高速铁路路基及防护工程技术(2010-07)

高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-071高速铁路路基及防护工程技术铁道部工程管理中心尤昌龙二〇一〇年七月高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-072一个中心满足路基安全使用100年的要求两个基本点刚度和变形满足列车安全、舒适、平顺性要求六大关键工程地基处理、路基填料生产与填筑、路基过渡段、路基工程与站后工程系统集成、路基边坡防护与防排水工程、沉降变形观测与评估高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-073我国幅员辽阔，铁路线纵横捭阖于全国各地，从海相、泻湖相、河相的淤泥质软土，山前冲淤积软土、松软土、冲洪积土到湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、戈壁土、冻土等，几乎在全世界分布的每种类型的土在我国的铁路建设中都会遇到，其分布的不均刀性、工程地质的复杂性，决定了我国铁路建设过程中路基工程技术工艺特点的多样性和复杂性。历经秦沈客运专线、京沪高速铁路昆山试验段、遂渝无砟轨道试验段、京津城际、武广客专、郑西客专、合宁、合武、石太等工程的实践，形成了时速200km/h客货共线铁路、重载铁路、高速铁路路基工程等成套技术。无论何种铁路路基，在其使用过程中，安全性始终处于第一位，这就要求路基设计、施工必须满足不同铁路等级技术标准和运营安全需要。一个中心满足路基安全使用100年的要求高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0741不同速度等级铁路路基技术标准1.1路基工后沉降变形量标准表1-1不同速度目标值对应的路基工后沉降变形量标准两个基本点刚度和变形满足列车安全、舒适、平顺性要求路基类别一般路基（有砟）秦沈客运专线（有砟）京沪暂规2003（有砟）京沪暂规2005（有砟）“无砟轨道设计指南”铁建设函[2005]754号工后沉降≯300mm≯150mm≯100mm≯50mm≯15mm差异沉降≯80mm≯50mm≯30mm≯5mm，且折角小于1‰不均刀沉降轨道线路满足竖曲线半径Ra0.4Vsj²速度目标120km/h200km/h300km/h350km/h350km/h高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-075路基类别高速铁路设计规范（试行）有砟有砟无砟工后沉降100mm50mm≯15mm（无砟）差异沉降50mm30mm≯5mm，且折角小于1‰不均刀沉降轨道线路满足竖曲线半径Ra0.4Vsj²速度目标250km/h300~350km/h250~350km/h表1-2不同速度目标值对应的路基工后沉降变形量限值工后沉降标准与设计速度、轨道类型、施工工期、轨道维修养护标准和维修周期、工程投资大小等因素有关，同时也与地质勘察试验手段和精度、沉降计算的方法和精度、沉降观测的方法和精度、工后沉降预测的方法和精度密切相关，表1所列正是上述思想的反映。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-076我国高速铁路科技攻关研究表明：高速铁路高安全性、高舒适性要求轨道结构在列车荷载长期动力作用下保持高平顺性，这就要求要严格控制路基、桥涵和隧道工程的工后沉降和不均刀沉降。从概念上来看，差异沉降包含在不均刀沉降中，不均刀沉降、均刀沉降则包含在工后沉降中。线路设计、施工的目的就是要昀大限度地减小工后沉降、消除不均刀沉降。从满足列车高速、安全、舒适度要求出发，控制线路的沉降满足规范要求是最终目标，追求差异沉降、不均匀沉降为零是线下工程的理想目标。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0772刚度指标路基刚度指标：K30（MPa/m），Ev2（MPa），Evd（MPa）与此相关的基本条件：路基填料和压实系数必须满足相应的要求高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0782.1路基填料和压实标准⑴基床以下路基填料和压实标准铁路速度等级压实系数K无侧限抗压强度地基系数K30（MPa/m）填料类别化学改良土（KPa）细粒土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土200km/h（客货共线）≥0.90≥250≥90≥110≥130A、B、C组填料或改良土250km/h（有砟）≥0.92≥250≥110≥130A、B组填料和C组碎石、砾石类填料，其粒径级配应满足压实性能要求；当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良。300~350km/h（有砟）≥0.92≥250≥110≥130250~350km/h（无砟）≥0.92≥250≥110≥130填料昀大粒径不超过75mm。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-079铁路速度等级压实系数K无侧限抗压强度地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）填料类别和厚度化学改良土（KPa）砂类土及细砾土碎石类及粗砾土200km/h（客货共线）≥0.95≥250≥120≥150A、B组填料或改良土，厚度1.9m250km/h（有砟）≥0.95≥350≥130≥150≥40基床底层应采用A、B组填料或改良土，A、B组填料粒径级配应满足压实性能要求，寒冷地区冻结影响范围填料应满足防冻胀要求。厚度2.3m250~300km/h（有砟）≥0.95≥350≥130≥150250~350km/h（无砟）≥0.95≥350（550）≥130≥150⑵基床底层填料和压实标准注：1.无砟轨道可采用K30或Ev2。当采用Ev2时，其控制标准为Ev2≥80MPa且Ev2/Ev1≤2.5。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。3.填料昀大粒径不得大于60mm。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0710⑶基床表层填料和压实标准基床表层压实标准压实标准级配碎石1基床表层级配碎石材料由开山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成。2基床表层级配碎石的粒径级配应符合下表的规定。其不均刀系数Cu不得小于15，0.02mm以下颗粒质量百分率不得大于3%。压实系数K≥0.97地基系数K30（MPa/m）≥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Ev2≥120MPa且Ev2/Ev1≤2.3。无砟轨道：基床表层厚度0.4m；有砟轨道0.7m。时速200km客货共线铁路基床表层厚度0.6m基床表层级配碎石粒径级配方孔筛孔边长(mm)0.10.51.77.122.431.545过筛质量百分率(%)0～11（5）7～3213～4641～7567～9182～100100注：括号内数字适用于寒冷地区铁路。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-07112.2重型击实标准、轻型（普式）击实标准、南实处击实成果对比保证率97.72%98%99%99.87%南实处击实（％）9095909590959095轻型击实（％）92.2497.3692.2897.4192.4697.6092.9298.08重型击实（％）85.5190.2685.5690.3285.8590.6286.5691.36K重-K轻（％）6.737.166.727.096.616.986.366.72国别击实标准路基本体基床底层基床表层中国重型0.920.950.97轻型（换算当量）98~99100~102102~104德国、法国轻型971001022.3我国路基压实标准与德、法压实标准比较高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0712昀大干密度孔隙率1.972.042.072.102.152.19n＝0.310.930.90.890.8770.8570.84n＝0.280.9750.940.9280.9150.8940.877n＝0.251.010.980.9670.9530.930.914n＝0.231.041.0080.9930.9790.9560.938n＝0.201.081.0471.0311.020.990.975n＝0.181.111.071.0571.041.0180.999孔隙率孔隙率nn和压实系数和压实系数kk关系表关系表路基施工过程控制中，以压实系数为主要控制指标max/)1(drnGk高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0713国家日本德国韩国中国基床表层空气空隙率na15%K30≥150MPa/mDpr≥102Ev2≥120MPa（FSS层）Evd≥50MPaK≥1.0Ev2≥120MPa（辅助道床）Ev2≥80MPa（粒度调整层）Ev2/Ev12.2~2.3压实系数K≥0.97K30≥190MPa/mEv2≥120MPaEvd≥55MPa基床底层压实系数K≥0.95K30≥110MPa/mDpr≥100Ev2≥60MPaK≥0.95Ev2≥80MPa压实系数K≥0.95K30≥130~150MPa/mEv2≥80MPaEvd≥40MPa路基本体压实系数K≥0.90Dpr≥95～97Ev2≥45MPaK≥0.90压实系数K≥0.92K30≥110~130MPa/mEv2≥45MPa2.4中外路基压实标准对比备注：德国、法国采用普氏击实标准（即轻型击实标准），击实功为591.6kj/m3,中国、日本、韩国采用重型击实标准，击实功为2682.7kj/m3。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0714•⑴刚度指标•根据“高速暂规”条文说明和分析，我国在制定K30指标时，充分考虑了车辆长期动力荷载作用下路基可能发生的变形量大小和变形趋势。•①满足TB10082-2005关于枕下道床刚度100KN/mm的要求•②满足不同路基结构层的承载力和变形量大小要求。•③依据K30≥190MPa/m分析相应的道床系数大于0.42N/mm3。•德国满足Ev2≥120MPa的新建线路道床系数为0.3～0.4N/mm3。•如基床表层Ev2取120MPa、底层取为60MPa，计算得出路基面的支承刚度为：75MPa/m。该计算结果与将K30测试值乘以0.4（考虑到板的支承面积较大的修正）换算为76MPa/m值的方法十分接近。•④因此，我国的K30指标与德国、法国Ev2指标基本相当。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0715•⑵填料•目前我国的路基填料多采用A、B组填料和C组改良土；A、B组填料粒径控制标准趋近于德国标准，例如武广试验段、京津城际目前采用的填料控制标准。•⑶压实标准•①压实密度：无论是有砟轨道路基还是无砟轨道路基，我国的压实标准即压实系数大于德、法等国制定的压实度Dpr标准。•②刚度标准：对应的力学指标在一定程度上也高于德、法标准。•可以说，我国的路基压实标准已涵盖德、法标准，因此是可行的，可满足铺设有砟轨道和无砟轨道要求。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0716⑶路基均刀性指标以往：相对弱于德法，主要表现为集料窝现象严重，路基结构相对不均刀，此为路基通病，必须克服。依据新规范，基床以下路基填料粒径小于75mm、基床底层填料粒径小于60mm，因此，路基均刀性指标将得到彻底改观并满足设计要求。⑷工后沉降变形量对无砟轨道轨道板的影响①普通路基上只考虑沿线路纵向的不均刀沉降，道岔区还应考虑沿线路横向的不均刀沉降。②路基不均刀沉降的形状取为下凹余弦型曲面。暂按15mm/20m考虑。高速铁路路基及防护工程技术高速铁路路基及防护工程技术EMC-ycl2010-0717路基上无砟轨道板断裂对应的路基不均匀沉降变形量限制无砟轨道类型不均匀沉降量极限值极限或状态CRTSⅠ型（日本板）21mm/20m（铁科院）钢筋混凝土底座板开裂CRTSⅠ型（双块式）52mm/20m（铁四院）道床板压断CRTSⅡ型（博格板）26mm/20m（铁三院）超