29- 高速铁路设计规范条文说明11-12(路基).doc

6.1.1 详细的工程勘察是高速铁路路基设计的基础，必须高度重视。工程实践表明，路基工程必须通过地质调绘和足够的勘探、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构基础等的岩土结构及其物理力学性质，查明不良地质情况，在取得可靠地质资料的基础上开展设计，才能保证路基满足高速列车运行的安全、平稳和舒适。国内大量的铁路路基病害的产生也多为勘察不足，没有查明不良地质情况，设计和施工中路基填料来源和性质差别大，再加上路基施工管理、质量控制不严等造成的。高速铁路路基主要的工程风险为地基的复杂性和填料性质的变异性，因此必须加强地质勘察工作，查明地质条件和填料工程性质，提供满足评价地基和路基结构物变形的地质资料。6.1.2 路基工程与桥梁、隧道一样，是铁路轨下基础工程的重要组成部分，是保证列车高速、安全、舒适运行系统中的关键工程。路基主体工程一旦破坏，维修难度高，对于运营的影响大，因此，必须按结构物设计。其地基处理、基础结构及直接影响路基稳定与安全的支挡等工程必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，其设计使用年限不应小于100年。填筑路基通过加强排水和防护、严格控制填料材质及压实质量，其强度及变形性能一般不随时间而衰减，甚至会出现增强和提高的情况。 6.1.4 高速铁路对路基填料的材质、级配、水稳性和密实度有着较高的要求。根据秦沈客运专线、武广客运专线、哈大客运专线、京沪高速铁路等的施工经验，我国铁路对填料的划分较粗，尤其是粗颗粒填料在实际施工填筑中存在填料组别合格，但由于级配不良，直接碾压不能达到所规定的压实控制指标等问题。在勘测设计阶段，往往对于填料材质较为重视，对于粒径级配则重视不够，因此应结合土源具体情况进行可压实性能分析及试验，提出具体可行的填料制备工艺。6.1.5 填料最大粒径的限制对于保证路基工程质量非常重要，符合将路基作为结构设计的理念。由于K30检测方法要求最大粒径不大于荷载板的1/4即75mm，在武广、哈大等客运专线铁路建设过程中为加强路堤填筑质量控制，均提出了从严控制填料最大粒径的建议。本次规范编制按照有利于填筑质量控制的原则，提出基床底层应控制在60mm以内，基床以下应控制在75mm以内。6.1.8 为保证高速铁路轨道的平顺性需严格控制路基变形，不均匀沉降变形控制更为关键。路基与桥台及路基与横向结构物连接处、地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，比较容易产生不均匀沉降变形，在地基处理和路堤设计中应采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。由于高速铁路沉降变形控制要求很高，而影响沉降计算结果的因素较多，沉降计算分析的误差较大，为保证工程措施满足沉降控制要求，通常的做法是加强施工期的沉降观测与评估分析，据以确定铺轨时机。在日本，良好地基的有砟轨道路堤填筑后一般放置1个月以上，地基不良地段路堤放置6个月以上；黏土地基上的板式轨道路堤放置6个月以上，其他地基放置3个月以上；同时，进行必要的沉降观测，并测算沉降稳定时间。法国和德国强调要进行详细地质勘察，一般安排路堤施工工期比较长，以保证沉降变形稳定所需时间。6.1.12 路基上的轨道及列车荷载换算土柱高度和分布宽度根据直线地段计算确定。换算土柱高： （说明6.1.12）式中 P轨道荷载，kN/m； Q列车荷载，Q=2001.6=125kN/m； 换算土柱重度，kN/m3; 换算土柱分布宽度，m。无砟轨道荷载参见说明表6.1.12。说明表6.1.12无砟轨道荷载项 目CRTS型板式无砟轨道CRTS型双块式无砟轨道CRTS型板式无砟轨道kN/mkN/mkN/m钢轨1.21.21.2扣件0.63590.61540.6359轨道板11.413.3818.47CA砂浆1.81.530底座22.522.12525.5P37.5438.8545.80换算土柱分布宽度为支承层底部宽度，CRTS型板式无砟轨道、CRTS型双块式无砟轨道及CRTS型板式无砟轨道分别为3.0m、3.4m和3.25m。有砟轨道道床厚度35cm，分布宽度=3.3693.4m道砟重度20kNm3；钢轨重量0.6kNm；轨枕长2.6m；轨枕及扣件重量3.46kN根，计算得: 轨道荷载P=54.40kN/m。6.2.2、6.2.3 路基横断面宽度要考虑路基稳定、养护维修、安全、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、接触网立柱基础位置、声屏障基础等因素的影响。（1）路基稳定的需要：特别是浸水后路堤边坡的稳定性。经验表明，在降雨量大的地区，加宽路基宽度对于保证线路畅通有重要作用。一般路堤浸水后边坡部分土质软化，在自重与列车产生的震动加速度的共同作用下，容易发生边坡浅层坍滑，路肩较宽时，即使边坡发生坍滑，也不影响路堤的承载部分，从而可使因边坡坍滑而影响列车正常运行的事故大幅度减少。（2）满足养护维修的需要：在线路维修时，搁置或通行小型养路机械及维修作业，都需要有一定的宽度。（3）确保人员安全避让距离的需要：尽管客运专线铁路是全封闭的，运行期间人员不能进入线路范围，但世界各国依然考虑人行的安全问题，德国在线路设计规范中把离线路中心3.5m以外作为安全区。此外，为路堤沉降（特别是高路堤和软弱地基地段）及道床边坡坍落适当留有余地，保持一定的路肩宽度是必要的。根据国外一些高速铁路路肩宽度设置来看，日本早期修建东海道新干线时，路肩宽度一侧为0.5m，另一侧为1.0m，但是1978年修订路基规范时，则提高到两侧路堤均为1.2m，路堑为1.0m；法国修建巴黎里昂TGV时，路肩宽为1.52.0m，大西洋TGV时就改为2.25m；德国两侧均为1.3m。（4）路基面设备敷设的需要：接触网支柱、电缆槽、通信、信号设备等一般设置于路肩上，路基面宽度需满足敷设要求。6.2.4 有砟轨道路基曲线地段路基面加宽根据轨道超高设置确定。6.2.5 条文中给出的横断面示意图为一般横断面型式。具体工程设计时，应根据工程、水文地质条件、轨道类型选用。目前，国内多条无砟轨道客运专线采用了“路堤式”路堑横断面型式（说明图6.2.5），该型式的采用，对于保证基床条件较为有利，尤其适用于基床排水困难地段，但其应用并不限于无砟轨道路基。说明图6.2.5 “路堤式”路堑横断面示意图6.3.1、6.3.2 路基基床是路基上部受列车动力作用和水文气候变化影响较大的部位，其状态直接影响列车运行的平稳和速度的提高。（1）基床厚度路基基床厚度的确定主要依据动应力与自重应力的关系。国家“八五”科技攻关项目“高速铁路线桥隧设计参数选择的研究”“高速铁路路基设计技术条件研究”指出：路基面动应力幅值是与列车速度、轴重、机车车辆动态特性、轨道结构、轨道不平顺、距轨底深度及路基状态有关的一个随机函数，并提出了路基设计动应力幅值计算公式： （说明6.3.1-1） 式中 时速300350公里=0.003， 时速200250公里0.004；P机车车辆的静轴重（按ZK活载）；冲击系数；客运专线铁路最大的冲击系数为1.9。时速300公里及以上时：=0.26200(1+0.003300)98.8kPa100kPa经过对日本资料及我国铁科院环行线和广深线实测数据图形分析，车辆最下方路基面动应力最大值max及最大值沿线路纵向扩散距离L存在如下关系式： （说明6.3.1-2）式中 max以 kPa计；L以 m计。说明图6.3.1-1 车轮最大动应力与纵向扩散距离的关系列车动应力由轨道、道床传至路基本体，沿深度逐渐衰减。在路基某一深度处，列车荷载引起的动应力只占路基自重荷载的一小部分，在此深度以下，动荷载对路基的影响很小，高速铁路路基基床厚度按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。动应力沿路基深度的分布，采用布氏(Boussinesq)理论计算。在长方形均布荷载作用下，荷载中心下深度为z处的垂直应力可用下式计算：（说明6.3.1-2）式中 m=a/b，n=z/bP0荷载强度；a，b长方形荷载的边长之半；z深度（m）。计算结果表明：当动应力与自重应力之比为0.2时，深度约为3.0m。因此，将基床厚度定为3.0m。（2）基床表层厚度“高速铁路路基设计技术条件研究”提出基床表层厚度由以下两个方面原则确定：变形控制在列车荷载作用下，以路基顶面变形量不大于3.5mm为控制条件；强度控制以作用在基床底层顶面的动应力不大于填土允许应力为控制条件。1）对于由基床表层和基床底层所组成的双层弹性地基，其上作用长方形的均布荷载时，中心点的沉降可用下式计算： （说明6.3.1-3）式中 n1=h/b q=E1/E2h基床表层厚度；E1基床表层弹性模量；E2基床底层弹性模量；m荷载长宽比；泊松比。按W020的填料可直接填筑。对不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并应与远运土进行经济技术比较。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒径级配。改良后的粗粒土其级配曲线接近圆顺，不均匀系数Cu20。细粒土可采用物理改良方法或化学改良方法，当采用化学改良方法时，应根据不同性质填料选择适宜的外掺料，并进行不同配合比的室内物理、力学试验，优化配合比，满足最不利气候条件下的（如干湿、冻融循环后饱和）动应力要求，提出改良后的主要技术参数（如无侧限抗压强度qu等）。在填筑基床以下的路堤时，对粗粒土填料，粉、细砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、砾应级配良好，其不均匀系数Cu12。C组细粒土中的粉粘土应使其粘粉比（粘粒重量/粉粒重量）22，同时应满足无侧限抗压强度qu170kPa(或粘聚力C65kPa)。改良土的强度要求，根据科研项目京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究的研究成果，在大量的、系统的较为深入的室内静力、动力学试验及室外现场试验的基础上，经过秦沈线、朔黄线等验证，其浸水饱和静强度应满足下式要求： （说明6.3.3-1）当考虑冻融作用时： （说明6.3.3-2）式中 bcu改良土浸水饱和固结不排水强度（kPa），为28d三轴试验强度；动应力波动系数，高速铁路取=1.2；zl列车荷载产生的动应力（kPa），时速300350公里有砟轨道高速铁路路基基床任意深度的列车荷载产生的动应力可按说明表6.3.3-1查取；K安全系数，1.52.0；Rcr动静比（指在相同条件下，临界动应力与静强度之比）0.450.5；现场检测采用7天饱和无侧限抗压强度qu，即 qu=0.7bcu.。说明表6.3.31 列车动应力值路基面以下深度（m）动应力衰减系数列车荷载动应力（kPa）01.01000.30.75750.40.67670.50.61600.70.5501.00.39392.50.2222干湿循环强度衰减系数，可按说明表6.3.3-2取值。说明表6.3.32 改良土干湿循环强度衰减系数表素土土类土的塑性指数Ip失水率（%）强度衰减系数附注粉黏土Ip100451.0K=0.9510Ip17150.95K=0.95300.85450.7黏土17Ip20150.95K=0.90300.85450.7冻融循环强度衰减系数，；其中 冻融循环后的强度（kPa）； 冻融循环前的强度（kPa）。根据秦沈客运专线改良土冻融循环动力特性试验研究：由中科院寒区旱区国家冻土试验室试验结果，经五次冻融循环后，其强度趋于平稳。冻融循环后其强度衰减约为冻融前的50%左右，取。当实际试验所得的不能满足要求时，应重新调整配合比。根据以上步骤可以得出的设计允许值，但在实际应用中，为现场检测方便，常采用7天饱和无侧限抗压强度qu作为强度检测标准。根据京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究路基改良土现场试验，分别对水泥土、石灰土、水泥粉煤灰土、固化剂土28天的三轴与7天饱和无侧限抗压强度对比试验（每种改良土取不同分层处七组试样），其比值基本在0.6左右，取qu=0.66.4 路 堤6.4.2为使列车高速、安全、舒适运行，并尽可能减少维修，严格控制路基的变形、沉降是很重要的因素。路堤建成后发生的变形主要有：路堤（主要是基床）在列车荷载作用下发生的变形；路堤本体在自重作用下的压密变形；支承路基的地基压密沉降。在路堤填料的材质与施工质量有保证的前提下，前两部分的数值是有限的，路堤填土的压密沉降主要通过压实密度来控制。本规范提出的路堤压实要求与国外主要高速国家对路堤的压实要求基本相同。根据国外高速铁路的经验和实测资料，路堤填土压实沉降量，当路堤以粗粒土、碎石类土填筑时，约为路堤高度的0.10.3%；当以细粒土填筑时，约为路堤高度的0.30.5%。该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。对软土地基来说，由于软土具有高压缩、低渗透等特性，路堤建成后，不仅沉降量大而且需延续较长时间才能完成。日本的经验表明，当路基的沉降控制在较小范围内，列车的正常运行才能保证。因此，在保证列车安全、舒适运行的前提下，路基允许工后沉降量的确定主要是经济问题，即为满足工后沉降量所进行地基的处理费用与运行期间线路养护维修费用大致平衡。法国高速铁路规定：滤水层验收后最初沉降应小于2cm，最后一次捣固之后和运行第一列高速列车前，或最晚在滤水层验收后18个月内沉降完全稳定；短距离内的沉降值要比长距离范围内的沉降值更难确定，规定30m范围内每年的最大沉降差为4mm，200m范围内每年的最大沉降差为10mm。日本新干线规定：有砟轨道路基工后沉降量一般地段不应大于10cm，沉降速率应小于3cm/年，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于5cm。德国有砟轨道要求路基每年沉降不超过12cm，桥墩周围不应有不均匀沉降，路基不均匀沉降造成的轨道变形按轨道竖向过渡曲线半径Ra0.4V2控制，如V=350km/h，在10m内不超过2mm。我国有砟轨道高速铁路工后沉降标准根据设计速度分250km/h和300、350km/h两个序列，并规定了工后沉降速率的控制，因为沉降速率过快，即在短时间内沉降过大，会造成维修困难而危及行车安全，同时，维修量加大会影响线路的通过能力，故应予以控制。无砟轨道对沉降变形，特别是不均匀沉降的要求很严格。对于调高量为26mm的扣件，扣除施工误差+6mm/-4mm，仅有20mm可以调整，再考虑列车运行时需要预留5mm的余量，实际留给运营期间路基沉降的允许调整量仅为15mm，路基的沉降量不大于15mm时才能保证设计的轨道高程。如果沉降量大于15mm，将不能调整到原来的轨面高程。根据德国的计算和经验，路基的允许工后沉降量为扣件留给路基沉降调整量的3倍时，在扣件调整后，通过圆顺线路（竖曲线半径），也能够满足运营要求。德国836.0401行业标准中“路基工程设计、施工与维护标准”（译名）规定，长度大于20m沉降比较均匀的路基，允许的最大工后沉降量为扣件允许调高量减去5mm后的2倍。如允许的扣件调高量为20mm，减去5mm后为15mm，这时允许的工后沉降为30mm。特殊情况下，如能够通过竖曲线调整来消除沉降的影响，60mm的最大沉降也是允许的。但在未经德国铁路公司总部特别许可的情况下，只局限于路堤高度超过10m并且与桥的距离不小于5000m的情况下使用。总之，路基的工后沉降量必须控制在扣件调整量和线路竖曲线圆顺要求的范围内。对于路桥、路涵等过渡段沉降造成的折角，日本新干线板式轨道线路规定不大于1/1000，德国高速铁路无砟轨道技术标准中规定不大于1/500。我国首次在路基上铺设无砟轨道，因此对铺轨工程完成后由于过渡段沉降而造成的折角，采用不大于1/1000进行控制。由于在不同结构物的连接处的差异沉降有时是不可避免的，在轨道结构中采用特殊的过渡措施可以承受5mm的差异沉降，因此，规定铺轨工程完成后路桥或路隧交界处的差异沉降小于5mm。应该注意到，以上所述的工后沉降均指无砟轨道铺设完成后路基可能继续发生的沉降，也就是下图中A点以后发生的沉降。所谓“铺轨工程完成以后”是指沉降的计算时间从铺轨工程完成时开始。对于铺轨时B点的情况，无论图中的沉降曲线是最初设计计算的，还是实测回归的，在曲线已知的情况下，A、B点的情况是能够相互确定的，铺轨时的要求也是明确的，而A点的要求是最终目的。说明图6.4.2 时间沉降曲线作为支承路堤的地基，不仅应有足够的强度，能安全地支承路堤，不发生基底破坏，同时，还应具有一定的刚度，使地基不致发生过量下沉。此外，即使发生地震，也不致发生破坏和下沉。为确保上部轨道结构的平顺性，并减少养护维修工作量，客运专线铁路必须严格控制沉降变形，因此，对地基的要求相应较高。日本对东海道新干线在经过10年运营后，对路堤基底的下沉量、路堤地基的状况、线路维修量多少及难易程度进行了分类调查，根据调查结果，提出了由地表起到约为路基宽度的2倍(以25米为限)的深度范围内支承路堤的地基的必要条件。满足这些条件的地基其路堤处于良好状态，没有发生有问题的下沉现象(下沉量1.2MPa或00.15 MPa注：N标准贯入试验锤击数。高速铁路设计时可参照此地基条件初步判定发生沉降的情况，但应根据详细的地质勘察资料和土层参数、路堤高度等，对于总沉降和工后沉降等进行分析计算。关于压缩层厚度的确定对于地基沉降控制设计具有非常重要的意义，我国沿用前苏联127-55规范，以地基附加应力对自重应力之比为0.2或0.1作为控制计算深度的标准。建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）则通过以下变形比法确定压缩层厚度： （说明式6.4.2）式中 在计算深度范围内，第i层土的计算变形值； 在由计算深度向上取厚度为1m的土层计算变形值。如确定的计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算。根据国际咨询的有关情况，法国以路堤底宽的3倍来确定压缩层厚度，日本方面也表达了路堤底宽35倍的意见。根据应力比法采用地基附加应力对自重应力之比为0.2确定的压缩层厚度，一般要大于根据变形比法确定的压缩层厚度。同时路堤底宽的3倍又远远大于附加应力对自重应力之比为0.1确定的压缩层厚度。由于深厚压缩层埋藏深，加固难且固结时间长，其沉降计算有可能在沉降控制设计和加固措施的选择中十分关键。由于各客运专线铁路沿线地基条件变化较大，工后沉降分析时压缩层厚度不应笼统确定，必须对各种地层进行详细地质勘察，并加强对于地基土的各项参数的原位试验及室内试验分析，提高计算参数的准确性。随着工后沉降控制标准的不断提高，对于压缩层厚度确定的精度提出了更高的要求，在今后的工程实践与科研中应不断积累资料，找出切实准确的确定方法。6.4.3 路基稳定是路基工程的首要问题。在软土地基上修筑路堤，最突出的问题是在施工过程及竣工后路堤的稳定与沉降。因此，规定在施工过程中，必须对边桩和路堤地基的沉降观测设备按设计要求的观测频率及精度进行定期观测。一方面根据观测数据调整填土速率，以保证路堤在施工中的安全和减少附加沉降。国内外工程实践表明，填土速率过快，外荷载超过土体的允许强度后，即使地基未达到完全破坏，也会造成地基内部塑性变形区加大，地基侧向变形增大，从而增加了地基的沉降值。因此，严格控制加荷速率是确保路堤安全与减少沉降的有效措施。参考高速公路近几年来在软土地基路堤施工速率控制的经验，路堤中心地面沉降速率每昼夜不大于10mm，坡脚水平位移速率每昼夜不大于5mm可以保证施工期路基的稳定。6.4.5 软土和松软土地段应选择地层和工程情况有代表性的地段提前修筑实验路堤，是掌握本地区软土和松软土地基特征与变形规律、验证地基加固设计和摸索施工工艺必不可少的。通过实验与比较，可以筛选出合理的处理方案与相应的设计参数、验证计算方法的合理性、合理确定填筑速率控制方法，为软土和松软土地基路堤设计与施工提供依据。实验工程是以验证、修改、完善设计和指导施工为主要目的。实验工程至少有一年半以上的观测期，因此，应在全线开工前，即取得实验成果。6.4.6根据我国既有铁路现状的经验教训分析，受洪水或河流冲刷及受水浸泡的路堤，由于易发生冲刷边坡、坍塌等灾害，路基安全稳定性低，经常发生断道、影响正常运营事故。根据2005年8月1日铁道部建设司主持召开 “铁路路基防洪标准、变形模量Ev2纳规及路基施工质量检测方法”讨论会上专家意见，客运专线的设计必须适当提高路基抗洪标准，应采用水稳性好的渗水性材料填筑，并应采用放缓边坡坡率、设置边坡平台、加强边坡防护等措施。6.4.10 从国内外路堤震害的情况分析，当采用粉、细砂作填料时容易产生路堤坍塌、边坡溜滑、下沉、开裂等震害。所以在地震区修建客运专线应选用抗震稳定性较好的填料填筑，不应采用粉、细砂作填料。由于压实强度的原因，粉、细砂一般不宜直接填筑路堤，当不得不采用时，应掺拌粗颗粒填料进行土质改良或采取加固措施。浸水部分当采用粉细砂时，应采取防止振动液化的措施，如掺拌粗颗粒改良、提高填土密度等方法。采用粉、细砂等细颗粒材料作基底垫层，在饱和状态下和地震时可能产生液化现象，导致垫层强度降低或消失。因此，规定了路堤基底应采用碎（卵）石或粗砂夹碎（卵）石作垫层。6.4.11 本条参照现行铁路工程抗震设计规范(GB50111)编写。6.4.12 黄土是一种以粉粒为主、多孔隙、天然含水量小、呈黄红色、含钙质的黏质土。黄土的湿陷性是在外荷载或自重的作用下受水浸湿后产生的湿陷变形。湿陷性随深度、含水量、干容重的增大或孔隙比的减小而减小。水是引起湿陷的外因，因此防止黄土湿陷引起路基变形的首要措施就是加强防排水，采取封闭防水、拦截、分散的处理原则。防排水与防护工程的设计要以防冲刷、防渗和有利于水土保持和环境保护为目的，并处理好进出水口。近几年在黄土地区高速公路和铁路建设中均做了许多关于沉降的科研与监测工作，但仍未形成较为合理的理论计算方法。由于压实机械功能的增强、优质填料的应用、填筑压实标准的提高，使路堤本体的沉降可较好地得到控制。路基工后的沉降量主要为湿陷性黄土的湿陷量和其增湿压缩沉降。因此对湿陷性黄土地基处理，应以控制压缩变形和增湿变形为主。总结铁路部门以及有关各省高速公路部门在黄土地区的实践经验，考虑到湿陷性黄土在一个项目中往往分布很广泛，处理原则和标准对工程投资影响很大，而其他高速铁路国家和我国没有时速300km及以上客运专线铁路路基黄土湿陷性地基处理的经验，因此确定处理措施设计原则时既要满足路基对不均匀沉降的要求，减轻路基的变形，同时又要考虑地基处理对工程造价的影响。应结合地区降雨量和蒸发量、地下水、黄土湿陷性等级和起始压力、湿陷性土层条件、填方高度、地表排水等地形条件、施工条件及材料来源，进行路基变形和沉降计算分析，并经技术经济比较确定处理深度和处理方案。但与桥台相连的过渡段、高挡土墙路基等变形控制标准严格必须采取消除地基的全部湿陷量或处理深度穿透全部湿陷性土层。对路堑应重点加强防排水，采取换填、封闭防水措施。路堤基底的处理应在做好防排水措施的基础上，加强上部土层的处理、消除湿陷性和控制压缩变形；对大厚度自重湿陷性黄土地基的处理，当工后沉降分析不能满足设计要求时，可采用桩基穿透湿陷性土层或以桥代路等方案。地基处理设计应结合客运专线铁路路基变形要求特点，可参照我国现行建筑地基处理技术规范（JGJ79）和湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025）中有关内容进行。目前常用的垫层法、强夯法和冲击碾压均可消除浅表层黄土的湿陷性，提高地基承载力，而冲击碾压技术应用于大面积湿陷性黄土地基浅层处理和黄土路堤补强压实时更具有快速高效的优势。强夯法则主要用于厚层自重湿陷性黄土、非饱和高压缩性黄土地基等的加固处理，有效处理深度一般不大于8米。孔内深层强夯具有重锤夯实、强夯、土桩地基处理之优势，集高功能、高压强、强挤密效应于一体，适用于加固厚层高压缩性湿陷性黄土地基。灰土挤密桩对于消除土的湿陷性和提高承载力都是有效的，但当含水量大于23%及其饱和度超过65%时，成孔时桩孔及周围易缩颈及隆起，挤密效果差，故不适用于地下水位以下使用。6.4.13 岩溶地区路基设计，主要是对影响路基稳定的岩溶和岩溶水进行预防和处理，铁路特殊路基设计规范（TB10035）对岩溶地区路基设计提出了新的要求，设计中应引起重视。岩溶对路基的危害：溶洞顶板坍塌引起的路基下沉和破坏；岩溶地面坍塌对路基稳定性的破坏；反复泉与间歇泉浸泡路基基底，引起路基沉陷、坍塌或冒浆；突然性的地下涌水冲毁路基等。必须强调加强地质勘探，弄清岩溶的发展和分布规律。在一般情况下，对局部严重的、大型的、不易搞清的岩溶地段，应尽量设法绕避；对不太严重的中、小型岩溶地段，应选择其最窄的、最易于采取措施的地段通过。岩溶主要处理措施可选用：回填夯实、干砌片石填塞、浆砌片石充填或设置钢筋混凝土的支撑墙、支撑柱、注浆法、旋喷法等进行加固，或采用钢筋混凝土梁板结构或桥梁形式通过。对岩溶水宜以疏导为主，采取因地制宜，因势利导的方法，不宜堵塞。一般可采用排水沟、泄水洞等疏导岩溶水。路堑边坡上的干溶洞，可用片石填塞，洞口用干砌片石铺砌、砂浆勾缝或浆砌片石封闭。通过溶洞或岩溶水时，如跨越和施工条件较好，可采用跨越方法。桥梁适用于跨越流量较大的暗河、冒水洞或消水洞等。根据我国铁路、公路建设中处理岩溶洞穴顶板的经验，分析以下两个因素：一是包括顶板的厚度、跨度及形态、岩石性质、岩层产状、节理裂隙状况及岩石物理力学指标等，二是包括受载状况、岩石含水量及温度变化影响，以及洞内水流搬运的机械破坏作用等。采用多种计算办法，评价顶板安全厚度。6.4.14 大型采空区的地表变形量大，一般都难以满足工程的容许变形值；陡倾斜煤层在下部煤层开采后，覆岩容易发生塌陷，对地面工程造成破坏。这两种情况治理费用高，均应绕避。山西、陕西等地均在采空区上修筑了高速公路，在煤层开采规模较大、开采深度小于或等于250m时，采用注浆治理方案均取得了成功，其它方法尚无工程实例。对于埋深大于250m的采空区，宜根据采空区的特点、工程地质条件和危害程度及治理费用等因素，确定是否采用全充填注浆方法。对于煤层开采后顶板尚未塌陷的采空区或采空区为单一的巷道，且能在巷道内安全施工时，可采用巷道内回填干砌片石、浆砌片石、煤矸石等方案；当采空区为壁式或房柱式开采工作面时，可先采用钻孔回填干湿料方案，然后再注浆充填的方案。由于采空区的工程地质条件复杂，应针对采空区的具体情况，合理选用非注浆充填方案或注浆充填方案，达到经济合理的最佳治理效果。6.4.15 膨胀土属于D组填料，不能直接作为路基填料，低路堤基床部分的膨胀土必须挖除换填。6.5.1 有砟轨道的道砟厚度为0.35m，为增加道砟的弹性，减少运营期间的磨损，有必要设0.2m厚的级配碎石过渡层；无砟轨道支承层则可直接铺在不易风化的硬质岩上。6.5.2 由于路基基床中的动应力是逐渐衰减的，因此高速铁路对于路基基床强度的要求随着与路基面距离的增加是逐渐减小的，条文中基床底层Ps及0要求值从严格意义讲是指基床底层顶面。铁科院“铁路路基基床结构设计方法及参数的研究”提出了基于控制变形和应变的基床结构设计方法，解决了天然地基不满足路基基床要求，采用换填方案时的换填深度与结构设计方法问题。该方法对于低路堤基床换填同样适用，方法及步骤如下：（1） 基床填料与路堑地基相关计算与控制参数的确定基床填料与路堑地基的性能是基床结构设计的基础。由于控制的本源是多方面的，需要满足各方面的要求，涉及到众多的参数。但根据土的工程分类等经验总结，通常情况下许多参数是自然满足的。对于基床填料，首先需要了解其击实性能和击实后的物理力学性质是否满足要求。基床结构的设计计算是根据填料的压实的地基系数、变形模量等参数进行的，需要对这些参数进行预先的估计。对于通常的填料可取经验值，如说明表6.5.2-1，并以此作为压实的最低要求。对于特殊土和处于分类边缘附近的填料，需要进行试验，以判断填料是否满足要求或作特殊的设计。说明表6.5.2-1 通常填料的地基系数土 类级配碎石细粒土粗粒土碎石土K30(MPa/m)19080-11080-130120-150对于路堑，建议作声波试验来确定模量情况，也可以采用动力触探、静力触探等估计地基土的模量。要求在现场填筑压实试验过程中和路堑开挖后复核K30或Ev2状况。（2） 基床底层所需上覆等效厚度与基床表层厚度的确定1）确定道床初始动荷载从道床顶面的初始荷载算起，按照设计的行车速度和轴重，根据经验公式(6.5.2-1)计算动轴重。考虑5根轨枕承担轮载，分担比例为0.1:0.2:0.4:0.2:0.1，并以轨枕的有效支承面积作为分布面积（如图6.5.2-1），将列车荷载作用在道床顶面，从而确定了初始荷载的大小和分布。路基的动荷载可在计算中得到。 （说明6.5.2-1）式中：Pd动轴载，kN；说明图6.5.2-1 列车荷载在道床顶面的分布2）确定基床表层及道床的计算模量在缺少实测试验资料时，级配碎石基床表层可取180MPa，碎石道床可取300MPa。3）确定基床底层的计算模量首先确定基床底层的初始最大模量，可根据地基系数K30值或波速值确定。按填料和地基状况选定基床底层的设计K30值或波速值，并将K30值转化为模量形式。 （说明6.5.2-2）如假设在受力过程中泊松比不变，且路基变形最大的位置从上到下基本处于一维变形状态，则E/Emax的关系近似同说明图6.5.2-2。取K30试验时的应变水平为0.18%，并根据图6.5.2-2对应的模量比计算介质初始变形模量Emax，或由剪切波速度直接由式计算初始模量值，取泊松比0.22计算Emax。平均而言，基床底层应在允许应变范围内，取对应模量为初始模量0.65，即： E0.65Emax （说明6.5.2-3）图6.5.2-2 应变与模量比的关系4）计算空间的当量假定简化计算可采用Boussinesq公式。由于公式为均质半空间体的计算式，需要对层状体系作当量转化，采用Odemark的模量与厚度当量假定，按照式(说明6.5.2-4)认为不同模量（模量E）的厚度h可等效于底层(模量E0)同模量的等效层厚he。这样，不同模量的层状结构可等效为各层厚度调整后的均质半空间体。 （说明6.5.2-4）也可以通过数值计算进行分析。5）当量空间的应力计算在当量转化后的等效空间中由Boussinesq公式计算各点的应力。6）应变计算根据应力和所确定的基床底层的计算模量，计算应变。7）基床底层所需等效覆盖层厚度的确定根据应变控制准则，最大应变不超过图中临界模量比范围下限所对应的应变。应变刚好不超过该控制应变的厚度为当量空间基床底层所需的上覆等效厚度。8）基床表层厚度的确定按照当量假定，根据式(说明6.5.2-4)将道床等效填充到所需的等效覆盖层，不足的部分为基床表层的等效厚度，并将其转换为实际空间的厚度，即为基床表层厚度。9）路基面动变形的计算按确定的层厚，将当量空间的应力等效对应到实际空间，根据应力和各层的计算模量，计算各点应变，再由应变计算路基面的变形。10）基床表层厚度的调整根据变形控制准则路基面的最大变形不超过1mm。确定试算的结果是否符合要求。不符合时，调整基床表层厚度。重新作8)，直到恰好满足要求。11）说明 该方法主要是根据下层的情况来设计上层的厚度。如为复合表层，一般也综合为一层，而不考虑其中较薄的防渗反滤层和模量相近层的差异。如确有必要，可按三层及三层以上层状系统仿照上面的步骤进行。路堑或矮路堤地基在基床范围时，可参照进行验算，判断是否需要加固或调整表层厚度。对于地基计算参数的选取，建议作波速试验，以确定初始最大模量，并在路堑开完后作地基系数K30试验。说明表6.5.2-2和说明图6.5.2-3为计算的不同基床底层所需的等效覆盖层厚度。设计时，首先按当量假定公式(说明6.5.2-4)计算模量为E的道床折算为底层（或基底）模量E0的等效厚度he，并代替部分等效覆盖层厚度。剩余部分即为基床表层的等效厚度he，再根据式(说明6.5.2-4)反算基床表层的厚度h。说明图6.5.2-3 不同基床底层所需上覆等效厚度图说明表6.5.2-2不同基床底层所需的当量厚度表动轴重/地基系数Pd/K30(t/MPa/m)上覆等效换填厚度(m)细粒土粗粒土碎石土0.06 0.12 0.14 0.15 0.07 0.19 0.20 0.21 0.08 0.24 0.25 0.26 0.09 0.29 0.30 0