高速铁路路基简介.ppt

高速铁路路基简介 一 高速铁路路基的特点二 高速铁路路基结构形式三 路基填料与填筑四 地基条件与地基处理五 科研试验研究现状 提纲 一 高速铁路发展与路基工程的特点 1 高速铁路发展现状 高速铁路是指具有高加速和高减速性及对列车运行进行自动控制 时速超过200km的铁路 具有速度快 污染小 安全舒适等优点 正在全球范围内被当作一种高速运行的交通工具 高速铁路建设已成为世界铁路发展的总趋势 目前日本 法国 德国 意大利 西班牙等国家均建成高速铁路并投入商业运行 韩国 美国 俄罗斯 加拿大等国家正在或计划修建高速铁路 我国于1994年建成了时速160km的广深准高速铁路 2002年又建成时速200km的秦沈客运专线 为高速铁路的修建积累了大量经验 随着国民经济的高速发展和铁路跨越式发展思路的提出 修建高速铁路并形成铁路快速运输网络已成为我国铁路建设发展的必然 2 高速铁路路基工程的特点 路基作为轨道基础 其强度 刚度 稳定性以及在运营条件下将线路轨道参数保持在允许的标准范围之内 是确保列车高速 安全 舒适 平顺运行的前提条件 因此 高速铁路对路基的稳定性 变形控制 填料质量 路基刚度等都提出了非常严格的要求 路基工程应按土工构筑物考虑 路基变形可分为静载和动载作用下的变形 静载变形是指使用荷载作用下的地基沉降量与本体压密变形量之和 路基工程变形控制不同于民用及工业建筑 它允许有很大的工期沉降 因为工期沉降不会造成大的不良影响 重点关注应为工后沉降或残余沉降 一 高速铁路发展与路基工程的特点 2 高速铁路路基工程的特点 工后沉降是指路基竣工铺轨通车后产生的沉降量 京沪高速铁路标准 路基一般地段5cm 路桥过渡段3cm 初年沉降速率2cm 受填料性质 压实度 地基条件及处理措施的影响 本体沉降一般在路堤竣工后一年左右完成 可不计入工后沉降 控制路堤工后沉降主要是控制地基工后沉降 路基动变形 主要指由列车动荷载引起的基床变形 包括弹性变形和累积塑性变形 对舒适度 安全性 轨道平顺性的日常养护维修等影响极大 日本标准2 5mm 我国建议值 4mm 秦沈实测值 0 29 0 89mm 与行车速度 轴重 基床刚度 强度等关系密切 一 高速铁路发展与路基工程的特点 1 各国路基标准横断面A 法国TGV 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面B 德国高速铁路 300km 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面B 德国高速铁路 300km 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面B 德国高速铁路 230km 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面B 德国高速铁路 230km 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面C 日本新干线 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面D 京沪高速铁路 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面D 京沪高速铁路 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面D 京沪高速铁路 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基标准横断面E 各国路基面结构尺寸 二 各国高速铁路路基结构形式 2 各国路基基床结构形式A 日本新干线 二 各国高速铁路路基结构形式 基床表层 沥青混凝土厚5cm 级配碎石厚30cm 基床底层K30 11kgf cm3 或厚65cm 基床底层7kgf cm3 K30 11kgf cm3 基床底层 厚230 265cm B 法国TGV表层 分为覆盖层20 35cm和封堵层35 50cm 相当于我国的基床表层 两者合计为70cm 上层土方 100cm 相当于我国基床底层 2 各国路基基床结构形式C 德国高速铁路 二 各国高速铁路路基结构形式 路基保护层 20cm 2 各国路基基床结构形式D 特殊路基基床结构形式 二 各国高速铁路路基结构形式 1 不良路堑 2 低矮路堤 处理方法 换填度的确定 3 各国路基质量控制方法与标准A 各国铁路基床压实标准控制参数选用种类 二 各国高速铁路路基结构形式 3 各国路基质量控制方法与标准B 铁路基床压实参数检测 二 各国高速铁路路基结构形式 专用钻探取芯 少量 特殊检测 3 各国路基质量控制方法与标准B 铁路基床压实参数检测 二 各国高速铁路路基结构形式 Ev2检测设备 主要控制指标 3 各国路基质量控制方法与标准B 铁路基床压实参数检测 二 各国高速铁路路基结构形式 K30检测设备 3 各国路基质量控制方法与标准B 铁路基床压实参数检测 二 各国高速铁路路基结构形式 Evd检测设备 3 各国路基质量控制方法与标准C 铁路基床压实参数控制标准 二 各国高速铁路路基结构形式 1 各国路基填料分类 三 路堤填料与填筑施工 目前各国及我国工程界各部门对于土质分类法尚无统一完整的体系 土质分类主要根据土颗粒组成及特征 以土的级配指标 不均匀系数Cu和曲率系数Cc表示 土的塑性指标 液限 塑限 塑性指数 土中有机质含量等 岩石主要根据强度 抗风化能力等 1 各国路基填料分类A 法国填料分类 三 路堤填料与填筑施工 法国填料分类 共分五级 A级 细粒土 B 级细砂砾土 C级 含细粒及粗粒土 粗细粒混合土 D级 水稳性好的土 R级岩块 包括易分化和不易风化 B 日本填料分类日本填料分类 根据颗粒粒径 含量 分别按大 中 小 细四等级进行分类 细粒土采用塑性图分类 C 中国填料分类中国填料分类 根据类别 土名 颗粒 级配 塑性指数五个指标将填料分为五个大类 细粒土采用塑性图分类 2 我国不同时速路基填料要求 三 路堤填料与填筑施工 3 路堤填料改良 三 路堤填料与填筑施工 填料改良是指在原土中添加某种材料 使之与土发生一定的物理化学反应 以改变原土的物理力学性质 已达到符合高速铁路填料的标准 填料改良方法 物理改良和化学改良1 添加剂 石灰 水泥 粉煤灰 沥青 合成固化剂 合成树脂等 添加剂的选用 一般情况下 塑性指数较高的粘性土采用石灰 砂类土采用水泥 2 步骤 原土各类物理 力学 水稳性试验 各类添加剂改良土相关试验 确定添加剂及配方 经济 技术 控制性指标改善情况 现场工况试验 确定现场添加剂用量及工艺 添加剂用量控制 综合考虑各类物理力学性质的改善 控制性指标 无侧限抗压强度qu Mpa CBR值可作为重要参考指标 现场强度与室内强度关系 qu 现场 0 6 0 7qu 室内 如基床底层K30 110Mpa相应要求qu 700Mpa 则室内强度qu 1000Mpa左右 3 改良方法 厂拌法 路拌法 场地式拌和法 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 法国TGV路基工程施工现场 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 法国TGV路基本体路拌法施工 法国TGV上部土方路拌法施工 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 法国TGV路拌法施工 含灰量控制方法 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 日本新干线厂拌法施工 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 京沪高速试验工点路拌法施工 4 改良填料施工工艺与工法 三 路堤填料与填筑施工 京沪高速试验工点厂拌法施工 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点A 线路概况 三 路堤填料与填筑施工 合宁线为新建一次性铺设跨区间无缝线路 旅客列车设计速度为200km h客货共线铁路 路基占线路总长的84 5 全线普遍存在alQ3膨胀性粘土 位于中等和弱膨胀土地区线路长约为136km 其中属中等膨胀性的约为36km 中等或弱膨胀性土为D组填料 必须进行改良 全段用于基床底层及本体填筑的改良土近1000万立方米 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点A 线路概况 三 路堤填料与填筑施工 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点B 试验概况 三 路堤填料与填筑施工 验证设计 探讨适宜的路基结构形式及边坡防护形式 对不同膨胀土填料进行室内改良试验 提出满足本线路基工程要求的改良方案 提出改良土粉碎 拌和及压实施工工艺的试验成果及适宜的路堤压实质量检验方法 查明全线取土场土源情况 并进行相关的室内试验 提供改良土相关技术参数 探讨改良土强度设计标准及现场验收标准 试验主要目的 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点B 试验概况 三 路堤填料与填筑施工 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 试验段膨胀土填料物性指标 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 试验段膨胀土填料力学指标 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 试验段膨胀土填料膨胀性指标表 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 试验段地基原位膨胀试验 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后颗粒组成变化曲线 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后微观结构变化 改良前 改良后 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后塑性指数变化 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后胀缩指标变化 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后胀缩指标变化 有荷膨胀量 无荷膨胀量 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后胀缩指标变化 膨胀力 体缩率 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后胀缩指标变化 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点C 试验内容 三 路堤填料与填筑施工 改良前后胀缩指标变化 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点D 改良土施工 三 路堤填料与填筑施工 施工机械一览表 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点D 改良土施工 三 路堤填料与填筑施工 拌和机械性能一览表 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点D 改良土施工 三 路堤填料与填筑施工 碾压机械性能一览表 5 膨胀土改良实例介绍 合宁线试验工点D 改良土施工 三 路堤填料与填筑施工 1 地基条件 四 地基条件与地基处理 高速铁路对路堤的沉降变形提出了严格要求 尤其软土及松软土路堤的工后沉降控制 对天然地基土地基条件提出了新的评判标准 对于不满足要求的工点需进行沉降分析 路堤地基条件评判一览表 1 地基条件 四 地基条件与地基处理 高速铁路徐沪段工程地质分区包括剥蚀低山丘陵区及山间谷地或丘间谷地 黄淮冲积平原 淮河一 二级阶地及坳谷 长江及其支流一级阶地 长江冲积平原 冲湖积平原 湖积平原 湖沼积平原 长江三角洲滨海平原等 沿线软土分布广泛 正线软土地基总长 143 43km 217处 占线路全长的22 2 松软土地基总长 116 32km 152处 占线路全长的18 软土 松软土成因类型复杂 主要有谷地相 河流冲积阶地相 湖积相 滨海相沉积形成 1 地基条件 四 地基条件与地基处理 软土及松软土地基按压缩层的地基土类别可分为两种类型 1 以黄淮冲积平原为代表 地层以粉土 粉砂为主要压缩变形层 同时也存在液化问题的松散软弱地基类型 2 以于谷地相 湖积平原 滨海三角洲平原为代表 地层以湿软黏性土为主要压缩变形层的地基类型 按地层结构即主要压缩变形下伏地层不同可分为两种类型 1 松软层下伏深厚第四系层 为可压缩层 按下卧层土质类别又可分为渗透固结指标较低的黏性土和渗透固结性能较好的粉土 粉细砂两种类型 2 松软层下伏基岩 为不可压缩层 2 地基处理A 综述 四 地基条件与地基处理 地基处理的目的是为了提高地基承载力 减少地基沉降 有时也为了减少地基的渗透性 当天然地基不能满足构筑物稳定或变形控制要求时 就要对天然地基进行处理形成人工地基 由各种地基处理方法获得的人工地基可以分为两类 一类是对天然地基土体全部进行土质改良 如排水固结法 强夯法 原位压实法 换填法等 另一类是形成复合地基 它可以由复合土与天然地基土体形成 如水泥土复合地基 也可以由插入的材料与天然地基土体形成 如低强度桩复合地基法 树根桩复合地基 也可以由插入的材料与得到的改良的天然土体形成 如振冲挤密碎石桩复合地基 还可设置水平向增强体形成复合地基 近年来 国内外学者在进一步研究竖向增强体和水平向增强体的特点的基础上 为充分发挥桩间土的承载能力 提出了桩网复合结构或桩网复合地基结构 建立相应的理论并应用于工程实践 取得了较好的效果 2 地基处理B 复合地基分类 四 地基条件与地基处理 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换 或在天然地基中设置加筋材料 加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基 根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基 竖向增强体复合地基通常通常称为桩体复合地基 可分为三类 散体材料复合地基 柔性桩复合地基和刚性桩复合地基 散体材料复合地基如碎石桩复合地基 砂桩复合地基等 柔性桩复合地基如深层搅拌桩复合地基 旋喷桩复合地基等 刚性桩复合地基如CFG复合地基 管桩复合地基 钢筋混凝土复合地基等 复合地基有以下两个基本特点 加固区是由基体和增强体两部分组成的 是非均质的 各向异性的 在荷载作用下 基体和增强体共同承担荷载的作用 2 地基处理C 排水固结法分类 四 地基条件与地基处理 根据排水固结原理发展起来的一类处理方法可有效地解决软土地层的沉降和稳定问题 该类方法统称为排水固结法 它是指利用排水固结原理 在软土地基内设置 有时不设置 竖向排水体 铺设水平排水垫层 并对地基施加固结压力或减小孔隙水压力对地基进行加固的一类方法 排水固结法由加压系统和排水系统两个主要部分组成 加压系统是为地基提供必要的固结压力而设置的 它使地基土层因产生附加压力而发生排水固结 设置排水系统是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件 增加孔隙水排出路径 缩短排水距离 从而加速地基土的排水固结进程 加压系统与排水系统是相互配合 相互影响的 除了少数天然排水系统能满足要求的情况 排水固结加固地基一般均应设置这两个系统 根据加压和排水两个系统的不同 派生多种排水固结方法 2 地基处理D 几种地基处理新技术 真空预压 四 地基条件与地基处理 真空联合堆载预压是从简单堆载预压传统地基处理方法发展起来的 具有加速固结 缩短工期 不控制填土速率 不需要预压土方等优点 已广泛应用于高速公路建设 昆山试验效果较好 真空管路 真空计 2 地基处理D 几种地基处理新技术 真空预压 四 地基条件与地基处理 开挖密封沟 真空射流泵 坡脚外裂缝 铺设密封膜 2 地基处理D 几种地基处理新技术 桩网结构 四 地基条件与地基处理 桩网复合结构是在地基处理过程中 下部土体得到竖向增强体 桩 的加强形成复合地基加固区 在桩顶得到水平向增强体 网 的加强形成复合地基加固区 使网 桩 土三者协同作用 整体共同承担上部荷载 具有沉降变形小而且完成快 工后沉降较易控制 稳定性高 施工方便等优点 2 地基处理D 几种地基处理新技术 桩板技术方案 刚架 四 地基条件与地基处理 桩板技术方案 英国海底隧道连接线 CTRL 是一条连接伦敦和英法海底隧道的线路 线路要穿越一个沼泽地区 地下土层性质很差 几乎无法建设一条典型的回填轨道道床 所预计的沉降量非常大 因此 铁路线路只能建立在一系列的板桩结构上 这一结构总长约7公里 2 地基处理D 几种地基处理新技术 桩板技术方案 刚架 四 地基条件与地基处理 自1991年 2000年 铁道部科学研究院联合科研院 所 设计院 对世界高速铁路技术进行了全面的研究 通过大量室内试验 理论分析 出国研修等方法 对高速铁路系统的技术参数进行了试验研究 并由铁三院组织编制了 京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定 后经修编改为 京沪高速铁路设计暂行规定 五 高速铁路试验研究现状 1 研究历程 自2000年 2003年 通过修建秦沈客运专线 包括时速300km h综合试验段 通过现场施工和三次试运营测得大量数据 对路基工程的软土地基沉降控制 桥路过渡段设置形式 不同基床结构动力特性 土工合成材料加筋技术 路基施工工艺质量检验及标准等进行了系统的研究 根据研究报告 设计暂规 国际咨询意见 对原 京沪高速铁路设计暂行规定 进行了第二次修编 五 高速铁路试验研究现状 1 研究历程 自2003年至今 铁道部高速办又组织了相关科研单位 在大量科研试验的基础上 正在编制 时速200km h客货共线设计暂行规定 同时 对高速铁路工程设计进行了国际咨询 路基专业主要咨询的内容包括 桥路方案确定 地震区路基设计 软土及松软土路基设计 路堤填料设计 路堤支挡 路堑基床设计等方面 五 高速铁路试验研究现状 1 研究历程 京沪高速铁路徐沪段路桥分界高度的研究报告 京沪高速铁路徐沪段软土地基处理研究报告 京沪高速铁路徐沪段软岩填料研究报告 京沪高速铁路徐宁段液化地基处理研究报告 京沪高速铁路徐沪段松软土地基处理研究报告 京沪高速铁路路基结构形式及填料改良土优化研究报告 高速铁路软土 液化土加固技术研究 软土地基路桥设计参数试验研究 昆山试验段 高速铁路软土地基沉降控制试验研究 等项目 五 高速铁路试验研究现状 2 主要已完成的和正在进行的科研项目 在系统分析京沪高速铁路前期勘察设计 科研成果资料以及相关工程实际效果资料的基础上 结合京沪高速铁路徐沪段的工程地质条件 经综合比选最终确定京沪高速铁路宁沪段 DK613 535 DK614 385 作为现场试验工点 五 高速铁路试验研究现状 3 重点科研项目简介 昆山试验段 通过试验预期达到如下目的 1 评价各种勘探 测试手段的有效性及适用性 研究软土地基的综合勘察方法和指导物理力学参数的合理选取 2 验证全线设计中拟采用的地基加固措施对控制工后沉降和沉降速率的实际效果 评价沉降估算方法及精度 修正设计参数 规范地基处理施工工艺与质量检验方法 标准 3 通过对主要填料 碎石土 下蜀黏土 石英二长岩风化物 类型的工程特性 改良方法 填筑工艺 压实质量检验及动力特性等试验 验证作为高速铁路路基填料的可行性 五 高速铁路试验研究现状 3 重点科研项目简介 昆山试验