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1、向参加会议的专家学者学习、致敬！,客运专线无砟轨道路基工程 关键技术的研究与实践,中铁二院技术中心 魏永幸 2009年10月,以京津城际铁路开通为标志，我国高速铁路建设成就举世瞩目。 高速铁路对线下工程变形及刚度变化有严格限制。我国高速铁路建设规模空前，建设周期短，地域广，地形地质条件复杂，如何确保线下工程“零”沉降，确保线下工程动力性能长期稳定，仍然是需要我们给予高度关注的问题。,路基工程由岩土材料构筑于露天环境，路基工程材料、方法、环境的柔性，确定了路基工程实现“零”沉降、实现动力性能长期稳定的任务，相比其他线下工程，更为困难、更为艰巨。,客运专线无砟轨道路基工程必须重视并切实解决好三大关
2、键技术问题：1.路基工后沉降控制；2.路基与其他线下工程刚度协调；3.路基工程防排水。,汇报内容:,1.客运专线无砟轨道路基工程特点 2.路基工后沉降控制 3.不同线下基础纵向刚度合理匹配 4.路基工程防排水,汇报内容:,1.客运专线无砟轨道路基工程特点 2.路基工后沉降控制 3.不同线下基础纵向刚度合理匹配 4.路基工程防排水,客运专线无砟轨道路基工程特点,以岩土为主要材料 露天环境 人工建造 一种结构工程路基工程是在露天环境条件下，以岩土为主要材料，由人工建造的一种结构工程。,路基工程特点,客运专线无砟轨道路基工程特点,充分认识岩土材料的特殊性 岩土是一种最复杂的材料，无论何种力学模型都难
3、以准确描述它的形状； 岩土具有显著的时空变异性，在复杂地质条件下，再细致的勘察测试也难以完全查明岩土形状的时空分布； 岩土具有很强的区域性，不同地区往往形成各种各样的特殊岩土。,客运专线无砟轨道路基工程特点,充分认识环境对路基工程的影响 岩土特性易受环境影响，路基工程处于露天环境，因此，要充分考虑环境变化对路基工程的影响。,正确认识路基工程的复杂性 材料、方法、环境的复杂多样与柔性，使路基工程十分复杂。,客运专线无砟轨道路基工程特点,客运专线无砟轨道路基工程特点,客运专线无砟轨道路基特点 1.车辆运行速度达到200km/h以上，轨道不平顺对车辆运行的影响被放大，因此，时速200公里以上铁路要求
4、线下基础具有高平顺性和高稳定性。,2.有砟轨道，轨道的不平顺可以通过整道来减小或消除，无砟轨道可以通过调整钢轨扣件减小或消除，但钢轨扣件调高量十分有限，因此，无砟轨道铁路对路基工后沉降(无砟轨道施工后路基本体的残余压缩变形及地基的沉降)提出了更为严格的要求。,客运专线无砟轨道路基工程特点,3.路基工程受材料、方法、环境的限制，路基工程与其他线下基础，如桥、涵、隧道等，存在变形和刚度差异，需要在不同的线下基础之间设置过渡段，以使不同的线下基础之间变形和刚度平缓过渡。,客运专线无砟轨道路基工程特点,4.为了给轨道提供持久、坚实、平顺的支承，路基工程应保持动力性能的长期稳定。刚度和变形的长期稳定,客
5、运专线无砟轨道路基工程特点,客运专线无砟轨道路基工程特点,严格控制路基工后沉降； 重视线下基础纵向刚度协调； 重视路基工程防排水。,客运专线无砟轨道路基关键技术,汇报内容:,1.客运专线无砟轨道路基工程特点 2.路基工后沉降控制 3.不同线下基础纵向刚度合理匹配 4.路基工程防排水,路基工后沉降控制,1.无砟轨道路基工后沉降及其构成 路基工后沉降（残余变形），系指铺设无砟轨道后出现的不能通过路基工程本身加以克服的沉降，一般要求不大于轨道扣件允许调高量。 路基工后沉降（残余变形），包括地基及路堤工后压密沉降、列车动荷载作用下路基基床产生的累积变形。,路基工后沉降控制,路基基床累积变形，是基床岩土
6、在列车动荷载反复作用下出现的不可恢复的塑性变形，与基床岩土材质、压实度密切有关。采用强化基床，基床累计变形很小（一般为25mm）。 路堤采用良质填料并控制压实度，工后沉降较小，一般小于路堤高度的1/1000，且大部分在竣工后612月完成，通过合理安排无砟轨道施工时间，可减小或消除路堤压密沉降的影响。 地基工后压密沉降，受地基岩土性质及相应地基处理措施影响较大，不确定因素多，是工程建设管理重点中的重点。,路基工后沉降控制,2.控制路堤压密工后沉降对策,路基工后沉降控制,严格控制路堤填料材质 采用高标准的路堤填筑压实度 加强填土压实过程控制,路基工后沉降控制,3.控制地基压密工后沉降,路基工后沉降
7、控制,常见地基措施,路基工后沉降控制,4.桩-网结构路基 桩-网结构路基由桩-网结构基础与上部路堤组成，其中桩-网结构基础是一种刚性桩基础，由钢筋混凝土刚性桩（群）和桩顶以上的加筋垫层共同组成。,遂渝无砟轨道试验段桩-网结构路基横断面设计图,路基工后沉降控制,桩-网结构属于一种刚性桩基础，需要解决的技术问题包括： 沉降特性 合理桩间距 柔性拱作用机理 设计与施工技术,路基工后沉降控制,桩-网结构路基理论分析研究,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,桩-网结构路基离心模型试验,路基工后沉降控制,桩-网结构路基大比例尺模型实验,桩-网结构成桩工艺 长螺旋钻机成孔、管内泵压砼 反插
8、钢筋笼施工工艺,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,桩-网结构路基现场测试,路基工后沉降控制,遂渝无砟轨道桩-网结构路基设计技术要点,技术要点：钻孔桩直径0.6m，一般间距2.0m，采用干法成孔，桩端进入持力层不小于2m；桩顶设倒杯形桩帽，桩顶设厚度0.6m夹铺两层双向高强土工格栅（抗拉强度不小于80KN/m，断裂延伸率不大于10%）的加筋垫层。,关于桩-网结构路基设计 钢筋混凝土桩-网结构 RC pile-mesh structure：由钻孔灌注或预制打入的钢筋混凝土桩（群）与桩帽及加筋垫层组成的结构。 钢筋混凝土桩-阀结构 RC pile-raft structure：由钻孔灌注或预制打入
9、的钢筋混凝土桩（群） 、垫层及钢筋混凝土阀板组成的结构,路基工后沉降控制,钢筋混凝土桩-网或桩-筏结构适用于基础变形控制严格的软弱地基加固。对于填土高度小于3m的地段，宜采用桩-筏结构。,路基工后沉降控制,单一无过渡层的流塑状淤泥或淤泥质土地层，应采取加强桩-网(桩-筏)结构横向稳定性的措施，并通过现场试验确定其适用性。地基土夹块石、漂石，以及岩溶地区，不宜采用打入（压入）桩。,路基工后沉降控制,钢筋混凝土桩-网或桩-筏结构桩（群）按全部承担加筋垫层或钢筋混凝土板及上部路堤、轨道建筑及列车荷载作用的复合桩基础进行设计。,路基工后沉降控制,桩-网结构单桩承载力验算,路基工后沉降控制,桩-网结构地
10、基沉降计算,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,特殊地形以及地基较差或地基为单一无过渡层的流塑状淤泥或淤泥质土地层时，应进行桩-网结构整体稳定性检算。,路基工后沉降控制,桩-网结构的桩顶应设置钢筋混凝土桩帽，桩帽混凝土采用C30，厚度一般为0.20.3m，桩帽面积占单桩加固面积的比例应不小于25%。桩帽可按冲切破坏检算配置钢筋。,路基工后沉降控制,桩帽顶加筋垫层一般采用碎石垫层，厚度0.40.6m,夹铺一层双向高强度低应变土工格栅。土工格栅断裂延伸率不大于10%，极限抗拉强度应满足检算要求并不小于80KN/m。,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,深厚软弱地基长短组合桩桩-网
11、结构路基,路基工后沉降控制,6.桩-板结构路基 桩-板结构路基由下部钢筋混凝土桩基和上部钢筋混凝土承载板组成，钢筋混凝土承载板直接与轨道结构相连接。桩-板结构具有以下特点：1）桩-板结构承载板直接与轨道结构连接，因此，桩-板结构设计必须考虑列车动荷载的作用，结构应满足疲劳强度的要求；2）桩-板结构承载板可视为支撑在桩基础上的连续板梁，板梁的竖向和横向刚度必须满足无砟轨道铺设要求；3）桩-板结构与土路基共同组成一个承载结构，桩-板结构与土路基的共同作用是桩-板结构设计合理经济的关键技术问题。,遂渝无砟轨道试验段DK132+486DK132+611桩-板结构路基横断面设计图,路基工后沉降控制,遂渝
12、无砟轨道试验段DK132+486DK132+611桩-板结构路基纵断面图,路基工后沉降控制,遂渝无砟轨道试验段DK132+486DK132+611桩-板结构路基与轨道细部设计图,路基工后沉降控制,遂渝无砟轨道试验段DK137+688DK137+783桩-板结构路基纵断面图,路基工后沉降控制,遂渝无砟轨道试验段DK137+688DK137+783桩-板结构路基与轨道细部设计图,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,桩-板结构路基实验研究 桩-板结构路基理论计算分析对桩-板结构受力进行了计算分析，对不同跨距、不同基础类型、不同板长、单双线铁路桩-板结构进行了计算和分析，确定桩-板结构尺寸。,路基工后
13、沉降控制,最不利荷载位置计算,路基工后沉降控制,桩-板结构在自重和上部荷载作用下的挠曲变形,桩-板结构路基数值模拟分析,路基工后沉降控制,桩-板结构路基在上部荷载及路堤自重作用下竖向位移云图,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,桩-板结构离心模型实验模拟单线路堤桩-板结构路基，研究桩-板结构路基长期沉降特性。试验表明:桩-板结构路基在列车荷载作用下长期累积沉降9.92mm。,路基工后沉降控制,桩-板结构大模型实验模拟单线路堤桩-板结构，测试循环荷载作用板、桩、土的受力与变形。,路基工后沉降控制,路基工后沉降控制,桩-板结构现场测试,路基工后沉降控制,动车组通过时，单线桩-板结
14、构路基和双线桩-板结构路基测试断面路基表层的最大动应力范围分别为4.50kPa、4.70kPa；桩底土体最大动应力分别为10.09、10.14kPa；最大动变形分别为0.023mm、0.025mm；最大加速度分别为0.61、0.62m/s2 。 遂渝24m简支箱梁跨中最大动位移为0. 25mm ； 32m简支箱梁跨中最大动位移为0. 48mm 。 货车通过时，单线桩-板结构路基和双线桩-板结构路基测试断面基床表层表面的最大动应力分别为6.17kPa、6.00kPa；桩底土体最大动应力分别为12.85、12.83kPa；最大动变形分别为0.057mm、0.061mm；最大加速度分别为0.75、0
15、.60m/s2 。 遂渝24简支梁跨中最大动位移为0.31mm ；32m简支箱梁跨中最大动位移为0. 50mm 。,路基工后沉降控制,汇报内容:,1.客运专线无砟轨道路基工程特点 2.路基工后沉降控制 3.不同线下基础纵向刚度合理匹配 4.路基工程防排水,列车高速运行，如线路纵向轨道刚度突变，将引起列车振动加剧，引起旅客的不舒适；同时，由于刚度突变，将引起轨道结构应力变化，影响轨道结构的寿命。 轨道刚度除与轨道系统各部件刚度有关，还与线下基础支承刚度有关。因此，要重视线下工程纵向刚度匹配。,不同线下基础纵向刚度合理匹配,不同线下基础纵向刚度合理匹配,路基竖向刚度组合和线下基础纵向刚度匹配。,不
16、同线下基础纵向刚度合理匹配,设置搭板的无砟轨道路桥过渡段,两桥（隧）之间短路基,不同线下基础纵向刚度合理匹配,两桥（隧）之间短路基，其含义是桥与桥、或桥与隧、或隧与隧之间夹一段长度较小的路基。山区铁路，难以完全避免两桥（隧）之间短路基的出现。 武广客运专线韶关至花都段（线路长159.2km）即有两桥（隧）之间长度小于150m的短路基79处； 郑西客运专线渑池至灵宝段（线路长153.9km）即有两桥（隧）之间长度小于150m的短路基25处； 遂渝线全长144.7 km即有两桥（隧）之间长度小于150m的短路基45处。,路基与桥（隧）建筑物存在刚度和沉降差，列车通过路基与桥（隧）建筑物连接处时会出现振动；两桥（隧）之间短路基长度较短时，车辆在路基一端激发的振动尚未充分衰减就已到达路基另一端，使车辆的振动加剧，影响行车的平稳性。,不同线下基础纵向刚度合理匹配,动力学仿真分析计算 列车通过两桥（隧）之间短路基过程可以简化轮轨动态相互作用过程。,不同线下基础纵向刚度合理匹配,模型1 桥-路-桥动力学仿真分析计算模型,不同线下基础纵向刚度合理匹配,
