路基压实技术和路

普通铁路路基工程是按强度破坏设计的，而高速铁路路基的 主要控制因素则是变形问题。高速铁路路基在达到强度 破坏前，可能已出现了不容许的过量变形。如日本东海 道新干线，设计时速为210km/h，由于其在设计中仅采 道新干线，设计时速为210km/h，由于其在设计中仅采 取了轨道加强措施，而忽略了路基的强化，以至从1995 取了轨道加强措施，而忽略了路基的强化，以至从1995 年开始因为路基的严重下沉，不得不对线路大举整修， 10年内中断行车200多次，平均速度降到100－110km/h。 10年内中断行车200多次，平均速度降到100－110km/h。 变形问题的解决是相当复杂的，日欧各国虽然实现了高 速，但他们是通过采取高标准的强化轨道结构和高质量 的养护维修技术弥补这方面的不足。日本在上越和东北 新干线上，高架桥所占比例为49%和57%，路基仅占1%和 新干线上，高架桥所占比例为49%和57%，路基仅占1%和 6%。因此，必须用全新的观念来设计、施工这种高标准 6%。因此，必须用全新的观念来设计、施工这种高标准 土工结构物，几个关键点如下： • 提出路基的合理结构形式、各部位几何尺寸和设计参数。 • 使路基的强度和刚度特别是基床表层都较一般铁路路基 有明显提高。 • 严格控制路基的沉降变形，使其在允许范围之内。 • 确保路基竖向刚度沿纵向平顺过渡。
路基沉降变形包括:列车行驶中路基面的弹性变形; 路基沉降变形包括:列车行驶中路基面的弹性变形;长期行车 引起的基床累积下沉; 引起的基床累积下沉;路基本体填土及地基的压缩下沉。 (1)路基的弹性变形主要发生在基床部分，尤其是基床表层。 (1)路基的弹性变形主要发生在基床部分，尤其是基床表层。 弹性变形大小则由路基的刚度决定，路基的刚度取决于路 基填料及填筑质量。日本采用强化基床结构的方法，确保
造成基床病害有一下几个因素： • 基底有软弱层。 • 地下水浸泡基底。 • 列车对基底的动力作用。 我国铁路路基病害大部分是由于基床表层的质量不高所引起 的，因而提高基床表层质量至关重要。 与普通铁路路基结构相同，高速铁路路基也由基床、基床以 下路基填土和地基等几部分组成，但是两者的基床厚度 和要求的压实标准不同。一般基床及基床以下路基填土 是由散体材料组成的，散体材料容易产生变形，抵抗振 动的能力弱，因此基床及基床以下路基填土是线路结构 中最薄弱的，也是最不稳定的环节。仅就路基而言，路 基的变形是制约列车高速运行的重要因素之一。路基的 变形直接反映到轨面上，它对轨道的影响主要表现为垂 直下沉。
为了有效地控制路基的变形： 日本总结了东海道新干线的建设经验与教训，加强了路基基 床的研究，提出强化基床的结构型式； 德国提出了设置路基保护层的方法，从而使路基病害已极少 出现； 法国制定了铺设一定厚度路基垫层的方法。 其它国家的高速铁路建设经验表明，高速铁路运营成功国家 的路基都在道床和基床之间设置了过渡层，只有中国的高 速铁路是将道床直接放在基床表层上。我国基床设计借鉴 了日本的经验，采用的基床表层实质上仍然是土质基床表 层，基床表层的设计标准尽管较高，但仍然是采用了普通 铁路的设计理念。通过比较日本国铁的强化基床表层和我 国采用的基床表层型式可发现：我国的基床表层标准是比 较高，但是是土质基床表层，不能阻止雨水渗入基床底层， 因而不能从根本上消除基床病害，这是一个值得注意的问 题。
路基压实技术和路桥过渡段
张建经 （JIANZHANG1102@) 西南交通大学土木学院
一、客运专线路基设计和施工技术
1、高速铁路的特点 高速铁路是指运行时速在200km/h以上的铁路。具有下列显著优 高速铁路是指运行时速在200km/h以上的铁路。具有下列显著优 势: • 高速化:高速铁路旅行速度约为高速公路的2－3倍，在200 高速化:高速铁路旅行速度约为高速公路的2 倍，在200 ~1000km的范围内，乘坐高速铁路所消耗的总时间最少。 ~1000km的范围内，乘坐高速铁路所消耗的总时间最少。 • 大运量：这是由于铁路的固有特点所决定，即一次运量大。 • 能耗低：他的能耗仅相当于公路运输的1/3，航空运输的1/50。 能耗低：他的能耗仅相当于公路运输的1/3，航空运输的1/50。 • 污染轻：高速铁路采用电力牵引。 • 用地少：一般高速铁路路基宽度约14m，与具有同样运量的多 用地少：一般高速铁路路基宽度约14m，与具有同样运量的多 车道高速公路比，路面宽度较小。 • 安全性高：据德国统计的每百万人公里的伤亡人数比例，高 速铁路为1，公路为24，航空为0.8。据日本统计，高速铁路 速铁路为1，公路为24，航空为0.8。据日本统计，高速铁路 事故发生率仅为公路的1/1570，为航空的1/630。 事故发生率仅为公路的1/1570，为航空的1/630。 • 较好的舒适性：高速铁路列车空间宽敞，旅客活动范围大， 舒适性好。
从上可见，弹性变形、运营阶段的塑性变形及路基填土压实 下沉，只要满足基床及路基本体填筑材质、压实标准，其 值都是有限的，而且也可得到控制的。因此，控制路基的 沉降变形关键在于控制支承路基地基的沉降。现代铁路修 筑经验表明：作为支承路基的地基不允许发生地基破坏， 也不允许发生不适应使用要求的沉降量和沉降速率。以往 的设计更多地考虑了对地基的强度要求，即地基不发生基 底破坏，虽然也考虑了对变形的控制，但没有给予足够的 重视。我国铁路路基主要病害---下沉问题，除因填土压 重视。我国铁路路基主要病害---下沉问题，除因填土压 实度不够造成之外，不少也是基底变形过大所致，特别是 在软土地基上修筑的路基大量存在下沉病害。 日本东海道新干线建成后，软弱地基沉降造成轨道状态不良， 不能达到设计目标。运营10年后，对路基基底下沉量、地 不能达到设计目标。运营10年后，对路基基底下沉量、地 基状态、下沉造成线路维修量及维修的难易程度进行了调 查和分类，并提出了从地表至路基宽度2 查和分类，并提出了从地表至路基宽度2倍(以25m为限)深 25m为限) 度范围内，路基地基要满足的必要条件。调查结果表明满 足了这些条件，地基上的路基处于良好状态，没有发生下 沉现象(下沉量<10cm);不符合要求者，往往沉降过大。 沉现象(下沉量<10cm);不符合要求者，往往沉降过大。
对于高速状态下路基的合理结构及各部位设计参数，国外各 主要高速铁路国家都有一个共同点，就是各国都非常重视 路基基床特别是基床表层的研究，原因是基床表层是路基 直接承受列车荷载的部分。基床表层是给轨道提供一个坚 实的基础，同时，也是为其下的土路基提供保护，因此基 床表层必须有足够的强度和刚度，同时还要有稳定性和耐 久性。实践表明，不良基床表层产生的轨道变形是好的基 床表层的几倍，而且其差距随速度的提高而加大。因此， 设置一个好的基床是必不可少的。这就要求在基床表层设 计时，对使用材料、结构几何尺寸及技术指标等多方面进 行精心设计。 强化基床表层是在基床和道床间设置一层过渡层，其优点是 在反复荷载作用下有一定的耐久性，并对荷载引起的变形 有较强的适应性。另外，由于铺设强化基床表层能防止雨 水渗透到基床以下，因而能有效地防止基床承载力下降和 翻浆冒泥的发生。对基床表层，从己有的资料来看，国外 高速铁路国家，如日本、法国、德国、国际铁盟等均进行 了深入细致的试验研究。
对松软、软土地基由于地基土层强度低、压缩性大、渗透系 数小等特性，在其上修筑路基时，地基的沉降问题突出， 不仅影响轨道的稳定和平顺，而且持续时间较长。因此， 建在这种地基上的路基，特别要重视控制其沉降量和沉降 速率在允许的范围内，使其不影响列车高速、舒适、安全 的运行。在松软、软土地基上路基工后沉降量的控制，是 高速铁路路基设计一个很重要的内容，也是目前各国路基 设计的难点。工后沉降量允许值的确定，一方面应根据高 速列车对线路平顺性的要求和线路维修能力，如果沉降量 不大，沉降速率也小，通过维修可以使线路高度平顺，这 样的沉降量是允许的。如果沉降量太大和沉降速率过快， 难于通过维修使线路保持高速行车所需的轨道平顺，这样 的沉降量和沉降速率就是不允许的。 各国工后沉降量控制的标准不尽相同，如日本新干线规定为 10cm，沉降速率为3cm/年，法国规定为15cm，韩国规定为 10cm，沉降速率为3cm/年，法国规定为15cm，韩国规定为 7cm，沉降速率为3cm/年，我国京沪高速铁路为10cm，沉 7cm，沉降速率为3cm/年，我国京沪高速铁路为10cm，沉 降速率3cm/年，秦沈客运专线为15cm，沉降速率为4cm/年。 降速率3cm/年，秦沈客运专线为15cm，沉降速 路基的弹性变形限值为2.5mm。 (2)运营阶段行车引起的 (2)运营阶段行车引起的累积下沉:根据日本的经验，当基床
表层K ≥50MPa/m时，道床嵌入基床的下陷量甚微；当表 表层K30≥50MPa/m时，道床嵌入基床的下陷量甚微；当表 层以下基床部位的K =70－110MPa/m时，荷载作用150万次 层以下基床部位的K30=70－110MPa/m时，荷载作用150万次 时累积下沉约1 2mm，相比一般土基床约小10倍。 时累积下沉约1－2mm，相比一般土基床约小10倍。 (3)路基本体填土 (3)路基本体填土压密下沉。为了减少路基填土的压密下沉， 世界各国通常都是通过提高压实密度的方法来保证。根据 国外实测资料，如日本、德国在其要求的压实标准下，填 土的压密下沉量均在路基高度的0.1%一0.5%，而且在施工 土的压密下沉量均在路基高度的0.1%一0.5%，而且在施工 完成后一年左右即趋稳定。在秦沈线，从试验段施工观测 得到在路堤填筑密实度达到要求的压实标准情况下，路堤 填土压密下沉量为路堤高度的0.2%－0.4%，也是在一年左 填土压密下沉量为路堤高度的0.2%－0.4%，也是在一年左 右即已完成。
在世界上，日本是第一个修建高速铁路的国家，随后德国、 法国也相继修筑了高速铁路。我国有秦沈客运专线、京津 高速铁路等，也在着手兴建多条高速铁路，例如京沪高速 铁路(时速300km/h)正在建设中。 铁路(时速300km/h)正在建设中。
2、路基构造和工作状态 自高速铁路运行以来，他的安全可靠性一直为世人瞩目。要 使列车高速安全平稳地运行，线路的稳定与平顺是最重要 的环节之一。路基是轨道的基础，为了保证线路的稳定与 平顺，客运专线及高速铁路要求路基必需具有强度高、刚 度大、稳定性和耐久性好、不易变形或纵向变化均匀等性 质。 普通铁路的基床不能满足上述要求，路基病害非常严重。日 本第一条高速铁路一东海道新干线修建时，由于缺乏经验， 对基床表层重要性认识不足，设计标准偏低，未采取有效 措施，致使通车后出现大量路基病害，特别是路基下沉、 基床翻浆冒泥病害相当普遍，运营速度由210km/h降低到 基床翻浆冒泥病害相当普遍，运营速度由210km/h降低到 了不到100km/h，严重影响了正常运营。为了整治病害， 了不到100km/h，严重影响了正常运营。为了整治病害， 在许多地段不得不慢行通过，经过投入大量的人力和物力， 才使路基质量得到提高，使列车速度达到预定的目标值。