挖面由路基中心向两侧设4％的横向排水坡，其上填筑级配碎石。•3开挖面上的松动岩石应予清除。开挖面不平整处应采用强度等级不低于C25的混凝土嵌补。•6.5.2软质岩、强风化的硬质岩及土质基床应满足本规范第6.3.2条和第6.3.3条的要求；基床范围内的地基应无Ps＜1.5MPa或σ0＜0.18MPa的土层。不能满足时，应进行加固处理。17一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.5.3膨胀土、湿陷性黄土、季节冻土等特殊土的基床，应根据具体情况进行挖除换填、隔水防渗、排水等措施；基床以下的膨胀土、湿陷性黄土等应在路基变形分析的基础上，采取地基处理措施。•6.5.4半填半挖路基轨道下横跨挖方与填方时，挖方部分可通过换填调整与填方部分的强度及刚度差异，换填厚度宜根据填方部分高度及地基条件确定。•6.5.5路堑应设置侧沟平台，平台宽度不宜小于1.0m。在土石分界处、透水和不透水层交界面处及路堑边坡高度较大时，均应设置边坡平台，平台宽度不宜小于2.0m，并应符合路堑边坡稳定性要求，边坡平台上应做好防水及加固措施。18一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.6过渡段•6.6.1路堤与桥台连接处应设置过渡段，可采用沿线路纵向倒梯形过渡形式，如图所示。级配碎石掺3%水泥基床表层1:n基床底层级配碎石掺5%水泥基床以下路堤4％1:m1:1.04％4％1:1.01:m基床表层基床底层基床以下路堤级配碎石掺3%水泥La4％路基面宽基床底层基床以下路堤hHⅠⅠⅠ-Ⅰ压实标准：压实系数K≥0.95地基系数K30≥150MPa/m动态变形模量Evd≥50MPa1920一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•过渡段桥台基坑应以混凝土回填或以碎石、灰土分层填筑并用小型机具碾压密实，混凝土应满足设计强度要求，碎石、灰土填筑应满足Evd≥30MPa。•过渡段地基需要加固时应考虑与相邻地段协调渐变。•过渡段还应符合轨道特殊结构的要求。•过渡段路堤应与其连接的路堤同时施工，并按大致相同的高度分层填筑。距离台背2.0m范围内应用小型机具碾压密实并适当减小分层填筑厚度。•过渡段处理措施及施工工艺应结合工程实际，进行现场试验。21一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.6.2路堤与横向结构物（立交框构、箱涵等）连接处，应设置过渡段，可采用沿线路纵向倒梯形过渡形式，如图6.6.2所示。横向结构物顶部及过渡段路基基床表层应符合本规范第6.3.2条要求；过渡段填料、压实标准及基坑回填应符合本规范第6.6.1条的规定。•6.6.3严寒、寒冷地区过渡段设置应充分考虑与横向结构物接触区冻结影响范围填料的防冻，如图6.6.3所示。•6.6.4横向结构物顶面填土厚度不大于1.0m时，横向结构物及两侧20m范围基床表层级配碎石应掺加5%水泥，如图6.6.4所示。22基坑回填基床底层基床以下路堤级配碎石掺3%水泥基床表层1:22.0hHLⅠ-Ⅰ路基面宽1:m基床表层基床底层基床以下路堤1:1.01:m级配碎石掺3％水泥基床以下路堤1:1.0ⅠⅠ单位：米图6.6.2一般路堤与横向结构物（h1.0m）过渡段示意图（单位：m）23L基坑回填基床底层基床以下路堤级配碎石掺3%水泥基床表层1:21:2防冻填料防冻填料t2.0Httt1hL单位：米注：图中t为最大冻结厚度，当t10.3m时涵顶全部填筑防冻填料。图6.6.3严寒、寒冷地区路堤与横向结构物（h1.0m）过渡段示意图（单位：m）24基坑回填基床底层基床以下路堤级配碎石掺3%水泥基床表层1:220.0L2.0Hh单位：米级配碎石掺5%水泥图6.6.4路堤与横向结构物（h≤1.0m）过渡段示意图（单位：m）25一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•6.6.5路堤与路堑连接处应设置过渡段。过渡段可采用下列设置方式：•1当路堤与路堑连接处为硬质岩石路堑时，在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0.6m左右。并应在路堤一侧设置过渡段，如图6.6.5-1。过渡段填筑要求应符合第6.6.1条第2款的规定。基床表层基床以下路堤2.01：2级配碎石单位：米2.020.0掺3%水泥级配碎石掺5%水泥基床底层图6.6.5-1硬质岩石堤堑过渡段示意图（单位：m）26一、高速铁路设计规范中路基的主要内容•2当路堤与路堑连接处为软质岩石或土质路堑时，应顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0.6m左右。如图6.6.5-2，其开挖部分填筑要求应与路堤相应