铁路客运专线路基设计施工关键技术

客运专线铁路路基设计施工关键技术目录一、高速铁路路基发展现状二、高速铁路路基技术特点三、客运专线铁路路基地基条件及处理技术四、路堤填料改良及填筑工艺和质量检验方法五、基床表层施工技术及质量检验方法六、客运专线路桥涵过渡段技术七、客运专线铁路路基施工检测技术八、客运专线铁路路基施工监测技术一、高速铁路路基发展现状1.高速铁路路基的要求2.国外高速铁路路基3.国内客运专线的发展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.高速铁路路基要求高速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。随着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，路基在铁路工程中已明确被作为“土工结构物”来看待，路基工程的地位已得到明显提高。1）、强度、高刚度大普通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）、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。各个规范工后沉降要求标准一般路基工后沉降/cm过渡段工后沉降/cm年沉降速率/cm/y高速公路30156秦沈客运专线1584200km/h客货共线1584京沪高速铁路532时速300-350公里客运专线3纵向平顺度每20m小于20mm路基刚度的均匀性列车速度越高，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（路桥过渡段）。沉降引起轨道几何平顺性高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，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。静态平顺与动态平顺因此，高速铁路路基除应具备普通铁路路基的基本性能之外，还需要满足高速铁路轨道对基础提出的性能要求。不仅要求静态平顺，而且还要求动态条件下平顺。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。在列车运行及自然条件下的稳定性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。只有这样，才能高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。2、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加强路基的防排水措施，加强边坡和灾害的防护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。国外高速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。强化基床表层防水是各国高速铁路的共同特点，只是采用的方式不一样。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。3.我国客运专线的发展我国在“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，吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验；在设计过程中借鉴、消化、吸收了国外铁路设计新方法和新标准；结合秦沈线的实际情况，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。高速铁路路基技术特点列车运行的高速、舒适、安全运送旅客特征，要求路基必需具备强度高、刚度大、纵向变化均匀、长久稳定的特点。高标准的填筑技术和强化的基床结构–路基必须作为结构物来对待。–填筑材料、压实标准、变形控制、检测标准提高。–强化基床表层：动态稳定性、水稳性、渗透性。严格控制路基沉降变形轨道不平顺（累计沉降和不均匀沉降）影响速度和舒适度。变形包括：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（塑性变形）；路基本体填土及地基的压缩下沉。就路基而言，过去多注重于强度问题，并以强度作为轨下系统设计与施工的主要控制条件。而现在强度已不成为问题，一般在达到强度破坏前，可能已经出现了不能容许的过大有害变形。高速铁路路基技术特点轨道基础刚度变化处设置过渡段确保高速行车的平稳与安全，在路桥、路涵、堤堑处设置过渡段。设置一定长度的过渡段，控制轨道刚度逐渐变化，减少由于不均匀沉降引起的轨道不平顺。高速铁路路基技术特点客运专线路基规范演变补充了检测标准增设了强化层提高了填料规格完善了过渡段形式提高了工后沉降要求客运专线铁路路基地基条件及处理技术现代铁路修筑经验表明，作为支承路堤的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和沉降速率。以往的铁路设计标准，多只考虑对基底强度作要求，即不允许发生基底破坏，而对其变形的要求没有给予重视。日本东海道新干线地基必需具备足够的强度（不发生基底破坏）和刚度（不产生过大下沉）。京沪高速铁路路堤基底以下25m范围内的地基条件必须满足要求。不满足时，必须进行工后沉降量计算。–工后沉降：基础设施铺轨完成时的沉降量与最终形成的沉降量之差。–沉降速率：短时间内的过大沉降，造成维修困难而危及行车安全。地层地基条件基岩无条件块碎石土无条件砂类土PS≥5.0MPa或N≥10，且无液化可能粘性土PS＞1.2MPa；[]≥0.15MPa地基处理的目的是为了提高地基承载力，减少地基沉降，有时也为了减少地基的渗透性。当天然地基不能满足构筑物稳定或变形控制要求时，就要对天然地基进行处理形成人工地基。由各种地基处理方法获得的人工地基可以分为两类：一类是对天然地基土体全部进行土质改良，如排水固结法、强夯法、原位压实法、换填法等。另一类是形成复合地基，它可以由复合土与天然地基土体形成，如水泥土复合地基；也可以由插入的材料与天然地基土体形成，如低强度桩复合地基法、树根桩复合地基；也可以由插入的材料与得到的改良的天然土体形成，如振冲挤密碎石桩复合地基，还可设置水平向增强体形成复合地基。近年来，国内外学者在进一步研究竖向增强体和水平向增强体的特点的基础上，为充分发挥桩间土的承载能力，提出了桩网复合结构或桩网复合地基结构，建立相应的理论并应用于工程实践，取得了较好的效果。地基处理地基处理－－复合地基复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基。根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。竖向增强体复合地基通常通常称为桩体复合地基，可分为三类：散体材料复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。散体材料复合地基如碎石桩复合地基、砂桩复合地基等。柔性桩复合地基如深层搅拌桩复合地基、旋喷桩复合地基等。刚性桩复合地基如CFG复合地基、管桩复合地基、钢筋混凝土复合地基等。复合地基有以下两个基本特点：⑴加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非均质的、各向异性的；⑵在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。地基处理－－排水固结法根据排水固结原理发展起来的一类处理方法可有效地解决软土地层的沉降和稳定问题。它是指利用排水固结原理，在软土地基内设置（有时不设置）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。排水固结法由加压系统和排水系统两个主要部分组成。加压系统是为地基提供必要的固结压力而设置的，它使地基土层因产生附加压力而发生排水固结。设置排水系统是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。加压系统与排水系统是相互配合、相互影响的。除了少数天然排水系统能满足要求的情况，排水固结加固地基一般均应设置这两个系统。根据加压和排水两个系统的不同，派生多种排水固结方法。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，昆山试验效果较好。真空管路真空计真空联合堆载预压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，在桩顶得到水平向增强体“网”的加强形成复合地基加固区，使网…桩…土三者协同作用，整体共同承担上部荷载。具有沉降变形小而且完成快、工后沉降较易控制、稳定性高、施工方便等优点桩网结构地基处理主要工程措施1、路堤两侧设1.0m高、1.0～2.0m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。对具有弃土条件和渗水土有来源的地段，可挖除换填渗水土；当片石料缺乏时，可采用深层搅拌桩复合地基加固，最小桩长不小于4m或嵌入硬底不小于1.0m。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桩网等进行处理，桩顶铺设碎石垫层并铺设一层强度不小于40kN/m土工格栅或土工格室。加固深度原则上穿透软土层。4、过渡段地基根据地质条件和沉降计算情况，地基处理措施适当加强，一般采用水泥搅拌桩、CFG桩或旋喷桩加固，适当提高置换率或桩长。地基处理主要工程措施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。地基处理主要工程措施砂桩塑料排水板真空预压法搅拌桩4、施工设备、质量检验方法1、水泥搅拌桩（浆喷桩、粉喷桩）可采用PH-5B、PH-5D、GPP-5B型搅拌桩机械施工。桩身均匀性和强度检测——钻芯取样；复合地基承载力——静载试验。钻芯取样方法成桩28天后在桩径方向1/4处，全桩长范围钻芯取样进行无侧限抗压强度，抽检比例2‰。荷载试验方法沿线路纵向每100米检查1处，每工点不少于3组搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究全景GPP-5B型PH-5D型PH-5B型搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究储浆桶输灰罐PJ-4型记录仪室内试验养护箱无侧限试验剪切试验固结试验钻探取芯上图为芯样左图为钻探取芯搅拌桩施工工艺及质量检验方法静力触探静力触探自动记录仪油压系统搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究轻便动力触探轻便动力触探试验轻便动力触探记录足尺开挖可直观反映桩体成桩质量，但对路基土体及相邻桩的破坏影响太大，同时检验深度一般局限于地表以下4m。不可单独应用于搅拌桩的检验。足尺开挖检测搅拌桩施工工艺及质量检验方法低应变检测主要应用于刚性桩质量检验，从本工点检验结果分析存在较大的偏差，且约有一半的桩检测不到桩底反射。不宜用于搅拌桩质量检验。低应变检测搅拌桩施工工艺及质量检验方法载荷试验载荷试验1载荷试验2搅拌桩施工工艺及质量检验方法施工经验表明：搅拌桩在18m范围内强度值均可满足要求，但在10m左右以下个别点的无侧限抗压强度异常，搅拌桩l0m以内的施工质量可控性较高，施工质量可以保证。鉴于我国目前的机具设备条件，加固深可到20m，其上l0m的范围质量完全可以保证，l0m以下范围一定要加强管理，必须保证桩长、喷灰量或浆量、复喷或复搅次数。搅拌桩施工工艺及质量检验方法4、施工设备、质量检验方法塑料排水板的施工可采用静压式或振动式塑料排水板打设机械。塑料排水板深度检测主要是通过查看塑料排水板上的长度刻度线来控制。机械选型振动式插塑板机静压式插塑板机塑料排水板施工工艺及质量检验方法施工注意事项：(1)在塑料排水板施工机械中，静压式插板机在工效、经济成本和环境影响等方面优于振动式插板机，但振动式插板机对地层的穿透能力大于静压式。因此，在两者都能够穿透的地层打设塑料排水板时，优先选用静压式；在静压式打设困难的地层，采用振动式塑料排水板机械打设。