客運(yùn)專線鐵路路基設(shè)計(jì)

客運(yùn)專線鐵路路基設(shè)計(jì)路基橫斷面路基面形狀應(yīng)為三角形，并設(shè)計(jì)為由路基面中心向兩側(cè)4％的橫向排水坡。曲線加寬時(shí)，仍應(yīng)保持路基面三角形形狀。路基寬度：1路基穩(wěn)定的需要：特別是浸水后路堤邊坡的穩(wěn)定性。一般路堤浸水后邊坡部分土質(zhì)軟化，在自重與列車產(chǎn)生的震動(dòng)加速度的共同作用下，容易發(fā)生邊坡淺層坍滑，路肩較寬時(shí)，即使邊坡發(fā)生坍滑，也不影響路堤的承載部分，從而可使因邊坡坍滑而影響列車正常運(yùn)行的事故大幅度減少。2、滿足養(yǎng)護(hù)維修的需要：在線路維修時(shí)，擱置或通行小型養(yǎng)路機(jī)械及維修作業(yè)，都

需要有一定的寬度。3、確保人員安全避讓距離的需要：盡管高速鐵路是全封閉的，運(yùn)行期間人員不能進(jìn)入線路范圍，但世界各國(guó)依然考慮人行的安全問題，德國(guó)在線路設(shè)計(jì)規(guī)范中把離線路中心3.5m以外作為安全區(qū)。此外，為路堤沉降（特別是高路堤和軟弱地基地段）及道床邊坡坍落適當(dāng)留有余地，保持一定的路肩寬度是必要的。·

根據(jù)國(guó)外高速鐵路一些國(guó)家的路肩寬度設(shè)置來看，日本早期修建東海道新干線時(shí)，路肩寬度一側(cè)為0.5m，另一側(cè)為1.0m，但是1978年修訂路基規(guī)范時(shí)，則提高到兩側(cè)路堤均為1.2m，路塹為1.0m；法國(guó)修建巴黎—里昂TGV時(shí)，路肩寬為1.5～2.0m，大西洋TGV時(shí)就改為2.25m；德國(guó)兩側(cè)均為

1.3m。因此，基于以上分析，同時(shí)考慮其它國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，將路基兩側(cè)路肩寬度均定為1.4m?？瓦\(yùn)專線鐵路路基設(shè)計(jì)荷載1、靜荷載鐵路路基面上作用有列車荷載和軌道荷載。列車荷載和軌道荷載是確定路基本體構(gòu)造要求的一個(gè)重要依據(jù)。2、動(dòng)荷載在列車動(dòng)荷載作用下，路基保持長(zhǎng)期穩(wěn)定是列車高速運(yùn)行的基礎(chǔ)。要使路基保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，不產(chǎn)生任何危及正常運(yùn)行的過大有害變形，就必須了解列車在高速運(yùn)行時(shí)通過鋼軌、枕木、道床傳到路基表面的動(dòng)應(yīng)力幅值及其頻率，以及振動(dòng)加速度及位移的大小?！?/p>

1）高速鐵路路基設(shè)計(jì)動(dòng)應(yīng)力幅值路基面動(dòng)應(yīng)力幅值是與列車速度、軸重、機(jī)車車輛動(dòng)態(tài)特性、軌道結(jié)構(gòu)、軌道不平順、距軌底深度及路基狀態(tài)有關(guān)的一個(gè)隨機(jī)函數(shù)?；谝陨系姆治鲅芯?，提出了路基設(shè)計(jì)動(dòng)應(yīng)力幅值。按σdl＝0.26×P×(1+αV)(kPa)式中：高速鐵路無縫線路α=0.003準(zhǔn)高速鐵路無縫線路α＝0.004P為機(jī)車車輛的靜軸重（按ZK荷載）；(1+αV)為沖擊系數(shù)；高速鐵路最大的沖擊系數(shù)為1.9，即速度在300km／h以內(nèi)時(shí)，按上式計(jì)算，超過

300km/h時(shí)，按300km/h計(jì)。σdl

=0.26×200×(1+0.003×300)=98.8kPa≈100kPa·

2）路基面上的動(dòng)應(yīng)力沿線路縱向的分布在高速鐵路路基設(shè)計(jì)中，不僅需要知道列車荷載通過鋼軌、軌枕、道碴傳遞到路基面的動(dòng)應(yīng)力數(shù)值的大小，還需要了解其在路基面上沿線路縱向的分布情況。車輛最下方路基面動(dòng)應(yīng)力最大值及最大值沿線路縱向擴(kuò)散距離存在如下關(guān)系式：

L=σmax/[(82.9+6.17×σmax)×0.1]列車動(dòng)應(yīng)力由軌道、道床傳至路基本體，沿深度逐漸衰減。在路基某一深度處，列車荷載引起的動(dòng)應(yīng)力只占路基自重荷載的一小部分，在此深度以下，動(dòng)荷載對(duì)路基的影響很小，高速鐵路路基基床厚度按列車荷載產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力與路基自重應(yīng)力之比為0.2的原則確定計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)動(dòng)應(yīng)力與自重應(yīng)力之比為0.2時(shí)，深度約為3.0m，因此將基床厚度定為

3.0m?？瓦\(yùn)專線鐵路路基基床表層設(shè)計(jì)基床表層厚度強(qiáng)度控制法：0.8m變形控制法:

0.7m基床表層應(yīng)考慮防排水層。路基基床由表層和底層組成,表層厚度應(yīng)為0.7m，底層厚度應(yīng)為2.3m，總厚度為3.0m。其中，基床表層由5～10cm厚的瀝青混凝土和65～60cm厚的級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫石組成?！?/p>

秦沈客運(yùn)專線的試驗(yàn)和凍害問題提醒我們：級(jí)配碎石雖然是優(yōu)質(zhì)的基床表層填料，但是有限阻水的，具有一定的滲水性，如果基床底層的填料為細(xì)粒土或雖是粗粒土但細(xì)粒含量不均時(shí)，在雨季長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降雨或冬季長(zhǎng)時(shí)間低溫和積雪融化的條件下，表水可能會(huì)滲入級(jí)配碎石以下的基床底層中，從而產(chǎn)生凍害或翻漿冒泥、基床變形等病害，影響軌道的平順性。根據(jù)《暫規(guī)》和滬寧段初步設(shè)計(jì)國(guó)際咨詢的成果，并根據(jù)京滬高速鐵路沿線降雨分布和氣溫變化等氣候特點(diǎn)，經(jīng)過分析認(rèn)為基床表層的防排水問題應(yīng)在設(shè)計(jì)中引起重視。

2004年6月高速辦組織召開“高速鐵路路基瀝青混凝土防排水層”專題會(huì)議，確定在路基基床表層增設(shè)5~10cm瀝青混凝土防排水層，表層總厚度不變。另外,也可采用表層級(jí)配碎石摻入水泥、鋪設(shè)復(fù)合土工布等防排水材料等其他措施,經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)后確定?；脖韺犹盍衔覈?guó)高速鐵路路基基床表層填料采用級(jí)配砂礫石和級(jí)配碎石級(jí)配砂礫石用粒徑大小不同的粗、細(xì)礫石集料和砂各占一定比例的混合料，其顆粒組成符合密實(shí)級(jí)配要求，其中包括一部分塑性指數(shù)較高的黏土填充孔隙并起粘結(jié)作用，經(jīng)壓實(shí)后形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。其強(qiáng)度的形成是靠集料間的摩擦力和細(xì)粒土的粘結(jié)力。級(jí)配曲線應(yīng)接近圓滑，某種尺寸的粒徑不應(yīng)過多或過少。為了提高承載能力，還要求顆粒中扁平及細(xì)長(zhǎng)顆粒含量不超過20%，黏土團(tuán)及有機(jī)物含量不超過2%形狀不合格的顆粒含量過多時(shí)，應(yīng)摻入部分合格的材料。為了防止道碴嵌入或基床底層填料進(jìn)入基床表層級(jí)配砂礫石與上部道床及下部填土之間應(yīng)滿足

D15＜4d85（太沙基(Terzaghi)反濾準(zhǔn)則）。當(dāng)與基床底層填料之間不能滿足該要求時(shí)，基床表層應(yīng)采用顆粒級(jí)配不同的兩層結(jié)構(gòu)，或在基床底層表面鋪設(shè)土工合成材料。粒徑小于0.5mm的細(xì)集料的液限應(yīng)小于28%，其塑性指數(shù)應(yīng)小于6。級(jí)配砂礫石指標(biāo)要求級(jí)配砂礫石級(jí)配要求級(jí)配碎石·

由粒徑大小不同的粗、細(xì)碎石集料和石屑各占一定比例的混合料，并且其顆粒組成

符合密實(shí)級(jí)配要求。級(jí)配碎石可由未篩分

碎石和石屑組配成。未篩分碎石是指控制

最大粒徑(僅過一個(gè)規(guī)定篩孔的篩)后，由碎石機(jī)軋制的未經(jīng)篩分的碎石料。它的理論

粒徑組成為0～50

mm，并且具有較好的級(jí)

配，可直接用作高速鐵路基床表層填料。

石屑是指實(shí)際顆粒組成常為0～10

mm的篩

余料，并具有良好的級(jí)配。級(jí)配碎石與上部道床碎石及下部填土之間應(yīng)滿足D15＜4d85；針狀，片狀碎石含量不大于20%；質(zhì)軟，易破碎的碎石含量不得超過10%；材料必須清潔，泥及有機(jī)物含量不得超過2%堅(jiān)硬、耐磨、耐久，磨耗率≤30%(洛杉磯磨耗率)；碎石比重＞2.45，吸水量≤3.0%。級(jí)配碎石指標(biāo)要求5級(jí)配碎石級(jí)配要求基床表層結(jié)構(gòu)上層較薄，大多為0.2～0.3

m，要求變形模量高，有時(shí)還對(duì)顆粒的耐磨性提出要求，因此在選用砂石料時(shí)應(yīng)采用石英質(zhì)母巖。其次，為了提高該層的剛度，顆粒的最大粒徑可適當(dāng)提高，粗顆粒含量增加。下層的作用偏重于保護(hù)，顆粒粒徑應(yīng)與基床底層填料匹配，使基床底層填料不能進(jìn)入基床表層，同時(shí)要求滲透系數(shù)小，至少要小于10-4m/s。基床表層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填

料厚度（m）壓

實(shí)

標(biāo)

準(zhǔn)注地基系數(shù)K30（MPa/m）孔隙率n（%）級(jí)配砂礫石0.7≥190＜18

Evd：55MPa，45M級(jí)配碎石0.7≥190＜18路堤級(jí)配碎石0.55≥190＜18當(dāng)為軟質(zhì)巖、強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖及土質(zhì)路塹時(shí)中粗砂0.15≥130＜18Pa注：基床表層的K30、Evd、n三項(xiàng)指標(biāo)要求同時(shí)檢測(cè)，均必須滿足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)?；驳讓訅簩?shí)標(biāo)準(zhǔn)填料厚度（m）壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)粒土粗粒土碎石類A、B組填料及改良土2.3地基系數(shù)K30（MPa/m）≥110≥130≥150Evd

≥40MP壓實(shí)系數(shù)Kha

三指標(biāo)≥0.95控制孔隙率n（%）＜28＜28基床底層·

在填筑基床底層時(shí)，對(duì)粗粒土填料，細(xì)砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、礫應(yīng)級(jí)配良好，其不

均勻系數(shù)Cu＞20。對(duì)不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并應(yīng)與遠(yuǎn)運(yùn)土進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒徑級(jí)配。改良后的粗粒土其級(jí)配曲線應(yīng)接近圓順，不均勻系數(shù)Cu＞20。細(xì)粒土可采用物理改良方法或化學(xué)改良方法，當(dāng)采用化學(xué)改良方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)填料選擇適宜的摻合料，并進(jìn)行不同配合比的室內(nèi)物理、力學(xué)試驗(yàn)，優(yōu)化配合比，滿足最不利氣候條件下的（如干濕、凍融循環(huán)后飽和）動(dòng)應(yīng)力要求，提出改良后的主要技術(shù)參數(shù)（如無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu等）?；驳讓犹盍细牧肌?/p>

物理改良目的：對(duì)填料的顆粒組成及級(jí)配進(jìn)行改善，即在一種填料種摻入另一種填料，拌合均勻后使其級(jí)配改善，成為物理力學(xué)性質(zhì)有所提高的新填料。途徑：摻入粗粒料（中粗砂），改善其級(jí)配條件；摻入較細(xì)顆粒（粘粒），通過提高其粘粉比增強(qiáng)其強(qiáng)度指標(biāo)。基床底層填料改良化學(xué)改良通過對(duì)填料加入摻入料，促使土與摻入料之間發(fā)生化學(xué)作用，從而使土的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)發(fā)生較大的變化。摻入料為石灰、水泥、粉煤灰、土壤固化劑及其他有機(jī)及無機(jī)材料。水泥宜適用于改良不均勻系數(shù)Cu＞10，Ip≤12且WL＜40%的粘性土。

石灰宜改良粘粒含量大于10%及Ip＞12的粘性土。基床底層填料改良·

改良土的物理力學(xué)性質(zhì)①重型擊實(shí)試驗(yàn)——最優(yōu)含水量與最大干密度土樣制備：對(duì)于水泥土，按不同含水量配土后浸潤(rùn)一晝夜，于試驗(yàn)前加入摻合料，立即拌合均勻，完成土樣制備，擊實(shí)試驗(yàn)應(yīng)在加入摻合料后1小時(shí)以內(nèi)完成。對(duì)于石灰土，先將摻合料加入土中拌勻然后加水配土至一定含水量，浸潤(rùn)一晝夜后方可進(jìn)行試驗(yàn)?；驳讓犹盍细牧肌?/p>

②無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)基床底層填料改良③改良土的滲透性滲透試驗(yàn)采用南55型滲透儀裝置，按變水頭法對(duì)土部分配比改良土試件進(jìn)行了滲透系數(shù)測(cè)定。試件養(yǎng)生齡期28天。④改良土的水穩(wěn)性改良土的水穩(wěn)性，也稱耐水性，是指其遇水時(shí)的穩(wěn)定性及抵抗因水分侵蝕而產(chǎn)生破壞的能力。進(jìn)行水穩(wěn)性試驗(yàn)主要是由于干濕循環(huán)和抗凍性試驗(yàn)中均有浸水的過程，通過水穩(wěn)性試驗(yàn)一方面可粗略比較素土和改良土水穩(wěn)性的優(yōu)劣，另一方面可以初步判斷干濕循環(huán)和抗凍性試驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行。·

⑤干濕循環(huán)試驗(yàn)改良土的耐干濕循環(huán)能力是指其抵抗自然環(huán)境

中水分變化產(chǎn)生破壞的能力.它是改良土耐久性最重要的指標(biāo)之一。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，經(jīng)12次干濕循環(huán)后，某種改良土的重量損失不能超過規(guī)定值，

滿足要求的改良土中的固化劑摻量即為安全用量。⑥凍融循環(huán)試驗(yàn)改良土的抗凍性是指其抵抗自然環(huán)境中凍融產(chǎn)生破壞的能力，它也是評(píng)價(jià)改良土耐久性的關(guān)鍵指標(biāo)之一。⑦改良土的動(dòng)力特性應(yīng)用振動(dòng)三軸儀對(duì)改良土分別進(jìn)行了動(dòng)強(qiáng)度和動(dòng)模量試驗(yàn)，得出了各種改良土的臨界動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)模量、動(dòng)靜比等重要參數(shù)，為最優(yōu)配比設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。改良土的容許動(dòng)應(yīng)力列車動(dòng)應(yīng)力波動(dòng)系數(shù)表層以下z處的動(dòng)應(yīng)力改良土浸水飽和28d固結(jié)不排水剪靜強(qiáng)度安全系數(shù)1.5~2.0干濕循環(huán)靜強(qiáng)度損失系數(shù)動(dòng)靜比（臨界動(dòng)應(yīng)力比靜強(qiáng)度）7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度高速鐵路路堤·

高速鐵路基床以下路堤填料要求①在列車和路堤自重荷載作用下，路堤能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；②路堤本體的壓縮沉降能很快完成；③其力學(xué)特性不會(huì)受其他因素(水、溫度地震)影響而發(fā)生不利于路堤穩(wěn)定的變化?！?/p>

在填筑基床以下路堤時(shí)，部分粗粒土填料和粉、細(xì)砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、礫應(yīng)級(jí)配良好，其不均勻系數(shù)Cu應(yīng)大于12。對(duì)不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并應(yīng)與遠(yuǎn)運(yùn)土進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒徑級(jí)配。改良后的粗粒土其級(jí)配曲線應(yīng)接近圓順，不均勻系數(shù)Cu應(yīng)大于12。C組細(xì)粒土中的粉黏土應(yīng)使其黏粉比（黏粒重量/粉粒重量）＞22％，同時(shí)應(yīng)滿足其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu＞160kPa（或黏聚力＞65kPa）?！?/p>

既有鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，一般C組細(xì)粒土水穩(wěn)性差，易被沖蝕，邊坡穩(wěn)定性差，路基病害較普遍，且一般難以達(dá)到高速鐵路路堤下部壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，需

要改良，故高速鐵路路堤不宜直接采用C組細(xì)粒土土填筑。路堤下部填料應(yīng)優(yōu)先選用A、B組填料和C組塊石、碎石、礫石類填料；當(dāng)選用C組細(xì)粒土填料時(shí)，應(yīng)根據(jù)填料性質(zhì)進(jìn)行改良后填筑。C組中粉砂及易風(fēng)化軟質(zhì)巖填料不應(yīng)直接作為下部填料，必須改良。細(xì)粒土可采用物理改良方法或化學(xué)改良方法，當(dāng)采用化學(xué)改良方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)填料，選擇適宜的摻合料，并進(jìn)行不同配合比的室內(nèi)物理、力學(xué)試驗(yàn)，優(yōu)化配合比。提出改良后的主要技術(shù)參數(shù)（如無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu等）?！?/p>

基床以下路堤填料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填

料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)粒土粗粒土碎石類A、B、C組填料及改良土地基系數(shù)K30（MPa/m）≥90≥110≥130壓實(shí)系數(shù)Kh≥0.90孔隙率n（%）＜31＜31·

路基工后沉降量不應(yīng)大于5cm，年沉降速率應(yīng)小于2cm/年。橋臺(tái)臺(tái)尾過渡段路基工后沉降量不

應(yīng)大于3cm?？瓦\(yùn)專線鐵路路基的工后沉降地

層地

基

條

件基巖無條件碎、卵、礫石類無條件砂類土Ps≥5.0MPa或N≥10，且無地震液化可能黏性土Ps≥1.2MPa或[σ]≥0.15MPa1.2MPa≥Ps≥0.8MPa，且層厚小于2m注：N－標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)·

作為支承路堤的地基，不僅應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，能安全地支承路堤，不發(fā)生基底破壞，同時(shí)，還應(yīng)具有一定的剛度，使地基不致

發(fā)生過量下沉。此外，即使發(fā)生地震，也

不致發(fā)生破壞和下沉。為確保上部軌道結(jié)

構(gòu)的平順性，并減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，高

速鐵路必須嚴(yán)格控制沉降變形，因此，對(duì)

地基的要求相應(yīng)較高。·

日本對(duì)東海道新干線在經(jīng)過10年運(yùn)營(yíng)后，對(duì)路堤基底的下沉量、路堤地基的狀況、

線路維修量多少及難易程度進(jìn)行了分類調(diào)

查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，提出了由地表起到約

為路基寬度的2倍(以25米為限)的深度范圍內(nèi)支承路堤的地基的必要條件。滿足這些

條件的地基其路堤處于良好狀態(tài)，沒有發(fā)

生有問題的下沉現(xiàn)象(下沉量<10cm)，作為支承路堤的地基是合適的，并納入了規(guī)范。為使列車高速、安全、舒適運(yùn)行，并盡可能減少維修，嚴(yán)格控制路基的變形、沉降是很重要的因素。路堤建成后發(fā)生的變形、沉降主要有：路堤（主要是基床）在列車荷載作用下發(fā)生的變形；路堤本體在自重作用下的壓密沉降；支承路基的地基壓密沉降。在路堤填料的材質(zhì)與施工質(zhì)量有保證的前提下，前兩部分的數(shù)值是有限的，路堤填土的壓密沉降主要通過壓實(shí)密度來控制。當(dāng)路堤以粗粒土、碎石類土填筑時(shí)，約為路堤高度的0.1～0.3%；當(dāng)以細(xì)粒土填筑時(shí)，約為路堤高度的0.3～0.5%。該部分沉降一般在路堤竣工之后一年左右完成。因此控制路堤沉降主要是控制地基的工后沉降。對(duì)軟土地基來說，由于軟土的壓縮性大，滲透系數(shù)小等特性，路堤建成后，不僅沉