新建客货共线铁路路基主要技术标准与施工关键技术4

新建客货共线铁路路基主要技术标准与施工关键技术岳祖润[e-mail]石家庄铁道学院目录一、新建铁路路基的技术要求二、路基基床结构设计原理三、路基施工工艺四、工后沉降控制五、路基加固六、桥涵过渡段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。1.新建铁路路基要求新建铁路路基要求由于我国以往的铁路工程对路基的重视程度不够，使得近年来铁路路基出现的质量问题越来越明显，发生了许多安全事故，造成了严重的经济损失。新建铁路路基要求随着大秦、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，路基工程的地位已得到明显提高。1）、强度高刚度大一般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。因为在强度破坏前，可能已出现了不容许的过大变形。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：①列车行驶中路基面产生的弹性变形；②长期行车引起的基床累积下沉；③路基本体填土及地基的压缩下沉。2）地基沉降很小或没有沉降路基沉降变形按时间划分：①施工沉降：施工期间产生的沉降②工后沉降：竣工后至使用期内的沉降各个规范工后沉降要求序号标准一般路基工后沉降过渡段工后沉降年沉降速率0高速公路301561秦沈客运专线暂规15842时速200公里客货共线20104（5）3京沪高速铁路暂规5324时速300-350公里客运专线3纵向平顺度每20m小于20mm３）路基刚度纵向平顺变化列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大，也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺，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。３）路基刚度纵向平顺变化沉降引起轨道几何平顺性：铁路对轨道的平顺性提出了很高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺。因此要设置各种过渡段。4)良好的耐久性在列车运行及自然条件下的稳定性：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、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。4)良好的耐久性措施：路基工程必须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。采取强化基床或防水隔层等,例如二布一膜、沥青混凝土强化基床表层等。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。国外铁路发展已经做过了漫长的道路，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。二、路基基床结构设计原理1、动力测试试验成果2、基床设计方法测试目的与内容通过测试路基在高速列车作用下的动力反应，检验路基动力特性。主要测试内容为：列车运行条件下基床的动应力、动变形、动刚度、竖向加速度。测试布置4、加速度拾振器布置。主要布置在路基面，横断面方向的位置有：外碴脚、外轨下、线路中心、内轨下和内碴脚。用于测试路基面在列车作用下的竖向加速度、速度和动位移。压力盒测试布置5、路基面动位移测试位移计布置。在路基面钻孔，在钻孔中设置固定基准桩，桩外设置护管，在固定基准桩上安装电阻应变式位移计，测试外轨下路基面的位移，用于动刚度计算固定基准桩及其一阶振型路基面动位移测试分析图10时速200公里通过时的路基面动位移时程动应力测试分析图11时速201公里时路基面动应力时程曲线表1路基动应力(kPa)序号工况土压力盒埋设位置DK274+800断面DK274+920断面DK275+000断面车头车尾车头车尾车头车尾92002年12月05日9时35分，中华之星+4节车厢，下行线下行,车速为212km/h1路基面上里碴脚33.97/65.23/59.88/2路基面上线路中线7.42/42.96/16.47/3路基面上外碴脚15.16/83.95/58.88/4基床表层底面里碴脚16.37/////5基床表层底面内轨下17.46/////6基床表层底面外轨下13.78/////7基床表层底面外碴脚5.45/////102002年12月05日10时34分，奥星+4节车厢+中华之星，下行线上行,车速约为200km/h1路基面上里碴脚42.0734.5389.7679.5965.5952.512路基面上线路中线11.549.5553.9547.1017.8715.133路基面上外碴脚25.8919.48116.63106.5463.5558.884基床表层底面里碴脚21.0517.44////5基床表层底面内轨下22.4918.65////6基床表层底面外轨下20.9617.16////7基床表层底面外碴脚9.047.30////序号工况车速km/h传感器埋设位置DK274+800DK274+920DK275+000位移计891拾振器（位移档）位移计891拾振器（位移档）891拾振器（位移档）外轨下0.2360.1440.2290.2370.2359中华之星+4节车厢,绥中北→沈阳212内轨下/0.034///线路中///0.251/外轨下0.1680.140.245无信号0.17110奥星+4节车厢+中华之星，沈阳→绥中北200内轨下/////线路中///0.242/外轨下0.1350.1200.190无信号0.21111中华之星+4节车厢,绥中北→沈阳237内轨下/0.027///线路中///0.260/外轨下0.1960.1650.2900.2300.18113奥星+4节车厢+中华之星，沈阳→绥中北200内轨下/0.04///线路中///0.226/外轨下0.1620.1290.190无信号0.219动应力测试结果经过对所有测试结果的统计，路基面动应力最大值为84kPa，小于暂规提出的基床表层设计值93kPa。动位移测试结果路基面的动位移在0.2mm-0.3mm附近。实测的路基最大动应力低于《暂规》中提出的设计参考值。3.5mm。列车动应力与轴重的关系列车动变形与车速的关系动应力沿深度的衰减2、基床设计方法路堤试验段实测基床动应力与轴重和行车速度之间存在以下关系：σ=2.4P(1+8.3x10-5v)。σ=2.6P准静态(车速5km／h)时。然后根据应力分布和沉降要求确定基床厚度。2、基床设计方法mmmmmqqqnmqnmqnqnmqnmmmqnmmqnmEbp11ln)1ln(2)11(1arctan1211111ln11ln)1(422322123113113121232212312123221222002、基床设计方法三、路基施工工艺1、路基构造2、路基填筑工艺试验3、路基填筑工艺流程及技术要点1、路基构造时速２００公里客货共线路基断面２、填筑试验２、填筑试验２、填筑试验3、表层级配碎石制备表层级配碎石填筑施工基床底层填土施工工艺流程场拌施工路拌施工四、工后沉降控制1、设计计算方法2、沉降观测与沉降预测方法3、沉降控制信息化施工技术1设计计算方法分层总和法有限元方法根据检测数据推算方法离心模型试验方法计算荷载1.填土荷载2.列车荷载3.运梁车荷载4.预压荷载计算荷载计算控制标准1.路堤滑动稳定性系数，考虑列车荷载时，不小于1.15，不考虑列车荷载时为1.25。有预压土作用时，其稳定性系数同考虑列车荷载取1.15，对走行运梁车地段，稳定性系数取1.05。2.工后沉降量桥头过渡段不大于１０cm，区间不大于２０cm，工后第一年的沉降速率不大于4（５）cm。在填筑期间，根据填土速率的控制标准，路基中心地面的沉降不大于10mm/d。3．按复合地基处理的软弱地基，处理后地基在满足滑动稳定性和工后沉降量的条件下，要求复合地基容许承载力不小于１８０kPa。２沉降观测与沉降预测方法沉降观测沉降预测沉降测试方法的比较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。沉降测试方法的比较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。进水管外部与观测量杯相连。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。沉降测试方法的比较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。一个断面上多放几个沉降板影响压实施工的矛盾更突出。另外一个缺点是损坏后的补救非常困难。改进型沉降板（楚华栋）沉降测试方法的比较磁环沉降仪构造：沉降管，管外磁环与填土一起沉降，探头优点：测出分层沉降弱点：影响碾压施工沉降测试方法的比较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.图2剖面沉降仪的工作示意图沉降管记录仪注水系统沉降测试方法的比较水压式剖面沉降仪探头内的主要元件是静水压力传感器。由于地基沉降的原因，探头处于不同位置时，静水压力传感器所受到的静水压力是不同的，记录不同的静水压力，据此可得到不同位置的高程，从而得到沉降值。剖面沉降仪测试的优点，1）能够测定任意一点的沉降值，甚至可以测试整个剖面的连续的沉降曲线，配置自动记录仪即可实现。2）测试成本低。除了一次性投入二次仪器约2万元外，每次使用只需购买廉价每米5元左右的PVC管即可。3）对填土施工无干扰。但其缺点也比较突出。首先精度比较低。若要提高精度，需根据待测沉降的大小范围，配置若干不同灵敏度的探头，增加了二次仪器的造价。第二个缺点是测试操作比较复杂。整个系统不能方便携带，测试时需取水和注水。第三个缺点是受气候干扰大，风使测试数据不稳定；温差大改变了水的密度，影响精度。沉降测试方法的比较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.图3水平测斜仪的工作示意图沉降管记录仪探头电缆沉降测试方法的比较水平测斜仪探头内的主要元件是伺服加速度传感器。由于地基沉降，探头处于倾斜方向，通过重力加速度在敏感水平轴上的投影，可精确测量探头的倾角，再根据探头长度得到探头两端的高程差，从而得到沉降值。其优点：1）精度高。每次读数的误差小于0.1mm，36米长剖面测试的累计误差小于2mm。2）操作方便。整个测试系统可由一个人携带，移动非常方便。测试操作仅需两个人即可，一个人记录，一个人拉线。3）可得到整个剖面的沉降曲线，测点间距最小为0.5m。4）对填土施工无干扰。5）不受气候影响。二次仪器一次性投资约二万元。水平测斜仪的不足主要是特制的PVC管造价比较高，每米25元左右，约为普通PVC管的四倍。水平测斜仪的测试原理ΔiΔi-1图1水平测斜仪原理图δ=