高速铁路路基工程技术及质量控制教材

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1、高速铁路 路基工程技术及质量控制,2016.3.21合肥,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.高速铁路旅客列车设计行车速度250350km/h的铁路。 2.高速铁路对轨道的要求高平顺性 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。 3.轨道的基础（线下

2、工程）路基、桥涵、隧道 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轨道的平顺性。,一、路基工程质量是高速铁路成败的关键 4.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，即在力的作用下抵抗变形的能力强。因此，它们的变形(沉降)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形的能力弱。因此，路基的变形(沉降)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.如何提高路基抵抗变形的能力 地基处理 优质填料 填筑工艺 以桥代路 6.路基工程施工质量的诸多影响因素施工装备、工程造价、环境条件。 由于地基处

3、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.过渡段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.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。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”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“土工结构物”其实就是个“产品”。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，同样适用于路基

4、工程。,一、路基工程质量是高速铁路成败的关键 9.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。 10.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。,二、高速铁路路基工程的特点 1.构筑材料：土、石散粒体介质，种类繁多，力学性质复杂多变，受环境影响会发生变异。 2.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作用。 3.荷载特点：基床部分受列

5、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.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，确保列车高速、安全和平稳运行。 5.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：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.在列车和环境作用下的整体稳定性 2.动变形与动刚度 3.抵抗道碴的贯入与侵蚀(

6、有碴轨道） 4.地基处理 5.路基填料质量与施工工艺 6.路基排水与防护系统 7.路基工后沉降 8.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： 1.强化的层状结构 2.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。,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

7、标准横断面,1.基床表层：沥青混凝土厚5cm， 基床底层K3011kgf/cm3时，级配碎石厚30cm， 基床底层7kgf/cm3K3011kgf/cm3时，级配碎石厚65cm； 2基床底层：厚230265cm。,四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（德国）,300km/h高速客运专线 有砟和无砟轨道路堤结构设计横断面图,四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（德国）,300km/h高速客运专线 有砟和无砟轨道路堑结构设计横断面图,四、高速铁路路基结构设计强化的层状结构（法国）,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）,四、高速铁路路基结

8、构设计强化的层状结构（中国）,高速铁路设计规范（TB10621-2014） 无砟轨道双线路堤标准横断面示意图,路基由基床表层、基床底层和基床以下路堤构成: 基床表层0.4m(无砟)、0.7m（有砟）：应填筑级配碎石； 基床底层2.3m：应采用A、B组填料或改良土； 基床以下路堤：宜选用A、B组填料或C组碎石、砾石类填料；当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良。,四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（德国）,四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（法国）,四、高速铁路路基结构设计过渡段结构（日本）,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（TB10621-2014） 台尾过

9、渡段设置示意图,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（TB10621-2014） 一般路堤与横向结构物（h1.0m）过渡段示意图,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（TB10621-2014） 寒冷地区路堤与横向结构物（h1.0m）过渡段示意图,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（TB10621-2014） 路堤与横向结构物（h1.0m）过渡段示意图,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（TB10621-2014） 硬质岩石堤堑过

10、渡段示意图,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（TB10621-2014） 软质岩石或土质堤堑过渡段示意图,四、高速铁路路基结构设计基床结构设计原理（外国）,德国：根据表层Ev2的要求和底层的Ev2值以及防冻等要求设计基床表层的厚度； 日本：根据底层的K30值以控制路基的动变形不超过2.5mm设计基床表层的厚度； 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,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： 1.路基主体工程应按土工结构物进行设计。路基工程

11、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。 2.路基主体工程设计使用年限应为100年。路基排水设施结构及路基边坡防护结构设计使用年限为60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： 3.路基工程应保障列车高速行驶的安全性和舒适性。路基基床表层的刚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；其强度应能承受列车荷载的长期作用；其厚度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止地表水侵入导致基床软化及翻

12、浆冒泥、冻胀等基床病害。 4.路基填料的材质、级配、水稳性等应符合高速铁路的技术要求，填筑压实应符合相关标准的规定。路基连续填筑长度较长时，应积极采用连续压实控制等技术。,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： 5.路基填料最大粒径在基床底层内应小于60mm，在基床以下路堤内应小于75mm。 6.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。 7.路堤填筑前应进行现场填筑试验。 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等连接处均应设置过渡段，实现刚

13、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： 9.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，并符合铁路工程地基处理技术规程TB10106的规定。 10.路基工后沉降值应控制在允许范围内，并进行系统的沉降观测；轨道铺设前应根据沉降观测资料进行分析评估，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： 11.路基边坡工程应采用植物防护与工程防护相结合的措施，并兼顾景观与环境保护、水土保持、节约土地等要求。 12.路基防排水工程

14、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，形成完整的排水系统。 13.路基设计应符合防灾减灾要求，提高路基抵抗连续强降雨、洪水及地震等自然灾害的能力。 14.季节冻土地区路基设计应考虑最大冻结深度、降水量、地下水位等影响因素，合理选择路基填料，加强路基防排水、防冻胀措施。,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： 15.路基面竖向设计荷载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）。 16.路基工程的稳定性验算和抗震设计应符合铁路工程抗震设计规范GB50111的规定。 17.利用既有铁路地段的路基设

15、计标准应按设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、动车组走行线等路基应按相应的设计速度标准确定。 18.路基工程应加强接口设计，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,四、高速铁路路基结构设计压实系数K (Dpr)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。 即：压实系数=干密度/最大干密度 最大干密度：由室内击实试验测得。 中国重型击实K 德国轻型击实Dpr 干密度：现场填料压实后，通过环刀法、灌

16、水法、灌砂法、气囊法、核子湿度密度仪法测得。 铁路工程土工试验规程（TB101022010）,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30cm的刚性荷载板分级施加静荷载试验，在测得的应力位移(s)曲线上，取位移1.25mm所对应的应力1.25与位移1.25mm的比值，即： K30 = 1.25 / 1.25 (MPa/m) 试验方法称为K30 平板载荷试验，可简称： K30 试验。 试验设备称为K30 平板载荷试验仪，可简称：K30 仪。 铁路工程土工试验规程（TB101022010）,Ev1、Ev2、K30概念解释,Ev1 = (1.5 r )/ s1(MPa) Ev2 = (1.5 r )/ s2(MPa),1.25mm,K30 =/