京津城際高速鐵路路基沉降變形綜合控制技術(shù)

1、京津城際高速鐵路路基沉降變形綜合控制技術(shù) 【摘要】追求“零沉降”理念,無(wú)砟軌道的鋪設(shè)與運(yùn)營(yíng)對(duì)線下結(jié)構(gòu)工后沉降要求非常嚴(yán)格。文中結(jié)合京津城際鐵路的實(shí)際,提出了為滿足列車(chē)高速運(yùn)行條件的沉降控制標(biāo)準(zhǔn),總結(jié)歸納了在路基工程設(shè)計(jì)和施工中采用的沉降變形綜合控制技術(shù),并通過(guò)其沉降觀測(cè)、評(píng)估進(jìn)行驗(yàn)證,最終達(dá)到了滿足高速列車(chē)安全、平穩(wěn)、舒適的運(yùn)行目標(biāo)?！娟P(guān)鍵詞】沉降變形;控制標(biāo)準(zhǔn);控制措施;沉降觀測(cè) 引言      京津城際高速鐵路是目前我國(guó)建成且已投入運(yùn)營(yíng)的第一條設(shè)計(jì)時(shí)速350 km客運(yùn)專(zhuān)線,引進(jìn)了德國(guó)博格板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)技術(shù)。時(shí)速350

2、km無(wú)砟軌道鐵路具有“高穩(wěn)定性、高平順性、大剛度、小變形”等特點(diǎn),要求線下結(jié)構(gòu)路基地段,必須有一個(gè)強(qiáng)度高、剛度大的路基基床,沉降小或沒(méi)有沉降的地基以及沿線路方向與其它結(jié)構(gòu)物均勻過(guò)渡的剛度。為確定無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件并為今后運(yùn)營(yíng)維修提供科學(xué)的決策依據(jù),需對(duì)路基工程沉降變形進(jìn)行觀測(cè)及評(píng)估驗(yàn)證17。1、工程概況      京津城際高速鐵路起自北京南站,終于天津站,全長(zhǎng)116.55 km,采用CRTS型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。全線共6段路基,累計(jì)長(zhǎng)16.25 km,占線路長(zhǎng)的14.0%。路基表層主要為素土、雜填土,以下為淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土等軟土及松軟土。

3、全線于2008年8月1日建成通車(chē)。2、路基工后沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)      無(wú)砟軌道完工后的工后總沉降S,不允許危害鐵路運(yùn)營(yíng)安全性或損壞線路的可使用性的軌道變位,也不能超過(guò)系統(tǒng)扣件豎向高度調(diào)整量的某一比例。德國(guó)規(guī)范規(guī)定:不允許超過(guò)最大高度調(diào)整量20mm減去5 mm;這5 mm用于對(duì)活載引起的沉降的補(bǔ)償。因此15mm為工后沉降的一個(gè)極限值。對(duì)于均勻沉降長(zhǎng)度超過(guò)20 m的路基,工后沉降允許達(dá)到折減調(diào)整量如20 mm-5 mm (因活載) =15 mm的2倍。      (1)在特殊情況下允許洼狀沉降量

4、最大值達(dá)到6cm,前提是這個(gè)沉降在滿足鐵路動(dòng)力學(xué)的要求下(舒適條件)通過(guò)改變豎曲線彌補(bǔ)。      舒適條件的公式是      Ra0.4×V2e      式中Ra為豎曲線半徑, m;Ve為設(shè)計(jì)速度, km/h。      (2)過(guò)渡段兩點(diǎn)間距為L(zhǎng)的允許沉降差,可從s=l2/4Ra得出,對(duì)路基工程和人工構(gòu)筑物間的過(guò)渡段要求:和人工構(gòu)筑物的間距在20 m內(nèi),相對(duì)于人工構(gòu)筑物的工后沉降差不

5、允許超過(guò)3 cm及相對(duì)沉降差不允許超過(guò)1 /500。在與人工構(gòu)筑物的連接處,不允許出現(xiàn)導(dǎo)致無(wú)砟軌道以及過(guò)渡段結(jié)構(gòu)的超負(fù)荷的工后沉降;因此在連接處沉降差(沉降跳躍)最大不允許超過(guò)5 mm。3、路基沉降變形控制措施3.1采用樁+筏板結(jié)構(gòu)加固      采用CFG樁8, 9等剛性樁作路基的加固手段。CFG樁徑0.4 m,樁距1.5 m,樁尖置于中低壓縮性土層不小于1.0 m。并在樁頂設(shè)置了C30鋼筋混凝土地基板(筏板),板厚0.50 m,板下設(shè)0.15 m碎石墊層。CFG樁和樁間土共同形成復(fù)合地基,筏板將上部荷載均勻地傳給CFG樁,有效減少地基的沉降

6、變形,提高了沉降控制的可靠度。      樁基施工質(zhì)量控制要點(diǎn)如下9。      (1) CFG樁施工前需進(jìn)行工藝性試樁。樁身達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,抽取1%做靜載試驗(yàn),抽取30%做樁基無(wú)損檢測(cè)。      (2)原材料。進(jìn)場(chǎng)前需對(duì)材料品質(zhì)及其配合比進(jìn)行試驗(yàn)。材料采用:抗硫酸鹽水泥,卵石或碎石粒徑為24 cm,中粗砂,含泥量小于5%,粉煤灰為,級(jí)。      (3)成孔。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔,勻速鉆進(jìn)

7、,避免形成螺旋孔,成孔深度在鉆桿上應(yīng)有明確標(biāo)記,確保達(dá)到設(shè)計(jì)深度,垂直度偏差小于1%。      (4)混合料灌注。成孔至設(shè)計(jì)深度后,鉆機(jī)停鉆提升鉆桿,同時(shí)開(kāi)始灌注混合料,混合料泵送量應(yīng)同拔管速度相配合,拔管速率控制在1.2 1.5m/min,混合料埋鉆高度大于1.0 m,保證管內(nèi)有一定深度的混合料,且不得停泵待料。灌注時(shí)適當(dāng)超過(guò)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.7 m左右,以保證樁頂標(biāo)高和樁頂混合料要求。      (5) CFG樁體應(yīng)連續(xù)密實(shí),不得有斷樁、縮徑、夾砂等缺陷。3.2 嚴(yán)把填筑質(zhì)量關(guān) &

8、#160;    (1)杜絕大粒徑填料。將天然填料集中存放、篩分處理,篩子采用25 mm的螺紋鋼和20 mm的工字鋼焊接而成,篩孔為14 cm×14 cm,篩子的傾斜度在60°左右。將篩余進(jìn)行破碎,再與合格的填料進(jìn)行二次混合。裝車(chē)時(shí)將填料拌合均勻,確保運(yùn)至填筑工地的填料是合格填料。超粒徑填料在攤鋪中人工挑揀并分散石子窩。      (2)保證填料級(jí)配良好。施工中對(duì)摻加的土料嚴(yán)格計(jì)量,確保摻量適宜。同時(shí)派專(zhuān)人在篩分場(chǎng)地控制填料質(zhì)量,保證填料級(jí)配良好。3.3路基填筑質(zhì)量控制  &

9、#160;   (1)填筑工藝性試驗(yàn)。為了達(dá)到最好的壓實(shí)效果,必須根據(jù)不同產(chǎn)地的填料進(jìn)行壓實(shí)工藝性試驗(yàn)。如永樂(lè)車(chē)站通過(guò)工藝性試驗(yàn),確定路基本體及基床底層填土松鋪厚度為36 cm,松鋪系數(shù)為1.22,含水量為4.0% 5.7%;采用20 t的壓路機(jī)碾壓,先按1遍靜壓、1遍弱振、2遍強(qiáng)振進(jìn)行控制,當(dāng)檢測(cè)不達(dá)標(biāo)時(shí)再增加碾壓遍數(shù)。扶壁及墻背1 m內(nèi)用沖擊夯夯實(shí)67遍,然后再用小型壓路機(jī)碾壓2遍。      (2)嚴(yán)控填筑厚度分層壓實(shí)?？刂铺顚拥暮穸炔⒈M可能使其均勻,是保證路基壓實(shí)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在路基填筑中,根據(jù)填筑層寬度、車(chē)容

10、量及分層填筑的虛鋪厚度設(shè)計(jì)出堆土間距,在現(xiàn)場(chǎng)用石灰畫(huà)格,由專(zhuān)人指揮運(yùn)料車(chē)嚴(yán)格按十字網(wǎng)格卸料,填料攤鋪平整使用推土機(jī)根據(jù)層厚控制樁進(jìn)行初平,再用平機(jī)地進(jìn)行精平,然后在層厚控制樁上牽線輔以人工進(jìn)行終平。在每層路基施工完成壓實(shí)工作后對(duì)路基的路肩用平地機(jī)進(jìn)行收邊,確保路基填土分層層次分明。      (3)路基檢測(cè)。必須對(duì)路基的剛度及其相應(yīng)的彈性變形進(jìn)行控制。除客運(yùn)專(zhuān)線鐵路路基施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)基床以下路堤、基床的質(zhì)量規(guī)定外,增加了Ev2和Evd兩個(gè)路基力學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)(其中變形模量Ev2是京津城際鐵路的特別規(guī)定,一般Ev2/Ev1的值應(yīng)3,孔隙率

11、和壓實(shí)系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)二選一),標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表1表3。      (4)過(guò)渡段填筑。采用級(jí)配碎石填筑,除級(jí)配滿足篩分曲線外,另增加了3% 5%的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。過(guò)渡段路基壓實(shí)度要求K30150MPa、Evd50MPa、Ev280 MPa、孔隙率n<28%。過(guò)渡段級(jí)配碎石同相鄰段路堤填料按同一整體施工,分層厚度根據(jù)路基施工機(jī)械壓實(shí)能力,一般為1530 cm,但靠近結(jié)構(gòu)物2 m內(nèi)用輕型震動(dòng)夯等小型壓實(shí)設(shè)備施工,分層厚度為1020 cm。3.4 采用控制沉降變形      在路堤高度大于5.0

12、 m地段兩側(cè),均設(shè)置扶壁式擋土墻加強(qiáng)路基側(cè)向約束,增加路基剛度減少了路堤荷載,提高了沉降控制效果。擋墻高度隨填土變化,每節(jié)段為7.5 m,每3個(gè)節(jié)段為一個(gè)單元節(jié)。3.5 加強(qiáng)路基防排水      在路基基床底層表面加設(shè)1 cm單層稀漿瀝青封層,防止雨水下滲至路基基床底層。無(wú)砟軌道混凝土支承層至電纜溝之間2 m范圍,鋪設(shè)1 cm厚稀漿封層、1 cm厚單層瀝青表面處治,防止雨水滲入。瀝青防水層使路基本體得到雙層保護(hù),提高了路基的強(qiáng)度和耐久性。4、路基沉降觀測(cè)及評(píng)估      采用PCC型數(shù)字式橫剖面

13、沉降測(cè)量?jī)x觀測(cè)地基沉降量,用沉降板觀測(cè)基床沉降量,用沉降觀測(cè)標(biāo)觀測(cè)路基面沉降量,通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析與計(jì)算并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值驗(yàn)證對(duì)比,各階段沉降實(shí)測(cè)值均在控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。說(shuō)明路基各階段沉降變形控制達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。例如永樂(lè)車(chē)站DK44+100DK45+750段路基共設(shè)置18個(gè)觀測(cè)斷面,堆土預(yù)壓6個(gè)月期間最大沉降量為8.57mm,占總沉降量70%左右,卸載后幾乎沒(méi)有產(chǎn)生沉降。經(jīng)分析評(píng)估,可保證工后沉降15mm的控制標(biāo)準(zhǔn)。5、結(jié)語(yǔ)      在京津城際高速鐵路工程建設(shè)實(shí)踐中,設(shè)計(jì)、施工上采用多種技術(shù)措施,解決了客運(yùn)專(zhuān)線對(duì)路基工后“零沉降”的要求,特別是消除了以往路橋過(guò)渡段不均勻沉降引起的線路不平順問(wèn)題。通過(guò)一年來(lái)的試運(yùn)行,線路各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好,為今后高速鐵路建設(shè)起到了示范作用。 參考文獻(xiàn):1趙代強(qiáng),朱德佩,謝靈果.遂渝鐵路無(wú)砟軌道路基沉降觀測(cè)技術(shù)與方法J.路基工程, 2008 (6).2鐵建設(shè)2006 158號(hào),客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南S.3鐵建設(shè)2005 160號(hào),客運(yùn)專(zhuān)線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)S.4鐵建設(shè)函2005 754號(hào),客運(yùn)專(zhuān)線