高速鐵路橋隧-高速鐵路路基

為了保持高速鐵路行車的高平順性，預防路基產(chǎn)生過大的工后沉降，因此必須對高速鐵路地基原地面進行處理。地基處理一般采用的方法有換填法、強夯法、灰土擠密樁法、CFG樁法、樁板結(jié)構(gòu)法等。強夯法是將較大的重錘(一般為8-400t)提起從高處自由落下(落距一般為6-20m)，對較厚的軟土層進行強力夯實的地基處理方法。

強夯法適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、雜填土、濕陷性黃土等地基。

鄭西高速鐵路對地基處理深度為6m的濕陷性黃土采用單擊夯擊能為3000~4000kN·m的強夯法進行處理。

強夯法

灰土擠密樁包括石灰土擠密樁、水泥土擠密樁、柱錘沖擴樁等，適合對松軟非飽和土的加固處理，如濕陷性黃土消除其濕陷性的加固處理。

例如鄭西、石武高速鐵路對地基處理深度為22m以內(nèi)的濕陷性黃土，采用了水泥土擠密樁或柱錘沖擴樁的方法消除其濕陷性的加固處理。灰土擠密樁法土基中成孔后，在孔中灌以灰土或石灰等材料，搗實而成直徑較大的樁體，利用橫向擠緊作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少，而且孔被填滿和壓緊，形成樁體。樁體具有較高的承載能力。灰土擠密樁法

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和,采用各種成樁機械形成的高粘結(jié)強度樁體，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基。為了有效地控制地基沉降，在軟土和松軟土地基段大量采用CFG樁進行地基處理，其處理深度一般在30m以內(nèi)。例如：對于京津城際、鄭西、武廣、京滬、石武高速鐵路均有CFG樁進行地基處理。CFG樁法

CFG樁的加固原理

CFG樁法是通過在地基中形成樁體作為豎向加固體，與樁間土組成復合地基，共同承擔基礎、回填土及上部結(jié)構(gòu)荷載。

其加固軟弱地基主要有三種作用：樁體作用；擠密作用；褥墊層作用。

CFG樁法1.樁體作用

CFG樁不同于碎石樁，是具有一定黏結(jié)強度的混合料。一般情況下不僅可全長發(fā)揮樁的側(cè)阻，如樁端落在好土層上，還可很好地發(fā)揮端阻作用。在荷載作用下CFG樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎傳給復合地基的附加應力隨地基的變化逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，復合地基的CFG樁起到了樁體作用。2.樁體的擠密作用

CFG樁采用振動沉管法施工，利用振動和擠壓作用使樁間土得到擠密。CFG樁法3.CFG樁的褥墊層的作用CFG樁法

褥墊層技術是CFG樁復合地基的核心技術，復合地基的許多特性都與褥墊層有關褥墊層不是基底下常做的10cm的素混凝土墊層。褥墊層是在CFG樁樁頂與混凝土墊層間的由粒狀材料組成的散體材料墊層。CFG樁+樁間土+褥墊層=CFG狀復合地基CFG樁法褥墊層的作用如下：(1)保證樁、土共同承擔荷載如果不設置墊層，路基直接與樁和樁間土接觸，在垂直荷載作用下荷載特性和樁基差不多。設置一定厚度的墊層情況就不同了，即使樁端落在好的土層上，也能保證一部分荷載通過墊層作用在樁間土上，借助褥墊層的作用，使給定荷載作用下樁、土受力時程曲線均為常值。

(2)通過改變?nèi)靿|層的厚度，調(diào)整樁垂直荷載的分擔，通常褥墊層越薄樁承擔的荷載占總荷載的百分比越高；(3)減少基礎底面的應力集中；(4)調(diào)整樁土水平荷載的分擔，褥墊層越厚，土分擔的水平荷載占總荷載的百分比越大。CFG樁法

CFG樁的適用范圍

CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基。

CFG樁既可以用于擠密效果好的土，又可以用于擠密效果差的土。當用于擠密效果好的土時，承載力的提高既有擠密作用，又有置換作用；當用于擠密效果差的土時，承載力的提高只與置換作用有關。CFG樁和其他復合地基的樁型相比，它的置換作用很突出，這是CFG樁的一個重要特征。樁板結(jié)構(gòu)法

樁板結(jié)構(gòu)是高速鐵路采用的一種新型路基結(jié)構(gòu)形式，由鋼筋混凝土樁基、路基本體與鋼筋混凝土承載板(對于托梁式樁板結(jié)構(gòu)路基還包括托梁)組成，承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接，樁、板固結(jié)與路基共同組成承載結(jié)構(gòu)體系，它充分利用樁一土、板一土之間的共同作用來滿足無砟軌道對強度與變形要求。

樁板結(jié)構(gòu)法樁板結(jié)構(gòu)路基較傳統(tǒng)的路基形式而言，不僅是無砟軌道一種新的路基結(jié)構(gòu)形式，也是一種新型的地基處理技術與加固方法，是介于橋梁與路基之間的一種特殊的結(jié)構(gòu)形式。樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法樁一網(wǎng)復合地基是“樁一網(wǎng)一土”協(xié)同工作、樁土共同承擔荷載的地基體系，它能充分調(diào)動樁、網(wǎng)、土三者的潛力。1.加固原理：在預應力管樁進入持力層后，通過樁頂澆筑的樁帽及樁帽上鋪設一定厚度的褥墊層形成“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)的復合地基，使上部荷載均勻傳遞到下臥土層，以滿足地基承載力要求，有效控制工后沉降?！皹丁W(wǎng)”結(jié)構(gòu)中的“網(wǎng)”為砂、碎石及雙向土工格柵組成一定厚度的褥墊層，“樁”為預應力管樁。

樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法2.樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖1.預應力管樁2.褥墊層3.土工格柵4.碎石墊層5.中粗砂墊層6.土工格柵7.中粗砂墊層8.碎石墊層

高速鐵路路基和橋梁銜接部位受到高速運行車輛動荷載的作用時，在橋頭處往往會出現(xiàn)振動較大的情況，使得線路的平順性變差，列車速度越高，振動越劇烈，輕則降低旅客舒適度，重則影響高速運行安全，因此，將軌道的不平順控制在一定范圍之內(nèi),是保證列車安全,舒適且不間斷運行的關鍵。

路橋過渡段1.路基與橋臺結(jié)構(gòu)的差異由于路基與橋臺本身所用材料的不同，決定了它們的剛度差異巨大，橋臺要比路堤大的多。

路橋過渡段是柔性路堤與剛性橋臺的結(jié)合部位，只有當柔性路堤的變形相對為零或其值的大小所引起的軌面彎折(軌道不平順)滿足高速行車的要求時，才不會出現(xiàn)不利情況。而由散體材料組成的柔性路堤發(fā)生變形是很難避免的。因此，必須從過渡段的地基條件、軟基的處理方法、填料選擇、壓實標準、質(zhì)量檢測上采取措施，以減少兩者之間的變形差，實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。原因分析2.地基條件的差異在軟土地基上，路橋過渡段的路基和橋梁的工后沉降量是不同的，因此在路橋過渡處必然有沉降差。路橋過渡段由于其結(jié)構(gòu)的原因，橋頭路基的填筑高度較大，產(chǎn)生的基礎應力也較高，因此，地基在路橋過渡段產(chǎn)生的沉降較其他路段要大一些。原因分析3．橋臺后路堤填料橋臺后路堤填料一般全是填土。由于施工的原因，往往作業(yè)面相對狹小，碾壓質(zhì)量不易控制，其壓實度達不到設計要求。即使施工時壓實度全部達到了設計的要求，但因運營時路堤填土本身的自重和動荷載的作用，也將使路堤填土進一步壓縮變形，使得路橋過渡處出現(xiàn)沉降差。路橋過渡處常會產(chǎn)生細小的伸縮裂縫，經(jīng)過地表水或雨水的滲透后，會使路堤填土出現(xiàn)病害，強度降低，產(chǎn)生沉降?；蛴捎谒臐B透流動帶走填料中的細顆粒土，使得路橋過渡處出現(xiàn)沉降變形。原因分析4．設計及施工問題設計時對路橋過渡區(qū)段的施工碾壓過程考慮不周，對填料的要求不嚴格，橋臺后的排水設計考慮不周，都將影響其施工質(zhì)量。原因分析歸結(jié)起來主要有以下幾類：

1.在過渡段較軟一側(cè)，增大路基基床的豎向剛度該類處理方法的主要目的是通過加強路基結(jié)構(gòu)來減少路基與橋臺之間在剛度與沉降方面的差異，進而減少路橋間線路的不平順，如加筋土路堤法、碎石填料填筑法等。2.在過渡段較軟一側(cè)，增大軌道的豎向剛度該類處理方法主要是通過提高軌道豎向剛度來減小路橋間軌道剛度的變化率，但其不能解決路橋間沉降差引起的軌面彎折問題。處置辦法3.在過渡段較硬的一側(cè)，減小軌道的豎向剛度對于橋梁和隧道等剛性結(jié)構(gòu)物上的線路，可通過調(diào)整軌下墊板的剛度和設置枕下墊塊(無砟)的方法，使軌道的剛度值與較軟一側(cè)軌道的剛度值相適應。墊板(塊)的剛度參數(shù)可通過室內(nèi)試驗、計算及現(xiàn)場測試確定。處置辦法1.路堤與橋臺連接處路堤與橋臺連接處應設置過渡段，可采用沿線路縱向倒梯形過渡形式，如下圖所示。設置方法(1)過渡段長度按下式確定，且不小于20m。

L=a+(H-h)×n

式中L——過渡段長度（m）；

H——臺后路堤高度（m）；

h——基床表層厚度（m）；

a——倒梯形底部沿線路方向長度，取3～5m；

n——常數(shù)，取2～5。設置方法(2)正梯形結(jié)構(gòu)設置方法設置方法(3)二次過渡結(jié)構(gòu)

L=2a+2n（H-h）其中n=2；a=3-5maaL=a+n（H-h）1.路橋過渡段填料為：基床表層摻入5％水泥的級配碎石基床表層以下倒梯形部分摻入3～5％水泥的級配碎石2.分層填筑，分層壓實，滿足規(guī)定壓實標準3.級配碎石滿足規(guī)定級配要求處理措施1.路堤與橫向結(jié)構(gòu)物連接處

路堤與橫向結(jié)構(gòu)物（立交框構(gòu)、箱涵等）連接處，應設置過渡段，可采用沿線路縱向倒梯形過渡形式。其它設置情況其它設置情況2.路堤與路塹連接處

路堤與路塹連接處應設置過渡段。過渡段可采用下列設置方式：（1）當路堤與路塹連接處為硬質(zhì)巖石路塹時，在路塹一側(cè)順原地面縱向開挖臺階，每級臺階自原坡面的挖入深度不應小于1.0m，臺階高度0.6m左右。并應在路堤一側(cè)設置過渡段。路塹路堤其它設置情況(2)當路堤與路塹連接處為軟質(zhì)巖石或土質(zhì)路塹時，應順原地面縱向開挖臺階，每級臺階挖入深度不應小于1.0m，臺階高度0.6m左右。如下圖所示，其開挖部分填筑要求應與路堤相應位置相同。

路塹路堤其它設置情況3.土質(zhì)、軟質(zhì)巖及強風化硬質(zhì)巖路塹與隧道連接地段，應設置過渡段，并采用漸變厚度的混凝土或摻入5%水泥的級配碎石填筑。4.無砟軌道與有砟軌道連接處路基應設置過渡段，滿足軌道形式過渡要求。5.兩橋之間、橋隧之間及兩隧之間的短路基宜采取適宜措施，平順過渡；當兩橋間為小于150m非硬質(zhì)巖路塹時，路基基礎可采用樁板結(jié)構(gòu)或保證剛度平順過渡的工程措施處理。

高速鐵路路基要求路基工后沉降小、基床強度高、路基的剛度沿線路變化平緩，防排水系統(tǒng)完善，支擋防護體穩(wěn)定可靠。路基主體工程設計使用年限規(guī)定為100年，邊坡防護設施使用年限為60年，防排水設施使用年限規(guī)定為30年。

高鐵路基鐵路路基由路基本體和路基設備兩部分組成。在各種路基形式中，為了能按線路設計要求鋪設軌道而構(gòu)筑的部分，稱為路基本體。在路基橫斷面中，路基本體由路基頂面、路肩、基床、邊坡、基底幾部分構(gòu)成。路基橫斷面路基頂面：能直接在其上面鋪設軌道的部分及路肩組成，稱為路基頂面或簡稱路基面。

1.高速鐵路路基面形狀：無砟軌道支承層(或底座)底部范圍內(nèi)路基面可水平設置，支承層(或底座)外側(cè)路基面兩側(cè)設置不小于4％的橫向排水坡。有砟軌道路基面形狀應為三角形，由路基面中心向兩側(cè)設置不小于4％的橫向排水坡。曲線加寬時，路基面仍應保持三角形。如下圖所示。路基頂面2.高速鐵路路基面寬度直線地段路基面寬度應符合下表規(guī)定：路基頂面曲線地段路基面加寬值

路基面在無砟軌道正線曲線地段一般不加寬，當軌道結(jié)構(gòu)和接觸網(wǎng)支柱等設施的設置有特殊要求時，根據(jù)具體情況分析確定；

有砟軌道正線曲線地段加寬值應在曲線外側(cè)按規(guī)定加寬。曲線加寬值應在緩和曲線內(nèi)漸變。路基頂面線間距由于高速列車運行時會產(chǎn)生列車風，相鄰線路高速列車相向運行所產(chǎn)生的空氣壓力沖擊波易震碎車窗玻璃，使旅客感到不適，甚至影響列車運行的平穩(wěn)性，故高速線路的線間距較普通鐵路有所增大。其大小取決于機車車輛幅寬、軌距、高速列車運行速度以及考慮將來鋪設渡線道岔等因素。路基頂面路肩：鐵路路基頂面中，道床覆蓋以外的部分稱為路肩。其作用是：1）保護路堤受力的堤心部分

2）保持路基面的橫向排水，供養(yǎng)護維修人員作業(yè)行走避車，放置養(yǎng)護機具，防洪搶險臨時堆放砂石料

3）埋設各種標志、通信信號、電力給水設備等因此，路肩必須在考慮了施工誤差、高路堤的沉落與自然剝蝕等因素以后，保持必要的寬度。有砟軌道路肩寬度應符合下列規(guī)定：(1)設計最高速度200km/h時，不應小于1.0m；(2)設計最高速度250km/h及以上時，雙線不應小于1.4m，單線不應小于1.5m路肩無砟軌道路基面在兩線之間采用不小于15cm厚C20混凝土（或瀝青混凝土做封閉層），路肩面用不小于10cm厚混凝土，進行隔水封閉。封閉層縱向排水坡度不小于0.2%，橫向排水坡度不小于4%，封閉層間設斷縫，以免冬季封閉層拉裂、夏季封閉層拱起。路肩基床

基床：鐵路路基面以下受到列車動荷載作用和受水文、氣候四季變化影響的深度范圍稱為基床。其狀態(tài)直接影響到列車運行的平穩(wěn)和速度的提高，設計時應嚴格執(zhí)行《鐵路路基設計規(guī)范》對基床厚度、填料及其壓實度、排水等的規(guī)定。我國高速鐵路路基基床由基床表層和基床底層兩部分組成。

基床表層是鐵路路基最重要的組成部分，是軌道的直接基礎，擔負著重要使命?；脖韺拥淖饔么笾掠幸韵聨c：（1）增加線路強度，使路基更加堅固、穩(wěn)定，并具有一定的剛度，使列車通過時的彈性形控制在一定范圍之內(nèi)；（2）擴散作用到基床底層頂面上的動應力，使其不超出基床底層填料的臨界動應力；（3）防止道砟壓入基床及基床土進入道砟層；

(4）防止雨水浸入基床使基床土軟化，發(fā)生翻漿冒泥等基床病害，并保證基床肩部表面不被雨水沖刷；（5）防凍等?；脖韺踊脖韺雍穸鹊拇_定依據(jù)兩個原則：其一是變形控制其二是強度控制

綜合這兩個原則，200km/h區(qū)段有砟軌道基床表層厚度應為0.6m；250km/h及以上區(qū)段有砟軌道基床表層厚度應為0.7m，無砟軌道路基表層厚度0.4ｍ，無砟軌道基床表層小于有砟軌道，主要是考慮到無砟軌道0.30m混凝土墊層的作用?；脖韺游覈咚勹F路路基基床表層填料采用級配碎石。