高速铁路路基工程技术及质量控制李怒放

1、高速铁路高速铁路路 基 工 程 技 术 及 质 量 控 制路 基 工 程 技 术 及 质 量 控 制李怒放主要内容一、路基工程质量是高速铁路成败的关键二、高速铁路路基工程的特点三、高速铁路路基工程的控制要点四、高速铁路路基结构设计五、高速铁路路基施工新技术六、高速铁路路基检测新技术七、高速铁路路基工后沉降控制与评估八、加强边坡防护及防排水工程的管理九、接口设计及管理一、路基工程质量是高速铁路成败的关键1.1.高速铁路高速铁路旅客列车设计行车速度旅客列车设计行车速度250250350km/h350km/h的铁路。的铁路。2.2.高速铁路对轨道的要求高速铁路对轨道的要求高平顺性高平顺性 为确保列车

2、高速、安全、舒适、平稳运行以及最大程度的减少维修工作量，为确保列车高速、安全、舒适、平稳运行以及最大程度的减少维修工作量，高速铁路要求轨道具有高平顺性。高速铁路要求轨道具有高平顺性。3.3.轨道的基础（线下工程）轨道的基础（线下工程）路基、桥涵、隧道路基、桥涵、隧道 支撑轨道的是线下工程支撑轨道的是线下工程路基、桥涵、隧道，它们的变形特性直接影响路基、桥涵、隧道，它们的变形特性直接影响轨道的平顺性。轨道的平顺性。一、路基工程质量是高速铁路成败的关键4.4.路基与桥涵、隧道的不同变形特性路基与桥涵、隧道的不同变形特性 桥涵、隧道本身的结构特点决定了它们具有较大的刚度，即在力的作用下桥涵、隧道本身

3、的结构特点决定了它们具有较大的刚度，即在力的作用下抵抗变形的能力强。因此，它们的变形抵抗变形的能力强。因此，它们的变形( (沉降沉降) )比较容易控制。比较容易控制。 路基由土和石组成的散体材料构成，自身刚度小，即在力的作用下抵抗变路基由土和石组成的散体材料构成，自身刚度小，即在力的作用下抵抗变形的能力弱。因此，路基的变形形的能力弱。因此，路基的变形( (沉降沉降) )控制的难度就大。控制的难度就大。一、路基工程质量是高速铁路成败的关键5.5.如何提高路基抵抗变形的能力如何提高路基抵抗变形的能力 地基处理地基处理 优质填料优质填料 填筑工艺填筑工艺 以桥代路以桥代路6.6.路基工程施工质量的诸

4、多影响因素路基工程施工质量的诸多影响因素施工装备、工程造价、环境条施工装备、工程造价、环境条件。件。 由于地基处理的效果受施工装备能力所限，路基填筑质量受填料材质、压由于地基处理的效果受施工装备能力所限，路基填筑质量受填料材质、压实机具与工艺、天气和气候等条件的影响大，路基与刚性结构物之间的过渡段实机具与工艺、天气和气候等条件的影响大，路基与刚性结构物之间的过渡段受施工条件差的影响，使得路基工程的施工质量更加难以保证。受施工条件差的影响，使得路基工程的施工质量更加难以保证。7.7.过渡段过渡段路基施工质量控制的薄弱环节。路基施工质量控制的薄弱环节。一、路基工程质量是高速铁路成败的关键8.8.路

5、基工程土工结构物产品材料工艺路基工程土工结构物产品材料工艺 路基工程是线下工程中质量最难控制、最容易被忽视、也最容易出问题的。路基工程是线下工程中质量最难控制、最容易被忽视、也最容易出问题的。因此，应同等重视路基、桥涵及隧道工程，也应将路基工程按因此，应同等重视路基、桥涵及隧道工程，也应将路基工程按“土工结构物土工结构物”进行设计和施工。强化结构设计的理念是保证路基工程质量的先决条件。进行设计和施工。强化结构设计的理念是保证路基工程质量的先决条件。 所谓所谓“土工结构物土工结构物”其实就是个其实就是个“产品产品”。产品的制造就是材料加工艺。产品的制造就是材料加工艺。合格的产品优质材料先进工艺，

6、同样适用于路基工程。合格的产品优质材料先进工艺，同样适用于路基工程。一、路基工程质量是高速铁路成败的关键9.9.轨道要求线下工程必须具有长期的稳定性和耐久性轨道要求线下工程必须具有长期的稳定性和耐久性 作为轨下基础的路基，不仅其主体结构要具有长期的稳定性和耐久性，其作为轨下基础的路基，不仅其主体结构要具有长期的稳定性和耐久性，其防护、防排水及接口工程也是保证路基能够长期、耐久和抵抗自然环境影响的防护、防排水及接口工程也是保证路基能够长期、耐久和抵抗自然环境影响的重要条件。重要条件。10.10.我国已开通运营的高速铁路的经验与教训我国已开通运营的高速铁路的经验与教训 高速铁路运营过程中，出现质量

7、问题最多的线下工程就是路基。因此，路高速铁路运营过程中，出现质量问题最多的线下工程就是路基。因此，路基工程质量是高速铁路成败的关键。基工程质量是高速铁路成败的关键。二、高速铁路路基工程的特点1.1.构筑材料：构筑材料：土、石散粒体介质，种类繁多，力学性质复杂多变，受环境影响会土、石散粒体介质，种类繁多，力学性质复杂多变，受环境影响会发生变异。发生变异。2.2.工作环境：工作环境：暴露在大自然中，同时遭受轨道结构荷载、列车荷载和自然荷载的暴露在大自然中，同时遭受轨道结构荷载、列车荷载和自然荷载的作用。作用。3.3.荷载特点：荷载特点：基床部分受列车动荷载和环境荷载的影响较大，从上到下逐渐减弱；基

8、床部分受列车动荷载和环境荷载的影响较大，从上到下逐渐减弱；路基修筑和列车运营后，在地基上作用有条带状的分布荷载，随深度增加而逐路基修筑和列车运营后，在地基上作用有条带状的分布荷载，随深度增加而逐渐扩散，形成的附加应力逐渐减弱。渐扩散，形成的附加应力逐渐减弱。二、高速铁路路基工程的特点4.4.设计理念：设计理念：高速铁路路基工程应按土工结构物进行设计，其地基处理、路堤填高速铁路路基工程应按土工结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设施等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，使筑、边坡支挡防护以及排水设施等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，使之能抵抗各种自然因素作用的影响，确保

9、列车高速、安全和平稳运行。之能抵抗各种自然因素作用的影响，确保列车高速、安全和平稳运行。5.5.设计特点：设计特点：既要强调强度，又要强调变形，即按刚度（模量）设计。理解为：既要强调强度，又要强调变形，即按刚度（模量）设计。理解为：在力的作用下，抵抗变形的能力。在力的作用下，抵抗变形的能力。三、高速铁路路基工程的控制要点1.1.在列车和环境作用下的整体稳定性在列车和环境作用下的整体稳定性2.2.动变形与动刚度动变形与动刚度3.3.抵抗道碴的贯入与侵蚀抵抗道碴的贯入与侵蚀( (有碴轨道）有碴轨道）4.4.地基处理地基处理5.5.路基填料质量与施工工艺路基填料质量与施工工艺6.6.路基排水与防护系

10、统路基排水与防护系统7.7.路基工后沉降路基工后沉降8.8.路基质量检测路基质量检测四、高速铁路路基结构设计特点 为了提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、并具有长期动力稳定和为了提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、并具有长期动力稳定和耐久性以及防渗、抗冻等性能良好的轨道基础，各国对路基结构采取了强化措耐久性以及防渗、抗冻等性能良好的轨道基础，各国对路基结构采取了强化措施：施： 1.1.强化的层状结构强化的层状结构 2.2.设置过渡段设置过渡段 高速铁路路基结构设计采用了多层结构系统和设置过渡段，其标准也较普高速铁路路基结构设计采用了多层结构系统和设置过渡段，其标准也较普通铁路有了显著的提高

11、。设计、施工及验收暂规对路基变形、基床结构、填料、通铁路有了显著的提高。设计、施工及验收暂规对路基变形、基床结构、填料、地基条件及处理等均有明确规定和严格的要求。地基条件及处理等均有明确规定和严格的要求。四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（日本） 四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（日本） 新干线路基标准横断面新干线路基标准横断面 1.1.基床表层：基床表层：沥青混凝土厚沥青混凝土厚5cm5cm，基床底层基床底层K K303011kgf/cm11kgf/cm3 3时，级配碎石厚时，级配碎石厚30cm30cm，基床底层基床底层7kgf/cm7kgf/cm3 3KK303011kgf/cm

12、11kgf/cm3 3时，时，级配碎石级配碎石厚厚65cm65cm；2 2基床底层：基床底层：厚厚230230265cm265cm。 四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（德国） 300km/h300km/h高速客运专线高速客运专线有砟和无砟轨道有砟和无砟轨道路堤路堤结构设计横断面图结构设计横断面图四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（德国） 300km/h300km/h高速客运专线高速客运专线有砟和无砟轨道有砟和无砟轨道路堑路堑结构设计横断面图结构设计横断面图四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（法国） 油 毛 毡 垫 层面 碴 层纵 向 排 水 设 施5%esbe1ea底 碴 层碴

13、垫 层底 基 层防 污 染 层路 基 表 层垫 层道 碴路 基eb5%四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（台湾） 四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（韩国） 原地面Ev2=120 MN/m25%0 , 7mDpr = 1,03K = 10-6Ev2= 45Dpr=0,95, 0,97 或 Dpr=0,95且na 0,12*K30=11kg/cm3OPM =0,95OPM =0,95OPM =0,90K30=7kg/cm30,5m0,5m3.0.m强化基床德国 韩国当距原地面高度小于2.0m时路堤路堑德国 韩国Ev2=120 MN/m25%K30=11kg/cm33 . 0 .m0 ,

14、5m0,7mK30=7kg/cm3OPM =0,90RSOPM =0,95OPM =0,95Dpr=0,95, 0,97 或 Dpr=0,95且na 0,12*Dpr = 0.97(GW, GI)Dpr = 0,95(GE, SE, SW, SI)Dpr = 0,95 and na 0,12(U, T)0 , 5m原地面FPLK = 10-6Ev2= 60Dpr = 0.97(GW, GI)Dpr = 0,95(GE, SE, SW, SI)Dpr = 0,95 and na 1.0mh1.0m）过渡段示意图）过渡段示意图 基 坑 回 填基 床 底 层基 床 以 下 路 堤级 配 碎 石 掺

15、3 % 水 泥基 床 表 层1 :22 .0hHL -路 基 面 宽1 :m基 床 表 层基 床 底 层基 床 以 下 路 堤1 :1 .01 :m级 配 碎 石 掺 3 水 泥基 床 以 下 路 堤1 :1 .0单 位 ： 米四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（中国） 高速铁路设计规范高速铁路设计规范（TB10621-2014TB10621-2014）寒冷地区路堤与横向结构物（寒冷地区路堤与横向结构物（h1.0mh1.0m）过渡段示意图）过渡段示意图 L基 坑 回 填基 床 底 层基 床 以 下 路 堤级 配 碎 石 掺 3 % 水 泥基 床 表 层1 :21 :2防 冻 填 料防 冻 填

16、料t2 .0Httt1hL单 位 ： 米注：图中t为最大冻结厚度，当t10.3m时涵顶全部填筑防冻填料。 四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（中国） 高速铁路设计规范高速铁路设计规范（TB10621-2014TB10621-2014）路堤与横向结构物（路堤与横向结构物（h1.0mh1.0m）过渡段示意图）过渡段示意图 基 坑 回 填基 床 底 层基 床 以 下 路 堤级 配 碎 石 掺 3 % 水 泥基 床 表 层1 :22 0 .0L2 .0Hh单 位 ： 米级 配 碎 石 掺 5 % 水 泥四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（中国） 高速铁路设计规范高速铁路设计规范（TB10621-201

17、4TB10621-2014）硬质岩石堤堑过渡段示意图硬质岩石堤堑过渡段示意图 基 床 表 层基 床 以 下 路 堤2 .01 ： 2级 配 碎 石单 位 ： 米2 .02 0 .0掺 3 % 水 泥级 配 碎 石 掺 5 % 水 泥基 床 底 层四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（中国） 高速铁路设计规范高速铁路设计规范（TB10621-2014TB10621-2014）软质岩石或土质堤堑过渡段示意图软质岩石或土质堤堑过渡段示意图 基 床 表 层基 床 底 层基 床 以 下 路 堤单 位 ： 米 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0四、高速铁路路基结构设计基床结构设计原理（外国） 德国：德国

18、：根据表层根据表层E Ev2v2的要求和底层的的要求和底层的E Ev2v2值以及防冻等要求设计基床表层的厚度；值以及防冻等要求设计基床表层的厚度；日本：日本：根据底层的根据底层的K K3030值以控制路基的动变形不超过值以控制路基的动变形不超过2.5mm2.5mm设计基床表层的厚设计基床表层的厚度；度；法国：法国：根据垫层以下路基土的类别和所能承受的荷载及路基的等级，依据经根据垫层以下路基土的类别和所能承受的荷载及路基的等级，依据经验进行设计。验进行设计。四、高速铁路路基结构设计基床结构设计原理（德国） 基床表层厚度的确定基床表层厚度的确定四、高速铁路路基结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规

19、定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 1.1.路基主体工程应按路基主体工程应按土工结构物土工结构物进行设计。路基工程应加强地质调绘和进行设计。路基工程应加强地质调绘和勘探、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，查明填料性质和分布等，在取得可靠地质理力学性质，查明不良地质情况，查明填料性质和分布等，在取得可靠地质资料的基础上开展设计。资料的基础上开展设计。 2.2.路基主体工程设计使用年限应为路基主体工程设计使用年限应为100100年年。路基排水设施结构及路基边坡。路基排水设施结

20、构及路基边坡防护结构设计使用年限为防护结构设计使用年限为6060年年。 四、高速铁路路基结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 3.3.路基工程应保障列车高速行驶的安全性和舒适性。路基基床表层的路基工程应保障列车高速行驶的安全性和舒适性。路基基床表层的刚刚度度应满足列车运行时产生的弹性变形能控制在一定范围内的要求；其应满足列车运行时产生的弹性变形能控制在一定范围内的要求；其强度强度应应能承受列车荷载的长期作用；其能承受列车荷载的长期作用；其厚度厚度应使扩散到其底层面上的动应力不超过应使扩散到其底层面上的动应力不超过基床底层土的长期承载能力。基床表层结构应能防

21、止地表水侵入导致基床软基床底层土的长期承载能力。基床表层结构应能防止地表水侵入导致基床软化及翻浆冒泥、冻胀等基床病害。化及翻浆冒泥、冻胀等基床病害。 4.4.路基填料的路基填料的材质、级配、水稳性材质、级配、水稳性等应符合高速铁路的技术要求，填筑等应符合高速铁路的技术要求，填筑压实压实应符合相关标准的规定。路基连续填筑长度较长时，应积极采用应符合相关标准的规定。路基连续填筑长度较长时，应积极采用连续压连续压实控制实控制等技术。等技术。 四、高速铁路路基结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 5.5.路基填料最大粒径路基填料最大粒径在基床底层内应小于在基床底层

22、内应小于60mm60mm，在基床以下路堤内应小在基床以下路堤内应小于于75mm75mm。 6.6.路基边坡的最大限制高度路基边坡的最大限制高度应根据边坡稳定性分析和工后沉降标准，并应根据边坡稳定性分析和工后沉降标准，并结合地形地貌、岩土工程特点、填料性质、施工条件、土地资源及周边环境结合地形地貌、岩土工程特点、填料性质、施工条件、土地资源及周边环境情况等因素综合分析确定。情况等因素综合分析确定。 7.7.路堤填筑前应进行路堤填筑前应进行现场填筑试验现场填筑试验。 8.8.路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路堑、有砟轨道与无砟轨道路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路堑、有砟轨道与无砟轨道等连

23、接处均应等连接处均应设置过渡段设置过渡段，实现刚度及变形在线路纵向的均匀变化。，实现刚度及变形在线路纵向的均匀变化。 四、高速铁路路基结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 9.9.地基处理措施地基处理措施应根据路基工后沉降控制标准、路堤高度、填料、地形应根据路基工后沉降控制标准、路堤高度、填料、地形和地质条件、建设工期、材料来源、施工机械及环境影响等因素综合分析确和地质条件、建设工期、材料来源、施工机械及环境影响等因素综合分析确定，并符合定，并符合铁路工程地基处理技术规程铁路工程地基处理技术规程TB10106TB10106的规定。的规定。 10.10.路基

24、路基工后沉降工后沉降值应控制在允许范围内，并进行系统的值应控制在允许范围内，并进行系统的沉降观测沉降观测；轨道；轨道铺设前应根据沉降观测资料进行铺设前应根据沉降观测资料进行分析评估分析评估，评估通过后方可进行轨道铺设。，评估通过后方可进行轨道铺设。 四、高速铁路路基结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 11.11.路基路基边坡工程边坡工程应采用植物防护与工程防护相结合的措施，并兼顾景观应采用植物防护与工程防护相结合的措施，并兼顾景观与环境保护、水土保持、节约土地等要求。与环境保护、水土保持、节约土地等要求。 12.12.路基路基防排水工程防排水工程应系统规

25、划，设施完整，并与桥涵、隧道、轨道、站应系统规划，设施完整，并与桥涵、隧道、轨道、站场等排水设施有效衔接，形成场等排水设施有效衔接，形成完整的完整的排水系统。排水系统。 13.13.路基设计应符合路基设计应符合防灾减灾防灾减灾要求，提高路基抵抗连续强降雨、洪水及地要求，提高路基抵抗连续强降雨、洪水及地震等自然灾害的能力。震等自然灾害的能力。 14.14.季节季节冻土地区冻土地区路基设计应考虑最大冻结深度、降水量、地下水位等影路基设计应考虑最大冻结深度、降水量、地下水位等影响因素，合理选择路基填料，加强路基响因素，合理选择路基填料，加强路基防排水防排水、防冻胀防冻胀措施。措施。 四、高速铁路路基

26、结构设计 中国高速铁路路基设计的一般规定：中国高速铁路路基设计的一般规定： 15.15.路基面竖向路基面竖向设计荷载设计荷载应根据高速铁路列车设计活载、轨道结构自重等应根据高速铁路列车设计活载、轨道结构自重等上覆作用，路基面荷载分布图及轨道和列车均布荷载表（略）。上覆作用，路基面荷载分布图及轨道和列车均布荷载表（略）。 16.16.路基工程的路基工程的稳定性稳定性验算和抗震设计应符合验算和抗震设计应符合铁路工程抗震设计规范铁路工程抗震设计规范GB50111GB50111的规定。的规定。 17.17.利用既有铁路利用既有铁路地段的路基设计标准应按设计速度或路段设计速度标准地段的路基设计标准应按设

27、计速度或路段设计速度标准确定，困难条件下经技术经济比选后可维持既有铁路路基标准；联络线、动确定，困难条件下经技术经济比选后可维持既有铁路路基标准；联络线、动车组走行线等路基应按相应的设计速度标准确定。车组走行线等路基应按相应的设计速度标准确定。 18.18.路基工程应加强路基工程应加强接口设计接口设计，合理设置电缆槽、电缆过轨、接触网支柱，合理设置电缆槽、电缆过轨、接触网支柱基础、声屏障基础及综合接地等相关工程，避免因相关工程影响路基防排水基础、声屏障基础及综合接地等相关工程，避免因相关工程影响路基防排水系统、路基强度及稳定。系统、路基强度及稳定。 四、高速铁路路基结构设计各国铁路路基压实指标

28、 压实指标压实指标中国中国日本日本德国德国法国法国英国英国铁盟铁盟压实系数压实系数K (Dpr)地基系数地基系数K30二次变形模二次变形模量量Ev2动态变形模动态变形模量量Evd含气率含气率na四、高速铁路路基结构设计压实系数K (DprDpr)的定义 填料压实后的干密度与击实试验测得的最大干密度的比值。填料压实后的干密度与击实试验测得的最大干密度的比值。即：即：压实系数压实系数= =干密度干密度/ /最大干密度最大干密度最大干密度：由室内击实试验测得。最大干密度：由室内击实试验测得。中国中国重型击实重型击实K K德国德国轻型击实轻型击实DprDpr干密度：现场填料压实后，通过环刀法、灌水法、

29、灌砂法、气囊法、核子湿干密度：现场填料压实后，通过环刀法、灌水法、灌砂法、气囊法、核子湿度密度仪法测得。度密度仪法测得。铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220102010）四、高速铁路路基结构设计地基系数K30 的定义 通过在测试点对直径通过在测试点对直径30cm30cm的刚性荷载板分级施加静荷载试验，在测得的应的刚性荷载板分级施加静荷载试验，在测得的应力力位移位移( (s s) )曲线上，取位移曲线上，取位移1.25mm1.25mm所对应的应力所对应的应力1.251.25与位移与位移1.25mm1.25mm的的比值，即：比值，即：K K3030 = = 1

30、.251.25 / / 1.25 1.25 (MPa/m)(MPa/m)试验方法称为试验方法称为K K3030 平板载荷试验平板载荷试验，可简称：，可简称： K K3030 试验试验。试验设备称为试验设备称为K K3030 平板载荷试验仪平板载荷试验仪，可简称：，可简称：K K3030 仪仪。 铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220102010）Ev1、Ev2、K30概念解释Ev1 = (1.5 r )/ s1(MPa)Ev2 = (1.5 r )/ s2(MPa)1.25mmK30 =/1.25 (MPa/m)四、高速铁路路基结构设计二次变形模量Ev2 的

31、定义 采用采用E Ev2v2测试仪测试仪对测试点进行第一次分级加载和卸载后，再进行第二次分级加载对测试点进行第一次分级加载和卸载后，再进行第二次分级加载试验，可测得的应力试验，可测得的应力位移（位移（- -s s）曲线，取应力在）曲线，取应力在0.30.30 0 maxmax 和和 0.70.70 0 maxmax 之间的位移割线斜率来确定变形模量之间的位移割线斜率来确定变形模量E Ev v值。其中，值。其中， 一次加载曲线上的一次加载曲线上的E Ev v值值为为一次变形模量一次变形模量E Ev1v1 二次加载曲线上的二次加载曲线上的E Ev v值值为为二次变形模量二次变形模量E Ev2v2

32、E Ev1v1 = (1.5 r = (1.5 r )/ )/ s s1 1 E Ev2v2 = (1.5 r = (1.5 r )/ )/ s s2 2试验方法称为变形模量试验方法称为变形模量E Ev2v2试验，可简称：试验，可简称： E Ev2v2试验试验。试验设备称为试验设备称为E Ev2v2变形模量变形模量测试测试仪，可简称：仪，可简称：E Ev2v2 测试仪测试仪。 铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220102010）四、高速铁路路基结构设计动态变形模量Evd 的定义 动态变形模量动态变形模量Evd 是指土体在是指土体在一定大小一定大小的的竖向冲击

33、力竖向冲击力F Fs s和和冲击时间冲击时间t ts s作用下抵抗变形作用下抵抗变形能力的参数。能力的参数。 依据弹性均质半无限体空间理论，对于泊松比依据弹性均质半无限体空间理论，对于泊松比 =0.21=0.21 由平板压力公式由平板压力公式Evd =1.51.5r /s计算得出，其中：计算得出，其中：Evd动态变形模量动态变形模量（MPaMPa）； r 圆形刚性荷载板的半径圆形刚性荷载板的半径（mmmm）； 荷载板下的最大冲击动应力，荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力它是通过在刚性基础上，由最大冲击力F Fs s=7.07KN=7.07KN，且冲击时间且冲击时间t

34、ts s=17ms17ms时标定得到的，即时标定得到的，即 =0.1 MPa=0.1 MPa； s 实测荷载板下沉幅值实测荷载板下沉幅值（mmmm）；1.51.5 荷载板形状影响系数。荷载板形状影响系数。实测结果采用公式实测结果采用公式 Evd =22.522.5/s 计算。计算。四、高速铁路路基结构设计动态变形模量Evd 的定义 试验方法称为试验方法称为E Evdvd动态平板载荷试验动态平板载荷试验，可简称：，可简称： E Evd vd 试验试验。试验设备称为试验设备称为E Evdvd动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪，可简称：，可简称： E Evdvd测试仪测试仪。 铁路工程土工试验规程

35、铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220102010）四、高速铁路路基结构设计德国铁路路基压实标准Ril836 线路类别基床面保护层与防冻层防冻层下路基面Ev2Evd级配碎石Dpr规定厚度cmEv2Evd冻胀影响区域线路上部结构MN/m2-MN/m2123456789101112新建路基P300有碴12050KG1/21.007070708040/35无碴12050KG21.004040406035/30P230M230有碴12050KG1/21.005060706040/35无碴12050KG21.004040406035/30P160,M160 G120,R120有碴1004

36、5KG1/21.004050604535/30R80,G50有碴8040KG1/21.003040504530/25改造/维护P230M230有碴8040KG1/21.003040504530/25无碴10045KG21.004040404530/25P160,M160G120,R120有碴5035KG1/21.002525303025/20R80,G50有碴4030KG1/20.972020202025/20四、高速铁路路基结构设计日本铁路路基压实标准 四、高速铁路路基结构设计中国铁路路基压实标准 基床表层压实标准基床表层压实标准 压实标准级配碎石压实系数K0.97地基系数K30（MPa/m

37、）190动态变形模量Evd（MPa）55注： 无砟轨道可采用K30或Ev2。当采用Ev2时，其控制标准为Ev2120 MPa且 Ev2/Ev12.3。 四、高速铁路路基结构设计中国铁路路基压实标准 基床底层填料及压实标准基床底层填料及压实标准 压实标准压实标准化学改良土化学改良土砂类土及砂类土及细砾土细砾土碎石类及碎石类及粗砾土粗砾土压实系数压实系数K0.950.950.95地基系数地基系数K30（MPa/m）130150动态变形模量动态变形模量Evd（MPa）40407d饱和无侧限抗压强度（饱和无侧限抗压强度（kPa）350（550）注：1. 无砟轨道可采用K30或Ev2。当采用Ev2时，其

38、控制标准为Ev280 MPa且 Ev2/Ev12.5。 2括号内数字为寒冷地区化学改良土考虑冻融循环作用所需强度值。 四、高速铁路路基结构设计中国铁路路基压实标准 基床以下路堤填料及压实标准基床以下路堤填料及压实标准 压实标准压实标准化学改良土化学改良土砂类土砂类土及细砾土及细砾土碎石类碎石类及粗砾土及粗砾土压实系数压实系数K K0.920.920.920.920.920.92地基系数地基系数K30K30（MPa/mMPa/m）1101101301307d7d饱和无侧限抗压强度（饱和无侧限抗压强度（kPakPa）250250注： 无砟轨道可采用K30或Ev2。当采用Ev2时，其控制标准为Ev2

39、45 MPa且 Ev2/Ev12.6。 特别提示！特别提示！ 对对E Ev2 v2 / E/ Ev1v1值值的要求，可追溯到的要求，可追溯到德国路基规范德国路基规范Ril836Ril836，该规范引用了，该规范引用了德国德国公路路公路路基工程附加技术条件和规定基工程附加技术条件和规定ZTVE-StB94ZTVE-StB94（19971997版），其中，第版），其中，第14.2.514.2.5条表条表9 9及其下方及其下方的一句文字说明如下：的一句文字说明如下： D Dprpr 与与 E Ev2 v2 / E/ Ev1v1存在以下关系：存在以下关系：D Dprpr 1.0 1.0 E Ev2v2

40、 / E / Ev1v12.3 2.3 D Dprpr0.98 0.98 E Ev2v2 / E / Ev1v12.52.5 D Dprpr0.970.97 E Ev2v2 / E / Ev1v12.62.6 注：当注：当Ev1 大于大于Ev2 要求值的要求值的 60%时，时， Ev2 / Ev1值可以大于此规定值。值可以大于此规定值。四、高速铁路路基结构设计德国基床表层材料 KG1KG1的渗透系数的渗透系数kf1kf11010-6-6m/s m/s KG2KG2的渗透系数的渗透系数 kf5kf51010-5-5m/sm/s 方孔筛孔边长方孔筛孔边长(mm)0.10.51.77.122.431

41、.545过筛质量百分率过筛质量百分率(%)011（5）73213464175679182100100基床表层级配碎石粒径级配基床表层级配碎石粒径级配 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100100 10 10.1过筛质量百分率（%）方 孔 筛 边 长 （ m m ）基床表层级配碎石粒径级配曲线基床表层级配碎石粒径级配曲线 注：括号内数字适用于无砟轨道及严寒、寒冷地区有砟轨道铁路。四、高速铁路路基结构设计中国基床表层材料 由开山块石，天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成。 检测工作的必要性检测工作的必要性 一方面，可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量，检验一方面，可以评价路基

42、施工过程中或竣工后路基的质量，检验路基是否达到了设计要求，验证路基是否具有足够的路基是否达到了设计要求，验证路基是否具有足够的强度强度能够承受能够承受列车动荷载的作用，同时，又具备保证列车安全、舒适运行的合理列车动荷载的作用，同时，又具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度刚度；另一方面，可以了解另一方面，可以了解施工过程施工过程的质量情况，控制施工进度，促的质量情况，控制施工进度，促进施工单位改进施工工艺，加强施工质量管理，保质保量地完成施进施工单位改进施工工艺，加强施工质量管理，保质保量地完成施工任务。工任务。 六、高速铁路路基检测新技术 K K30 30 E Ev2 v2 E Evdvd +

43、 FDVK+ FDVKOK！ 六、高速铁路路基检测新技术Ev1、Ev2、K30概念解释Ev1 = (1.5 r )/ s1(MPa)Ev2 = (1.5 r )/ s2(MPa)1.25mmK30 =/1.25 (MPa/m)承载板承载板反力装置反力装置加载装置加载装置荷载量测装置荷载量测装置沉降量测装置沉降量测装置PDG-K型型Ev2 测试仪测试仪PDG-SD型型PDG-K型型承载板承载板加载装置：液压泵、千斤顶、高压油软管加载装置：液压泵、千斤顶、高压油软管荷载量测装置：压力盒荷载量测装置：压力盒采集头、采集处理器采集头、采集处理器打印机打印机沉降量测装置：沉降量测装置：数显百分表、测量臂

44、（杠杆式）、数显百分表、测量臂（杠杆式）、采集头、采集处理器采集头、采集处理器 PC专用数据处理软件E Ev2v2测试报告测试报告PDG-K型型Ev2 测试仪测试仪 Ev2 测试报告测试报告Ev2 专用软件专用软件E Ev2v2仪的标定和校验必须按规定执行。仪的标定和校验必须按规定执行。E Ev2v2仪出厂前和维修后都必须进行标定。仪出厂前和维修后都必须进行标定。E Ev2v2仪必须每年标定一次。仪必须每年标定一次。进口仪器必须提供以证明材料：进口仪器必须提供以证明材料：1. 仪器上必须标注明确的仪器上必须标注明确的原产国原产国生产厂家名称；生产厂家名称；2. 仪器仪器原产国原产国生产厂家的生

45、产厂家的ISO 9001ISO 9001认证证书；认证证书；3. 仪器仪器原产国原产国法定计量机构的标定授权书；法定计量机构的标定授权书；4. 仪器仪器原产国原产国出厂校验标定证书；出厂校验标定证书；5. 我国我国法定计量机构的有效校验标定证书。法定计量机构的有效校验标定证书。Ev2 标定与校验标定与校验举例：德国法定计量机构的德国法定计量机构的标定授权书标定授权书 德国德国ISO 9001认证证书认证证书我国法定计量机构有效的我国法定计量机构有效的校验标定证书校验标定证书动态变形模量动态变形模量Evd 动态变形模量动态变形模量Evd 是指土体在是指土体在一定大小一定大小的的竖向冲击力竖向冲击

46、力F Fs s和和冲击时间冲击时间t ts s作用下抵抗变形作用下抵抗变形能力的参数。能力的参数。 依据弹性均质半无限体空间理论，对于泊松比依据弹性均质半无限体空间理论，对于泊松比 =0.21=0.21 由平板压力公式由平板压力公式Evd =1.51.5r /s计算得出，其中：计算得出，其中：Evd动态变形模量动态变形模量（MPaMPa）； r 圆形刚性荷载板的半径圆形刚性荷载板的半径（mmmm）； 荷载板下的最大冲击动应力，荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力它是通过在刚性基础上，由最大冲击力F Fs s=7.07KN=7.07KN，且冲击时间且冲击时间t ts s=

47、17ms17ms时标定得到的，即时标定得到的，即 =0.1 MPa=0.1 MPa； s 实测荷载板下沉幅值实测荷载板下沉幅值（mmmm）；1.51.5 荷载板形状影响系数。荷载板形状影响系数。实测结果采用公式实测结果采用公式 Evd =22.522.5/s 计算。计算。 六、高速铁路路基检测新技术 利用利用落锤落锤从一定高度自由下落在从一定高度自由下落在阻尼装阻尼装置置上，产生的瞬间冲击荷载，通过阻尼装置上，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及传力系统传递给直径300mm的的承载板承载板，在承载板下面（即在承载板下面（即测试面测试面）产生的动应力，）产生的动应力，使承载板发

48、生使承载板发生沉陷沉陷s 即承载板振动的振幅，即承载板振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值s 越大，越大，则被测点的承载力越小；反之，越大。则被测点的承载力越小；反之，越大。旋 转 式 -干 钻从 普 通 车 辆 钻 穿 碎 石 道 碴 进 入 地基 土 层 ： 岩 芯 观 察 通 常 钻 孔 至 轨 面 下 1.3m 在 线 路 轴 线 处 钻 至 2m（ 新 线为 3.25m） 进 一 步 的 现 场 试 验这 种 方 法 的 优 点 单 个 钻 孔 的 快 速 实 现 结 果 的 直 接 评 价 不 受 气 候 影 响 保 持 轨 道 位 置 的

49、稳 定 性 在 轨 道 上 没 有 钻 孔 前 后 的 有 关 工 作 密 实 度下 沉图 2.47 根 据 TP BF-StB,B8.3的 动 力 平 板 荷 载 试 验行 程 限 制 器 和 释 放 装 置b)冲 击 力 和 振 动 的 时 间 过 程 ,试 验 结 果tFss力时 间sE =vds采 用 r=150mm =0.1N/mm2vdE =22.5sN/mm2传 感 器 （ 振 动 接 收 器 ）刚 性 荷 载 板 （ 300mm ）落 锤 重 量 （ 10kg)弹 簧 元 件导 杆a)轻 的 落 锤 重 量Evd 测试仪工作原理测试仪工作原理加载装置加载装置 挂（脱）钩装置挂（

50、脱）钩装置( (带水准泡带水准泡) ) 导向杆导向杆 落锤落锤（10.0kg） 阻尼装置阻尼装置荷载板荷载板 圆形钢板圆形钢板（直径（直径300mm） 传感器传感器沉陷测定仪沉陷测定仪( (显示、存储、与电脑连接显示、存储、与电脑连接) )打印机打印机Evd 测试仪主要结构组成测试仪主要结构组成 加载装置加载装置 总重量：15.0kg 落锤重量：10.0kg 最大冲击力： 7.07kN 冲击持续时间： 17.01.5ms 承载板承载板 直径：300mm 厚度：20.0mm 重量：15.0kg 电子沉陷测定仪电子沉陷测定仪 沉陷测试范围：0.12.0mm0.02mm Evd测试范围：10MPa2

51、25MPa 电源： 4xR6电池 适应温度范围： 050摄氏度 外观尺寸： 210mmx80mmx25mm 存储量： 200组测试曲线 重量： 0.4kgE Evd vd 测试仪主要技术参数测试仪主要技术参数E Evd vd 测试仪用途、适用范围测试仪用途、适用范围用途：用途：监控检测土体承载力指标监控检测土体承载力指标动态变形模量动态变形模量Evd适用范围：适用范围：铁路、公路、机场、城市铁路、公路、机场、城市交通、港口码头、工业与民用建筑的交通、港口码头、工业与民用建筑的地基施工质量监控测试。地基施工质量监控测试。E Evd vd 测试仪的特点测试仪的特点 体积小、重量轻、便于携带体积小、

52、重量轻、便于携带 安装及拆卸方便、操作简便安装及拆卸方便、操作简便 自动化程度高、测试速度快自动化程度高、测试速度快 性能稳定、测试精度高性能稳定、测试精度高 检测费用低检测费用低 适应范围广适应范围广 环保型，无核辐射、废气等污染环保型，无核辐射、废气等污染 动载测试符合土体实际受力状况动载测试符合土体实际受力状况E Evd vd 试验方法试验方法试验前准备试验前准备 平整测试面平整测试面 放置荷载板放置荷载板 加载装置在荷载板上就位加载装置在荷载板上就位 用测量电缆将沉陷测定仪与用测量电缆将沉陷测定仪与荷载板连接荷载板连接 松开搬运锁松开搬运锁E Evd vd 试验方法试验方法试验步骤试验

53、步骤 打开沉陷测定仪电源打开沉陷测定仪电源 使导向杆保持垂直使导向杆保持垂直 进行三次预冲击进行三次预冲击 连续三次冲击测试连续三次冲击测试 显示三次测试的沉陷值显示三次测试的沉陷值S1、S2、S3 显示三次平均沉陷值显示三次平均沉陷值Sm和动态变和动态变形模量值形模量值Evd 储存并打印测试结果储存并打印测试结果 中中/英文英文电脑软件电脑软件Evd测试报告测试报告中中/ /英文双显英文双显小型打印机小型打印机中中/ /英文打印英文打印E Evd vd 试验方法试验方法试验步骤试验步骤Evd 专用软件专用软件E Evdvd仪的标定和校验必须按规定执行。仪的标定和校验必须按规定执行。E Evd

54、vd仪出厂前和维修后都必须进行标定。仪出厂前和维修后都必须进行标定。E Evdvd仪必须每年标定一次。仪必须每年标定一次。进口仪器必须提供以证明材料：进口仪器必须提供以证明材料：1. 仪器上必须标注明确的仪器上必须标注明确的原产国原产国生产厂家名称；生产厂家名称；2. 仪器仪器原产国原产国生产厂家的生产厂家的ISO 9001ISO 9001认证证书；认证证书；3. 仪器仪器原产国原产国法定计量机构的标定授权书；法定计量机构的标定授权书；4. 仪器仪器原产国原产国出厂校验标定证书；出厂校验标定证书；5. 我国我国法定计量机构的有效校验标定证书。法定计量机构的有效校验标定证书。Evd 标定与校验标

55、定与校验 动力连续同步检测技术动力连续同步检测技术德文缩写：FDVK英文缩写：CCC控制路基填筑压实质量及其均匀性。控制路基填筑压实质量及其均匀性。 六、高速铁路路基检测新技术 动力连续同步检测技术动力连续同步检测技术 常规方法在碾压后进行，属于结果控制，缺乏过程控制；常规方法在碾压后进行，属于结果控制，缺乏过程控制； 抽样检验的试验费时费力，给施工过程带来明显干扰；抽样检验的试验费时费力，给施工过程带来明显干扰； 若个别试验点不满足要求时，重新碾压界线很难界定；若个别试验点不满足要求时，重新碾压界线很难界定； “点点”的检验方法很难控制路基压实的均匀性；的检验方法很难控制路基压实的均匀性；

56、抽样检验一般符合正态分布，但存在变异性区域时的代表性差。抽样检验一般符合正态分布，但存在变异性区域时的代表性差。 六、高速铁路路基检测新技术 动力连续同步检测技术动力连续同步检测技术技术原理技术原理 将振动压路机看成了一个连续的动态加载设备。 利用振动压路机在碾压土体时的动态反应来评定土体的压实情况土体越硬，压路机的振动反应越强烈。 将振动传感器安装在振动轮上，连续测定振动轮的动态反应。一般直接测量的都是振动轮的竖向加速度。 对振动轮加速度的处理方式不同，产生了几种不同评定模式。通过事先与常规指标建立相关关系，间接采用常规指标进行质量控制。 六、高速铁路路基检测新技术动力连续同步检测技术动力连

57、续同步检测技术直观的检测结果及检测报告直观的检测结果及检测报告 六、高速铁路路基检测新技术参编单位：铁二院、铁二局、铁科院 高速铁路设计规范高速铁路设计规范（TB10621-2014TB10621-2014）中，将）中，将工后沉降工后沉降定义为：定义为： 铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。 七、高速铁路路基工后沉降控制与评估 解读：工后沉降工后沉降是铺轨工程完成以后才开始发生的是铺轨工程完成以后才开始发生的 ，一直到，一直到时间时间t=时的沉降量。时的沉降量。 路基工后沉降的组成路基工后沉降的组成软土软土/松软土松软土持力层持力层/岩石岩石基床表层

58、基床表层基床底层基床底层路基本体路基本体加筋褥垫层加筋褥垫层 地下水位地下水位水硬性支承层水硬性支承层混凝土道床板混凝土道床板 深深度度第一部分第一部分地基沉降变形地基沉降变形sU第二部分第二部分路基路基/路堤压缩变形路堤压缩变形 sE第三部分第三部分动载下路基塑性变形动载下路基塑性变形sNsU sU sU sU,PsU,SsU,SsU,P00 0sEsN路堤路堤高度高度h时间时间t 60 年年0 沉降沉降变形变形s地基地基未经未经处理处理桩网桩网地基地基处理处理 路基填筑期路基填筑期+观察期观察期铺设无碴轨道铺设无碴轨道运营开始运营开始sU sU,R sE sE,R sN 七、高速铁路路基工

59、后沉降控制与评估时间Km No. XKm No. Y观察期时间时间沉降沉降 s沉降测量点路堤完成施工铺设无碴轨道时间点T0 预定运营完成时间点T3铺设完成验收时间点 T1开始运营时间点 T2sstsvsu+e,R变形分析和预测变形分析和预测分析时间点su+e,R + sst + sv = sR sR= su+e,R + sst + sv= su(T0-T3) + se(T0-T3) + sst(T0-T3) + sV(T2-T3) 15 mm + 5 mm预测预测 ! 高速铁路建设应达到系统具有安全性、可靠性、（高）支配性和（低）维护性的目标。为了达到这个目标，高速铁路对轨道结构提出了高平顺性

60、和高稳定性的要求。 无砟轨道结构由于采用了混凝土道床板和水硬性支承层代替碎石道碴道床，在高速条件下其线路稳定性和耐久性具有明显的优势，与有砟轨道结构相比其维修工作量大大减小，更能满足高速铁路的上述建设目标，所以，无砟轨道结构成为高速铁路轨道结构的发展方向无砟轨道结构成为高速铁路轨道结构的发展方向，并在工程中得到了越来越多的应用。 七、高速铁路路基工后沉降控制与评估 与任何工程结构物一样，无砟轨道作为高速铁路系统的重要组成部分，首先应满足安全性和使用性方面的要求。无砟轨道路基结构物的使用性包括功能和耐久性要求，除了要能长期提供上部结构相应的刚度和起荷载传递、扩散等功能外，还应满足保证线路长期稳定