铁路客运专线路基设计施工关键技术的修改稿

施工关键技术,客运专线路基,目 录,一、国内外高速铁路路基发展现状二、客运专线工后沉降控制三、客运专线路基施工工艺四、客运专线路基加固五、客运专线地基加固六、客运专线桥涵过渡段,1.对路基认识上的提高2.高速铁路路基的要求3.国外高速铁路路基4.客运专线的发展5.客运专线暂规的主要变化,一、国内外国内高速铁路路基发展现状,1.对路基认识上的提高,由于我国以往的铁路工程对路基的重视程度不够，使得铁路路基出现了很多质量问题，造成了很大的经济损失。随着大秦、广深、秦沈客运专线的建设，人们对路基的研究和重视程度也在逐步提高，现在，路基在铁路工程中与桥涵隧道一样，已明确被作为“结构物”来看待。过去铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。,1）基床的强度高、刚度大；2）地基沉降很小或没有沉降；3）路基刚度纵向平顺变化；4)良好的耐久性。,2.高速铁路路基要求,1）强度高刚度大,以往铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。强度高刚度大有利于减少弹性变形和累积下沉,2）地基沉降很小或没有沉降,路基沉降变形主要包括三个方面： 列车行驶中路基面产生的弹性变形；长期行车引起的基床累积下沉；路基本体填土及地基的压缩下沉。路基沉降变形按时间划分： 施工沉降：施工期间产生的沉降工后沉降：填筑竣工铺轨开始后至使用期内的沉降,）路基刚度纵向平顺变化,不均匀沉降引起轨道几何不平顺,引起列车振动，降低舒适性。纵向刚度突变会给轨道造成动态不平顺，引起列车振动，降低舒适性。所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变。需要设置各种过渡段。,4)良好的耐久性,列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪冲蚀作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须做到在这些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大,真正做到长寿命，少维修。,3.国外高速铁路路基构造要求,强化路基基床 严格控制路基填筑标准 沉降控制更严格 ，以时间换质量加强路基的防排水措施，加强边坡和灾害的防护,A、法国TGV,基床由覆盖层2035cm，封堵层3550cm，上层土方100cm组成，覆盖层及封堵层均有各自严格的级配要求。,B、德国高速铁路(300km),基床由保护层20cm，防冻层（约40cm）组成，各层之间颗粒粒径及组成均满足隔离和过滤准则。,C、日本新干线,1. 基床表层：沥青混凝土厚5cm，级配碎石厚30cm或厚65cm；2基床底层：厚230265cm。,D、京沪高速铁路,基床表层厚0.7m，基床底层厚2.3m。,E、各国路基面结构尺寸,3.国外高速铁路路基构造要求,重要启示：在基床表面设置防水设施是十分必要的。国外铁路发展经过了漫长的道路，走过了很多弯路，积累了一些成熟的经验值得借鉴。强化基床表层：有的是路基面硬化层，兼有防水效果，如日本；有的是直接设置隔水层，如德国和法国。,4.我国客运专线的发展,高速铁路：新建时速250公里以上的铁路；提速改造200公里以上的铁路。客运专线：是指时速超过200km的高速旅客列车专用铁路，它具有速度快、污染小、安全舒适等优点。,4.我国客运专线的发展,我国在九十年代的“八五”、“九五”时期，就对高速铁路展开了大规模研究。现行客运专线铁路路基的技术标准及主要参数，是在上述研究成果的基础上，借鉴、消化和吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验；结合秦沈客运专线的现场试验成果，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。,秦沈客运专线综合试验路基沉降表,1999年8月16日正式开工。 2002年12月31日全线建成。 2003年1月1日全线联调和动车组试运行满足设计要求。 全线总投资161.2亿元。 综合指标3984万元/公里。,秦沈客运专线工期及投资,为给时速300公里客运专线设计、施工和技术装备选型提供技术储备，选择了山海关至绥中北区间66.8公里综合试验段。 2001年12月，采用“神州号”内燃动车组，2M+4T编组，试验最高速度210.7公里/小时。 2002年9月，采用“先锋号”动力分散型动车组，4M+2T编组，试验最高速度292公里/小时。 2002年11月-12月，采用“中华之星”动力集中型电动车组，2M+9T编组，试验最高速度305.9公里/小时；2M+3T编组，试验最高速度321.5公里。 结论表明：中国铁路已进入了客运专线工程的运营实践阶段。,秦沈客运专线综合试验,5.暂规主要修改内容,1.对路基基床表层和过渡段填料补充了Evd检测标准；,5.暂规主要修改内容,2.路基基床表层增设了沥青混凝土强化层，以加强防水和防冻；,5.暂规主要修改内容,3. 规定高速铁路路基应优先选用A、B组填料和C组块石、碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时，应根据土源性质进行改良；,5.暂规主要修改内容,4. 路桥、路涵过渡段采用纵向正梯形断面形式，取消加筋土过渡段的结构形式，补充了所有路涵均需设置过渡段的规定，并按节单独编制；,5.暂规主要修改内容,5.对路基工后沉降控制标准及其地基条件结合国际咨询意见进行了修改。,路基工后沉降标准,二、客运专线工后沉降控制,1. 工后沉降控制的意义2. 沉降观测仪器比选3. 沉降测试方法4. 观测数据处理及工后沉降预测5. 沉降控制动态设计,1.工后沉降控制的意义,客运专线基床表层采用级配碎石，压实标准较高，表层弹性模量可达200 MPa以上，路基面弹性变形在1.0mm之内；路堤填土压密下沉量为路堤高度的0.20.4，而且在一年左右完成。由此可见，只要满足基床及路基本体填筑材质、压实标准，列车行驶中的弹性变形、运营阶段的塑性变形及路基填土压缩量都是有限的，而且也可得到控制。因此，控制路基工后沉降的关键，在于控制支承路基的地基沉降。,各个规范工后沉降要求,2.沉降测试方法比较,1.观测桩2.沉降杯3.沉降板4.水压式剖面沉降仪5.水平测斜仪,沉降观测仪器比选,观测桩 用木桩和钢钎钉入土中，用水准仪抄平，即可测量地表面的沉降量。此方法最简便，但只能测定建筑物表面的沉降值，无法测试土体内部某位置的沉降，对填土施工有干扰。,沉降观测仪器比选,沉降杯 将盛水密闭容器置于土中，容器上接出进水管、排水管和排气管至填土以外。进水管外部与测量杯相连。容器灌水以后，容器内部的水位与外部观测水杯的水位一致，则可通过观测测量杯中的水位得到容器的沉降。其优点是构造简单，造价低廉，缺点是三根管的埋设要求比较高，如果埋设不平顺，容易形成气泡阻塞水管，使测试无法进行。此方法比较少用。,沉降观测仪器比选,沉降板 由底板和测杆、护套组成。底板为边长约50cm厚度3cm的钢筋混凝土板。测杆为直径40mm左右的钢管，第一段垂直固定于钢筋混凝土板的中央，随着填土高度的增加，分段以丝扣接长测杆。测杆外套接塑料管保护，以免测杆受外来扰动变形。 沉降板是目前沉降观测的最常用的手段。其优点是造价低廉，操作简便，易于测试。但其弱点也很明显，主要是影响填土压实施工，压实机械经过时必须绕道而行，极为不便，机械经常撞坏沉降杆，且形成压实死角，降低压实质量。其次是一个沉降板只能测量路堤中一点的沉降。另外一个缺点是损坏后的补救非常困难。,沉降观测仪器比选,水压式剖面沉降仪 由沉降管和二次测试仪器组成。沉降管为一般的PVC管，二次测试仪器由探头、注水管、注水架组成。其工作原理见图2.,沉降观测仪器比选,水平测斜仪 与水压式剖面沉降仪相似，水平测斜仪也由沉降管和二次测试仪器组成。不同的是水平测斜仪无需注水系统，其沉降管是特制的PVC管。工作原理见图3.,沉降控制动态设计,图4-13,三、客运专线路基施工工艺,1、路基构造2、 路基填筑工艺流程及技术要点3、 试验检测简介,1、路基构造,2、填土施工工艺流程,场拌施工,路拌施工,3、 试验检测简介,压实系数K,环刀法灌水法灌砂法气囊法核子湿度密度仪铁路工程土工试验规程（TB101022004）,孔隙率n,灌水法灌砂法气囊法铁路工程土工试验规程（TB101022004）,地基系数K30是日本和我国在铁路路基检测中常用的方法，是采用单循环荷载试验。用单位面积压力除以承压板相应的下沉量表示的（MPa/m），计算时选用的沉降量为0.125cm。,动态变形模量 Evd 的定义,动态变形模量Evd （英文：dynamic modulus of deformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。 它由平板压力公式Evd =1.5r /s计算得出， 其中：Evd动态变形模量（MPa）； r 圆形刚性荷载板的半径（mm）； 荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力Fs=7.07KN且冲击时间ts=18ms时标定得到的，即 =0.1 MPa； s 实测荷载板下沉幅值（mm）； 1.5 荷载板形状影响系数。 实测结果采用公式 Evd =22.5/s 计算。,Evd动态变形模量测试仪基本原理,利用落锤从一定高度自由下落在阻尼装置上，产生的瞬间冲击荷载，通过阻尼装置及传力系统传递给直径300mm的承载板，在承载板下面（即测试面）产生的动应力，使承载板发生沉陷s 即承载板振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值s 越大，则被测点的承载力越小；反之，越大。,动态变形模量Evd 是德国九十年代开始采用的新型路基压实质量标准，从研究开发至今已有近二十年的历史。动态变形模量Evd 标准首先应用于道路建设、路面垫层、管道和电缆沟槽、渠道、基础回填等工程。1997年2月德国颁布执行的德国铁路建设轻型落锤仪使用规定（NGT39）标志着动态变形模量Evd 标准开始在铁路工程中正式采用。,国外 Evd 发展情况,动态变形模量Evd 标准的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。1999年12月20日颁布执行的德国铁路规范DS836.0501中，按路基结构形式、设计速度、填土种类、工程部位的不同，明确规定了各种情况下的动态变形模量Evd 的设计标准值，其中，设计速度300km/h的高速铁路路基基床表层的Evd 设计标准为50MPa。,国外 Evd 发展情况,特点体积小、重量轻、便于携带安装及拆卸方便、操作简便自动化程度高、测试速度快性能稳定、测试精度高检测费用低、适应范围广环保型，无核辐射、废气等污染动载测试符合土体实际受力状况,Evd 动态变形模量测试仪,四、客运专线路基加固,1、硬化层技术2、复合土工膜隔水技术3、 土工格栅地基补强 4、固土网垫边坡防护,1.硬化层技术,强化基床表层是消除基床病害、保证高速铁路运营的根本措施。国外高速铁路都在基床表层和道床之间设置了过渡层以防止基床病害, 保证线路平顺, 我国高速铁路建设借鉴了这一经验 。,2.复合土工膜隔水技术,由于秦沈线14标20标段A、B组填料缺乏，如果直接使用C组土填筑路堤不能满足暂规要求，如果外运土料或使用C组土改良，工程投资大。试验的目的在利用两布一膜隔水防渗的特性，铺设在基床表层底面，阻截表水下渗，防止基床底层填料浸水软化，从而提高基床表层以下C类土的强度和刚度，以减少有害变形，使由C类土填筑的基床底层和路基本体既满足暂规要求又可降低造价。,两布一膜的铺设工艺,两布一膜的铺设工艺,1、路基面检测及整平2、铺设底层砂垫层3、铺设二布一膜4、摊铺上层砂垫层5、摊铺基床表层级配碎石,应用二布一膜的结论,基床中的二布一膜在路基施工过程中应变值不超过0.02%，在列车荷载作用下不超过0.007%，相应的应力值分别不超过2200N/m和850N/m。远远小于其容许值，因而能够正常发挥作用；湿度试验证明二布一膜的防渗效果非常好，可以完全隔离路基面上的水分下渗。初步研究成果说明：在高速铁路路基填筑施工中，利用复合土工膜隔水技术，以C类土替代A、B类土填筑路基本体的方案是可行的。,3.土工格栅地基补强,软土地基和部分松软地基的加固大都在基底砂垫层（或碎石垫层）中铺设土工合成材料加筋材，共同组成连续完整的加筋垫层，并多与排水固结法或复合地基加固法联合处理。,4.固土网垫,粉粘土填料由于粉粒含量较高，遇水易崩解，边坡较易受雨水冲蚀而形成冲沟和溜坍，为了加强边坡防护，采用土工合成材料加植草进行防护。,五、客运专线地基加固,1、基本工程措施2、地基处理方法3、质量检测方法,1、基本工程措施,1、路堤两侧设1.0m高、1.02.0m宽的护道，护道以下边坡为1：1.75，护道及护道边坡采用干砌片石护坡防护。 2、对浅层软土或松软土，一般采用片石挤淤加固，当地表有薄层硬壳时，可挖除硬壳进行片石挤淤。3、对于软土或松软土埋藏较深、厚度较大的地基，一般采用水泥搅拌桩、旋喷桩、混凝土预制管桩、CFG桩等进行处理，桩顶铺设碎石垫层并铺设一层土工格栅。加固深度原则上穿透软土层。4、过渡段地基一般采用水泥搅拌桩、CFG桩或旋喷桩加固。5、每个工点设置观测断面，埋设观测仪标，对地基水平位移和垂直位移进行监测，根据监测结果，进行动态设计，指导施工。,2、地基处理排水固结法,是利用排水固结原理，在软土地基内设置竖向排水体，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。,2、地基处理（真空预压）,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。,真空管路,真空计,2、地基处理桩网结构,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