专题：武广客运专线路基工程设计与施工综述.ppt

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1、专题：武广客运专线路基工程设计与施工综述 Still waters run deep.流流静静水深水深,人人静静心深心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容内容一、工程概述一、工程概述一、工程概述一、工程概述二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准 三、地基的加固处理三、地基的加固处理三、地基的加固处理三、地基的加固处理 四、过渡段设计四、过渡段设计四、过渡段设计四、过渡段设计 五、路基填料选择及填筑控制五、路基填料选择及填筑控制五、路基填料选择及填筑控制五、路基填料选择

2、及填筑控制 六、沉降变形观测与评估六、沉降变形观测与评估六、沉降变形观测与评估六、沉降变形观测与评估 七、结束语七、结束语七、结束语七、结束语 一、概述一、概述一、概述一、概述l武广客运专线是我国开通运营线路里程最长、技术标准最高、投资规模最大的客运武广客运专线是我国开通运营线路里程最长、技术标准最高、投资规模最大的客运专线，纵跨湖北、湖南、广州三省，正线全长专线，纵跨湖北、湖南、广州三省，正线全长968km，全线路基约，全线路基约327km，约占总，约占总长的长的34%。设计速度目标。设计速度目标350km/h,采用无砟轨道并一次铺设跨区间无缝线路，站场采用无砟轨道并一次铺设跨区间无缝线路，

3、站场站台范围内到发线均采用无砟轨道。站台范围内到发线均采用无砟轨道。l路基设计类型主要有深路堑、边坡防护路基、浸水路基、基床处理路基、不良路基路基设计类型主要有深路堑、边坡防护路基、浸水路基、基床处理路基、不良路基（岩溶、滑坡等）、特殊路基（软土、松软土、红粘土路基、花岗岩全风化层、厚（岩溶、滑坡等）、特殊路基（软土、松软土、红粘土路基、花岗岩全风化层、厚层第四系非饱和粘土路基）。层第四系非饱和粘土路基）。l为满足无砟轨道路基工后沉降不大于为满足无砟轨道路基工后沉降不大于15mm、过渡段工后差异沉降不大于、过渡段工后差异沉降不大于5mm的标的标准要求，保证路基长期稳定性和耐久性，必须在地基处理

4、、路基结构、填筑材料、准要求，保证路基长期稳定性和耐久性，必须在地基处理、路基结构、填筑材料、施工工艺、防排水系统设置、质量控制标准、工后沉降控制、抵于各种不良环境的施工工艺、防排水系统设置、质量控制标准、工后沉降控制、抵于各种不良环境的加固防护等方面强化设计与施工；需要在勘测、设计、施工各阶段共同采取措施，加固防护等方面强化设计与施工；需要在勘测、设计、施工各阶段共同采取措施，优化设计与研究施工工艺，严格质量控制。优化设计与研究施工工艺，严格质量控制。二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准l正线区间直线地段的路基面宽度双线为13.6m

5、、线间距为5m，曲线超高时，路基面宽度不另行加宽，接触网支柱内侧距线路中心线不小于3.0m，电缆槽设置在接触网支柱外侧。2.1 2.1 路基断面形式路基断面形式路基断面形式路基断面形式2.2 2.2 路基基床结构、填料及压实标准路基基床结构、填料及压实标准路基基床结构、填料及压实标准路基基床结构、填料及压实标准l路基基床由表层、底层结构组成。基床厚度为3.0m，基床表层由0.7m优化为0.4m，考虑采用了0.3m的无碴轨道底轨道支撑层，基床底层2.3m。l路堤地段基床表层采用级配碎石填筑，基床底层采用A、B组填料填筑。路堑地段，为可溶岩及软质岩时，基床表层挖除换填，做成路堤式路堑。l基床表层、

6、底层压实标准按照设计及铁道部有关标准规定执行。二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准l根据路堑基床土的强度及水理性特，对路堑基床设计了1.02.3m的A、B组填料换填层，并换填底部设复合土工膜。2.3 2.3 路堑基床换填厚度选择路堑基床换填厚度选择路堑基床换填厚度选择路堑基床换填厚度选择2.4 2.4 路基基床以下路堤填料及压实标准路基基床以下路堤填料及压实标准路基基床以下路堤填料及压实标准路基基床以下路堤填料及压实标准l基床以下路堤优先采用A、B组填料，当选用C组细粒土填料时，根据土源性质应进行改良后采用 二、路基工程主要技术标准二

7、、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准二、路基工程主要技术标准 路基排水采取明暗结合的办法：l路基面防排水：基床表层面及两侧护肩的防排水采取铺设沥青混凝土或混凝土防水层。l地下水防排设施：对地下水，应根据地下水类型、含水层埋藏深度、地层的渗透性等条件，选用明沟、排水槽、渗水暗沟、边坡支撑渗沟与仰斜式钻孔等适宜的排除地下水设施。l地表排水设施:对地面水，设置了侧沟、天沟、排水沟及边坡平台截水沟。2.5 2.5 路基排水系统路基排水系统路基排水系统路基排水系统2.6 2.6 路基沉降变形控制标准路基沉降变形控制标准路基沉降变形控制标准路基沉降变形控制标准 l路基工后沉降除小于60m桥桥、隧

8、隧之间短过渡段路基按8mm控制外，均按15mm控制；路桥、路隧过渡段工后沉降差异5mm，路桥（涵）、路隧过渡段沉降造成的折角应1/1000。沉沉降降控控制制主主要要是是控控制制地地基基部部分分的的工工后后沉沉降降和和不不均均匀匀沉沉降降。地地基基沉沉降降控控制制不不仅仅要要有有准准确确的的地地质质资资料料以以及及正正确确的的土土工工参参数数，还还与与沉沉降降估估算算方方法法的的正正确确选选取取、设设计计沉沉降降控制措施的合理选择等方面有关。控制措施的合理选择等方面有关。三、地基的加固处理三、地基的加固处理三、地基的加固处理三、地基的加固处理l一般土质路基 表层软土、松软土、软黏土厚度不大于1.

9、5m的地段，原则上采用挖除换填措施。低填浅挖路基地段，检算工后沉降值接近控制要求时，结合施工组织要求，有条件时优先考虑了超载预压措施。路堑地段检算工后沉降值控制满足要求，为弥补地基的不均匀性及施工扰动，对基床底一般采用冲击压实或振动碾压处理措施。l厚层软土及松软土地基 对于一般大于5m的厚层黏性土和松软土及花岗岩全风化层路堤地基，特别是当具有较厚的硬壳或硬层夹软弱层地基一般采用CFG桩复合地基（水泥、碎石、石屑、粉煤灰）加固处理。对于含较多碎石（或大块卵石）黏性土和砂性土地基可选择旋喷桩复合地基进行加固。对于深厚层软弱地基、沉降要求高或存在侧向应力作用时（如桥路、隧路过渡段、溶槽地段等）地段，

10、以及不均匀沉降大的地段一般选预应力管桩、预制方桩及钻孔灌注桩等刚性桩桩-网结构加固处理。3.1 3.1 地基加固处理设计地基加固处理设计地基加固处理设计地基加固处理设计l岩溶地基 武广客运专线岩溶路基工点200余个，个别地段非常发育，大多钻孔揭示有溶洞，总长度约180km。岩溶路基分为裸露型和覆盖性两种；根据水文地质、覆盖层厚度、岩溶线性率等形成的风险程度分为、级。设计针对场地水文地质条件及工程地质条件，为防治岩溶路基塌陷，均采取了加固措施。覆盖层大于5m的岩溶路堑及路堤基底覆盖层15m的地段，设计均采用了压力注浆等措施加固处理,上部地基土多采用了CFG桩等措施加固；路堤基底覆盖层大于15m的

11、地段，对可能存在岩溶塌陷隐患的地段采用压力注浆等措施加固处理。l沉降变形检算方法 采用分层总和法分别计算有荷（考虑列车及轨道荷载）和无荷条件下的固结沉降值，为确保安全，沉降一般计算至轨道板施工之前。天然地基的工后沉降量S =*S有-（-1）*S无+U*S无（单位为cm；为沉降经验系数，U为土沉降固结度）。复合地基加固后的工后沉降计算 复合地基的沉降计算方法主要有复合模量法、应力修正法和桩身压缩模量法等，根据复合地基加固桩的类型及特点选用不同的计算方法。3.2 3.2 沉降变形检算沉降变形检算沉降变形检算沉降变形检算1）对于搅拌桩、旋喷桩等柔性桩采用复合模量法，按分层总和法分别计算S有、S无。2

12、）CFG桩复合地基压缩模量采用地基加固后承载力提高系数进行计算，CFG桩复合地基承载力设计时具体参照建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）中的办法进行估算3）预应力管桩、钻孔灌注桩等刚性桩网复合地基工后沉降计算目前无成熟经验，可考虑路堤填高、桩间土刚度、桩间距、桩土应力比、垫层复合压缩模量及复合泊松比等参数，根据薄板扰曲变形理论求解。3.3 3.3 不均匀沉降设计控制不均匀沉降设计控制不均匀沉降设计控制不均匀沉降设计控制 武广客运专线路基设计中进行了整体变形分析，以控制不均匀沉降的出现为主。具体设计中，根据压缩层的厚度变化情况、路基的填筑高度、地层软硬不均匀性等条件选择检算横断面，考虑纵

13、向不均匀性沉降，使相邻断面工后沉降差控制在轨道可圆顺范围内。四、过渡段设计四、过渡段设计四、过渡段设计四、过渡段设计l过渡段设计目的在于有效减少路基于不同结构类型之间的差异沉降，实现不同结构之间刚度的平顺过渡，实现轨道高平顺性。过渡段通常采取适宜的结构形式、优质填料及较高的压实标准实现上述目的。过渡区地基处理采用从正线路基至过渡段逐渐加强过渡的方式。通常，过渡段采用5%的水泥稳定级配碎石填筑。五、五、五、五、CFGCFGCFGCFG桩复合地基施工优化桩复合地基施工优化桩复合地基施工优化桩复合地基施工优化 针对全线全风化松散地层、软土与松软土等地基，主要采取CFG桩复合地基加固处理，为保证CFG

14、桩复合地基加固能够满足无砟轨道对路基工后沉降的要求，从加固理论和试验等方面对CFG桩复合地基的施工工艺和施工参数进行优化研究，并进行现场试验测试加固效果。（1）采用长螺旋钻进法、冲击成孔法、振动沉管成孔、锤击沉管成孔等几种CFG桩成孔方法进行了工艺试验。综合考虑了常用CFG桩施工机械的性能、适宜地质条件、成桩质量及对相邻桩的影响程度等方面，认为长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩工艺是适合武广客运专线处理软土地基最佳的施工工法。（2）通过武汉试验段CFG桩体材料影响因素分析及配合比试验研究，提出了试验桩体材料合理的控制参数及桩体材料配合比。五、五、五、五、CFGCFGCFGCFG桩复合地基施工优化桩复

15、合地基施工优化桩复合地基施工优化桩复合地基施工优化l （3）研究桩底达到持力层的控制方法：电流值的突然升值变化作为达到持力层的的参考，主要根据设计及施工之前补探核对的地质断面图进行桩长及进入持力层的控制。（4）通过CFG桩成桩质量存在的问题，提出了对桩身完整性采用低应变无损检测的合理方法，以及评定及缺陷处理措施。（5）通过武汉试验段CFG桩体材料影响因素分析及配合比试验研究，提出了试验桩体材料合理的控制参数及桩体材料配合比（水泥：粉煤灰：碎石：砂：水：外加剂）六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制6.1 6.1 路堤填料的选择路

16、堤填料的选择路堤填料的选择路堤填料的选择l为了满足高速列车通过时对路基的弹性变形、残余变形以及气候条件和地质条件的影响，路基必须具有一定强度、刚度和水稳定性。为了保证无砟轨道系统的长期稳定性，基床和路基应具有持久、良好的结构耐久性。一方面必须选择合适的填料；另一方面，必须完成高质量的路基填筑。l对填料进行了优化选择：限制细颗粒含量（宜控制在20%以内）和最大颗粒粒径（宜控制在63mm以内），选择适宜颗粒级配；首先从工程隧道洞渣、岩石路堑爆破岩块及矿山开采中选择合格的材质填料，要求母岩饱水抗压强度大于30MPa,软化系数大于0.75，不易风化水稳定性较好的岩石材料；并实行工厂化机械破碎筛分加工。

17、对部分天然填料（如砂砾岩、天然碎石土、细园砾土等）粒径偏大也要进行筛分，且对细粒含量多、组成成分复杂的天然填料进行矿物分析、自由膨胀率、液塑限、崩解试验、压缩试验等水稳定和耐久性指标分析，是无砟轨道路基填料研究新理念。六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制六、路基填料选择及填筑控制6.16.1填料水稳性及耐久性相关指标要求表填料水稳性及耐久性相关指标要求表母岩饱水抗压强度30MPa，软化系数0.75阳离子交换量CEC(NH4+)170mmol/kg自由膨胀率 Fs 40%蒙脱石含量 M 7%细粒土含量 15%液限WL40%，且塑性指数Ip17崩解率：1%

18、有机质含量：5%6.2 6.2 路堤填料控制路堤填料控制路堤填料控制路堤填料控制 l 武广客运专线将路基作为土工结构物来进行设计与施工，路基填筑严格按“四区段、八流程”法施工；施工中采用分层填筑，碾压机械、摊铺厚度、碾压遍数根据路段工艺试验结果确定。填筑施工控制的重点环节：一是填料均匀控制，采用网格法倒料，均匀摊铺，防止填料离析不均；二是控制摊铺厚度，保证压实度和刚度的均匀性；三是控制填筑横坡，顶面排水畅通，不积水；四是重视填筑过渡段和分段填筑时搭接的长度和宽度的控制，防止填筑过程中“新的过渡段”薄弱环节的出现，防止差异变形。l武广客运专线无砟轨道路基填筑压实评判指标：基床采用地基系数K30、

19、动态变形模量Ev1、变形模量Ev2、孔隙率n进行检测控制；基床以下采用K30、Ev2、n或K30指标进行检测控制。七、沉降变形观测与评估七、沉降变形观测与评估七、沉降变形观测与评估七、沉降变形观测与评估7.1 7.1 沉降变形观测沉降变形观测沉降变形观测沉降变形观测 （1）观测内容：主要对路基面、路基基底及路堤本体变形进行观测；对路桥、路隧、路涵过渡段沉降变形进行重点观测。（2）沉降观测断面及点的布设：路堤一般50m100m设置一个观测断面，一般同时设置基底沉降板和路面观测桩；部分高填路堤、预压段及过渡段埋设剖面沉降管，路堑的膨胀土地段基床底设置单点沉降计。l 施工期除了按要求进行系统的沉降变

20、形动态观测外，还须通过对观测数据进行系统的综合分析和评估，来验证和调整设计参数与措施，使路基达到规定的变形控制要求；通过分析、推算出最终的沉降和工后沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保客运专线无碴轨道结构铺设的质量。l 为保证观测和预测工后沉降的准确性、可靠性、连续性，在遵循客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南条件下进行了优化和细化，建立了适合武广客运专线的科学、快捷、系统的无碴轨道沉降变形观测和分析评估实施系统。（3）建立变形观测网：沉降变形观测点的测量精度及观测方法按国家一等水准测量和采用一、二等水准测量仪器（即高精密水准仪）标准进行观测。（4）观测精度和频率：路面观测桩、沉降板的水准测量精度宜达到0.1mm，读数保留0.01mm；单点沉降计采集精度达到测量值的1，灵敏度不低于0.02mm；观测频率：按评估指南要求执行。（5）动态观测与信息反馈：及时了解沉降变形的发展态势，对观测数据出现异常情况和沉降发展加速区段，及时进行分析并查找原因，必要时进行设计修正，并采取措施指导施工，从而实现施工监测信息化7.2 7.2 沉降变形评估沉降变形评估沉降变形评估沉降变形评估 l根据在填筑施工期间及填筑完成后一定要求摆放期的沉降变形观测数据，进行系统的综合分析和评估，推算出最终的沉降和工后沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间。