高速鐵路路基工程

高速鐵路路基工程中國(guó)鐵道科學(xué)研討院2002年11月27日321.5km/h雙線規(guī)范路堤橫斷面(350km/h)606060基床以下路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)改良細(xì)粒土砂類土及細(xì)礫土碎石類及粗礫土地基系數(shù)K30(MPa/m)≥90≥110≥130變形模量Ev2（MPa）≥45≥45≥45孔隙率n（%）＜31＜31壓實(shí)系數(shù)K≥0.92注：EV2檢測(cè)時(shí)，EV2/EV1≤3.0。高速鐵路路基技術(shù)特點(diǎn)路基按照構(gòu)造物設(shè)計(jì)，填料和壓實(shí)規(guī)范高；嚴(yán)厲控制路基變形和工后沉降；路橋及橫向構(gòu)筑物間設(shè)置過(guò)渡段；路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；地基處置類型多。路基填筑質(zhì)量規(guī)范高基床表層采用級(jí)配碎石強(qiáng)化構(gòu)造，K30、Ev2、Evd、n目的滿足設(shè)計(jì)要求。基床底層采用A、B組或改良土填筑，K30、Ev2、K、n滿足設(shè)計(jì)要求基床以下路基采用A、B、C組或改良土填筑，K30、Ev2、K、n滿足設(shè)計(jì)要求嚴(yán)厲控制路基變形和工后沉降工后沉降是高速鐵路路基設(shè)計(jì)的主要控制要素，路基發(fā)生強(qiáng)度破壞之前，曾經(jīng)出現(xiàn)了不能允許的變形；我國(guó)對(duì)無(wú)砟軌道的路基工后沉降要求普通不應(yīng)超越扣件可調(diào)高量15mm，路橋路隧差別沉降不超越5mm。路橋及橫向構(gòu)筑物間設(shè)置過(guò)渡段路橋及橫向構(gòu)筑物間的過(guò)渡段，是以往設(shè)計(jì)及施工中的薄弱環(huán)節(jié)，也是既有線發(fā)生路基病害的重要部位。由于橋臺(tái)與路堤的剛度相差顯著，高速列車經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)軌道構(gòu)造及列車本身會(huì)產(chǎn)生沖擊，從而降低列車運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和溫馨度，加快構(gòu)造物和車輛的損壞。為保證列車高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)溫馨，對(duì)路橋過(guò)渡段采用了剛度過(guò)渡的設(shè)計(jì)方法。在橋臺(tái)后一定范圍內(nèi)，采用剛度較大的級(jí)配碎石作為過(guò)渡填筑段，與路堤相接處采用1：2的斜坡過(guò)渡。路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)為了有效地控制工后沉降量及沉降速率，需求開展路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。根據(jù)沉降觀測(cè)資料及沉降開展趨勢(shì)、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(shí)間，以及鋪軌前對(duì)路基進(jìn)展評(píng)價(jià)及合理確定鋪軌時(shí)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)。路基動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的成果可以為后續(xù)的軌道工程打下了良好的根底。地基處置的種類多對(duì)于淺層脆弱地基采用了換填碾壓處置、或換填砂墊層處置；對(duì)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)壓的處置方法；對(duì)于工后沉降要求高及路橋過(guò)渡段，根據(jù)地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)對(duì)比，采用了砂樁、碎石樁、粉噴樁、攪拌樁、旋噴樁等地基處置方法；對(duì)于有地震液化的粉土或粉細(xì)砂層的地基段，采用了擠密砂樁的處置方法；新建的一些客運(yùn)專線采用強(qiáng)夯、CFG樁、灰土擠密樁、樁網(wǎng)、樁板等地基處置方法。我國(guó)高速鐵路路基面臨的主要問(wèn)題技術(shù)規(guī)范的修正和完善；車－軌－路系統(tǒng)合理匹配實(shí)際研討；設(shè)計(jì)、施工面臨的幾個(gè)問(wèn)題；新技術(shù)的運(yùn)用。技術(shù)規(guī)范的修正和完善路基工后沉降控制規(guī)范；無(wú)砟軌道路基基床厚度200－350km/h沒(méi)有區(qū)分確定；地基剛度的規(guī)范，直接關(guān)系到地基處置的本錢。設(shè)計(jì)、施工面臨的幾個(gè)問(wèn)題路基工后沉降預(yù)測(cè)技術(shù)；特殊土地域低路堤、土質(zhì)路塹的個(gè)別設(shè)計(jì)；改良土的施工技術(shù)；復(fù)雜地質(zhì)條件下的路基設(shè)計(jì)。新技術(shù)的運(yùn)用樁網(wǎng)構(gòu)造方式的選取、設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)際及不同地質(zhì)條件下的施工工藝尚未成熟；樁板構(gòu)造是無(wú)砟軌道新的構(gòu)造方式，其任務(wù)原理、動(dòng)力特性和設(shè)計(jì)實(shí)際等需求開展研討。土的工程分類可從土類和土名中初步了解其主要的工程特性；當(dāng)用作地基土?xí)r，可結(jié)合其它目確實(shí)定地基土的承載力、初步估計(jì)建筑物的沉降；當(dāng)用于路基填料時(shí)，可初步評(píng)價(jià)填料的壓實(shí)強(qiáng)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。路基填料的分組填料按照土的粒徑、級(jí)配等分組；粗粒土按照粒徑、級(jí)配以及細(xì)顆粒含量分為A、B、C〔分化的軟塊石為D〕組；細(xì)粒土按照液塑限及有機(jī)質(zhì)含量分為C、D、E組；路基填料組的選擇按照設(shè)計(jì)要求選擇，客運(yùn)專線根本采用較好的A組填料及灰土改良土填筑。土的三相組成土的根本物理目的天然密度土粒比重反映土的松密程度目的孔隙比孔隙率反映土的含水程度目的含水率土的飽和度土的最大干密度和最優(yōu)含水率最少的機(jī)械功獲得最大壓實(shí)度；輕型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)；重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)；灰土擊實(shí)實(shí)驗(yàn)。鄭西客運(yùn)專線路基實(shí)驗(yàn)段鄭西客運(yùn)專線實(shí)驗(yàn)段坪塬村高速公路強(qiáng)夯水泥土擠密樁柱錘沖擴(kuò)樁水泥土拌合柴油罐實(shí)驗(yàn)段簡(jiǎn)介鄭西客運(yùn)專線濕陷性黃土實(shí)驗(yàn)段位于陜西省華陰市坪塬村，實(shí)驗(yàn)段總長(zhǎng)140m，地基處置采用了強(qiáng)夯、水泥土擠密樁和柱錘沖擴(kuò)樁三種方法。路根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(jí)配碎石填筑，3m堆載預(yù)壓進(jìn)展路基沉降觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)段進(jìn)展了地基處置前檢測(cè)、地基處置和路基填筑施工工藝、路基填筑工藝、地基處置和路基填筑實(shí)驗(yàn)檢測(cè)、路基沉降觀測(cè)及路基浸水等科研工程。鄭西客運(yùn)專線實(shí)驗(yàn)段地基處置路基填筑堆載預(yù)壓與沉降觀測(cè)鐵路路基科研地基處置前檢測(cè)機(jī)械鉆孔取樣靜力觸探雷達(dá)測(cè)試面波測(cè)試荷載板實(shí)驗(yàn)〔1〕地貌單元屬渭河II級(jí)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〕實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地屬自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為IV級(jí)〔很嚴(yán)重〕；〔3〕地基處置深度范圍內(nèi)天然含水率為12.2～20.4%，擊實(shí)最大干密度為1.74～1.76g/cm3，最優(yōu)含水率為15.5～17%〔輕型擊實(shí)〕；〔4〕地下水位埋深為40.50m，地基處置可不思索其影響實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)土層的端阻qc為1.38～9.6MPa，側(cè)摩阻fs為0.030～0.202MPa地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試顯示地基處置前在一切的雷達(dá)剖面上在深度為6.5m處，有一雷達(dá)波組延續(xù)，反射劇烈的巖性界面(脆弱夾層)地基處置深度范圍內(nèi)剪切波波速為189.9～207.0m/s實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地天然黃土地基的根本承載力為90kPa地基處置強(qiáng)夯水泥土擠密樁柱錘沖擴(kuò)樁強(qiáng)夯最后兩擊平均夯沉量不大于5cm；強(qiáng)夯加固地基的有效加固深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)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N63.5≥10，粘性土Ps＞1.2MPa，砂類土Ps≥5.0MPa，地基承載力σ0≥0.15MPa，檢測(cè)方法和頻次應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定；檢驗(yàn)方法：動(dòng)力觸探和靜力觸探?；彝翑D密樁成樁24h內(nèi)采取輕型動(dòng)力觸探儀對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)展檢測(cè)，擊數(shù)N10與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定的干密度進(jìn)展對(duì)比，其壓實(shí)系數(shù)K≥0.93；灰土擠密樁完成7～14天后，采用平板載荷實(shí)驗(yàn)檢測(cè)復(fù)合地基承載力，復(fù)合地基承載力：普通填方地段σ0≥0.15MPa，支擋構(gòu)造地段地基最小允許承載力［σ］=200kPa。地基處置后檢測(cè)難點(diǎn)強(qiáng)夯施工后確定N10、N63.5與壓實(shí)度K及承載力σ的關(guān)系；灰土擠密樁N10與壓實(shí)度的關(guān)系確定；取樣問(wèn)題。路基填筑路基典型橫斷面圖施工機(jī)械路基填筑檢測(cè)靜態(tài)變形模量EV2動(dòng)態(tài)變形模量EVD地基系數(shù)K30壓實(shí)度〔粒土壓實(shí)系數(shù)K、粗粒土碎石類土孔隙率n〕靜態(tài)變形模量Ev2經(jīng)過(guò)直徑300mm圓形承載板和加載安裝對(duì)地面進(jìn)展第一次加載和卸載后，再進(jìn)展第二次加載，用測(cè)得的承載板下應(yīng)力σ和與之相對(duì)應(yīng)的承載板中心沉降量S，來(lái)計(jì)算變形模量EV2及EV2／EV1值的實(shí)驗(yàn)方法。靜態(tài)變形模量Ev2實(shí)驗(yàn)步驟安放好測(cè)試儀器預(yù)加0.01MPa荷載約30S，待穩(wěn)定后卸除荷載，將表調(diào)零。第一次加載至少分6級(jí)，以約0.08MPa的增量逐級(jí)加載，到達(dá)0.5MPa或者沉降5mm后，進(jìn)展卸載。按最大加載的50％、25％、0分三級(jí)卸載。按照第一次加載進(jìn)展第二次加載，直到加到第一次最大荷載的倒數(shù)第二級(jí)。每級(jí)加載或卸載在1min內(nèi)完成，每級(jí)荷載維持2min。動(dòng)態(tài)變形模量Evd動(dòng)態(tài)變形模量Evd〔dynamicmodulusofdeformation〕是指土體在一定大小的豎向沖擊力Fs和沖擊時(shí)間ts作用下抵抗變形才干的參數(shù)。Evd=1.5×r×σ/s其中：Evd——?jiǎng)討B(tài)變形模量〔MPa〕；r——圓形剛性荷載板的半徑150mm；σ——荷載板下的最大沖擊動(dòng)應(yīng)力，它是經(jīng)過(guò)在剛性根底上，由最大沖擊力Fs=7.07KN且沖擊時(shí)間ts=18ms時(shí)標(biāo)定得到的，即σ=0.1MPa；s——實(shí)測(cè)荷載板下沉幅值〔mm〕；1.5——荷載板外形影響系數(shù)。實(shí)測(cè)結(jié)果測(cè)試三次,采用公式Evd=22.5/s計(jì)算。

主要構(gòu)造組成加載安裝①掛〔脫〕鉤安裝(帶水準(zhǔn)泡)②導(dǎo)向桿③落錘〔10kg〕④阻尼安裝荷載板①圓形鋼板②傳感器沉陷測(cè)定儀(存儲(chǔ)、與電腦銜接)打印機(jī)Evd動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀Evd動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試步驟測(cè)試地面整平，必要時(shí)在荷載板下用中細(xì)砂或濕細(xì)砂找平；進(jìn)展三次預(yù)沖擊；進(jìn)展三次正式測(cè)試。K30平板載荷實(shí)驗(yàn)K30平板載荷實(shí)驗(yàn)是采用直徑為30cm、厚度為25mm的剛性荷載板測(cè)定下沉量為1.25mm地基系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法計(jì)量單位為MPa/mK30平板載荷實(shí)驗(yàn)步驟安裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備；預(yù)加0.01MPa荷載約30S，待穩(wěn)定后卸除荷載，將表調(diào)零；以0.04MPa的增量逐級(jí)加載。每添加一級(jí)荷載當(dāng)1min的沉降量不大于該級(jí)荷載產(chǎn)生的沉降量的1％時(shí)，添加下一級(jí)荷載；總下沉量超越規(guī)定1.25mm，或者荷載強(qiáng)度超越估計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐最大接觸壓力或者到達(dá)地基的屈服點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)終止。路基壓實(shí)度測(cè)試K－壓實(shí)系數(shù)ρd－土體壓實(shí)后的干密度ρdmax－室內(nèi)重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的最大干密度壓實(shí)度測(cè)試方法環(huán)刀法：粉土、黏性土灌砂法：最大粒徑小于20mm灌水法：最大粒徑小于60mm蠟封法：易碎的土核子密度儀法：不能用于石灰改良土孔隙率n路基沉降觀測(cè)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、行車動(dòng)荷載引起的基床累計(jì)變形和地基產(chǎn)生的工后沉降〔主要〕。工后沉降是利用實(shí)測(cè)的荷載－時(shí)間－沉