兰新高速铁路甘青段路基工程设计经验及教训

兰新高速铁路甘青段路基工程设计经验及教训【摘要】在兰新第二双线路基工程设计中，湿陷性黄土、松软土、戈壁土地基处理工程，以及路基面工后变形控制，是该线路基设计工作的重点。

防风及防沙工程设计是保障线路能够安全运营的关键因素之一。

本文对路基设计及建设过程进行简要回顾，总结了在地基处理、路基防冻胀设计、防风及防沙工程、绿色通道设计等方面的主要经验及存在问题。

【关键词】高速铁路路基工程设计总结1、地基处理工程高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基设计及施工要求严格，控制路基变形已成为高铁路基设计及施工最主要的目标。

该线地基处理的要求是：无砟轨道路基面工后沉降不超过15mm，路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不大于5mm。

根据沉降检算分析结果对地基进行加固处理，分别采用换填、碾压、夯实、夯实+CFG桩，挤密桩+CFG 桩、钢筋混凝土筏板、埋入式桩板结构等地基处理措施。

经过近年来的应用和实践，常用地基处理措施的设计和施工已相对成熟，但各种地基处理措施对施工环境和特殊地质条件的适应性仍然需要进行总结。

1.1深厚层湿陷性黄土地基处理湿陷性黄土发生湿陷的外因是受水浸泡，内因是土层具有特殊的化学和结构特性。

处理深度的决定因素是结构物的允许沉降量。

深厚层湿陷性黄土地基处理，常用的方法主要有：成孔挤密桩法、预成孔柱锤冲扩桩法和孔内深层强夯法。

这些措施的最大处理深度，一般不大于20米，且造价很高。

按现行规范要求，应将附加应力影响深度范围内黄土湿陷性全部消除。

当湿陷性黄土层厚度较大时，可采用桩板结构。

但在车站等上部结构比较复杂情况下，设计和施工制约因素多，质量控制难度大，不宜采用桩板结构。

因此，根据地形地貌、地层特性、降水量、排水等场地条件，分析水的影响深度，以此确定地基处理深度就显得十分重要。

民和车站湿陷性黄土地基处理就是一例。

民和车站起讫里程：DK87+767.95～DK89+310.05，长1543.073m；为4～8.36m高路堤，地处湟水河三级阶地，地形较平坦；工点主要地层为：表层45～55 m黄土，其下为卵石土和泥岩；地表黄土层，具Ⅲ级自重湿陷性，湿陷深度为20m，总湿陷量为563.35mm；地下水位埋深大于50m。

按照规范要求和理论计算，20m以内地层湿陷性需全部消除，一般的地基处理措施，很难达到处理深度的要求，而孔内强夯等方法的工程造价过于高昂，如采用桩板结构加固地基，车站宽度大，岔区等部位结构复杂，板下预埋设备多，实施难度极大。

经调查，本段位于湟水河右侧阶地，地势较高，左侧200m外为高山，山口地势较低洼，局部有取土坑，地表多为农田，地形平坦，灌溉渠密布。

根据产生湿陷条件分析，有利因素有：路基设有排水措施，位于高阶地上、地面横坡较大、排水效果好，长时间受水浸泡的可能性小。

不利因素有：集中降雨时，冲沟有较大洪水，线路外低洼处或取土坑内常有大量积水；灌溉季节，由于灌溉渠基本没有防渗措施，过水时间长，可能大量下渗，影响深部地基。

走访调查得知：当地民用工程处理深度在5m左右，邻近高速公路等重要工程处理深度10～15m，使用效果良好。

考虑到本线采用无砟轨道，应尽可能加大处理深度，根据理论检算，结合现场调查确定处理措施为：1m厚水泥改良土加筋垫层+15m水泥土挤密桩。

处理效果：2013年9月，在无砟轨道铺设条件评估时，两年半时间内观测桩累计最大沉降值40.4mm，变形趋稳，满足评估指南中相关要求。

1.2薄层松软土地基处理松软土地基根据土质、厚度及地下水等条件综合确定处理措施，软弱层较薄时可采用换填、重型碾压、冲击碾压等措施。

但在实际应用及施工中，当松软土层较薄时，往往得不到足够的重视，在水文条件等不利情况下容易出现下沉病害。

祁连山前后地层大致相近，表层为0～3m厚黏性土，下伏粗粒土，夏秋两季降水较大，地层含水量高，设计措施多为清表、换填后碾压夯实处理。

2014年上半年降雨明显多于往年，先后出现数段路基轨面高程异常情况，经补充勘察，地基含水率高，软化明显，据分析：地基清表和换填深度不足，密实度不符合要求，遇水后软化下沉是造成轨面高程异常的重要原因，整治施工难度大、费用高。

为确保工程质量，减少病害发生，勘察设计中应充分考虑施工质量控制因素，根据地形地貌、汇水条件、降雨量等各方面因素，对易发病害段从以下几个方面加强设计：（1）尽可能采取全部挖除换填措施，有利于施工质量控制；（2）路基填筑完成后，受修建便道、排水设施、防护栅栏及绿化等施工影响，地面高程变化较大，原设计借助地面横坡排水容易下渗，病害段补勘中也发现低侧地基含水量相对较高，故应加强排水设计，两侧均应设置排水沟；（3）换填或清表后回填料大都为粗粒土，容易形成积水槽，当坡脚不密实、横坡不规则和排水沟上沿偏高时，水流容易从换填顶面下渗，故应加强坡脚与排水沟间的封闭措施。

1.3含胶结层松软土地基处理嘉峪关至玉门间，地处祁连山山前冲洪积平原，地层多为粗粒土，下伏粉质粘土或基岩，局部地表有砂类土，勘察深度内无地下水或水位埋深大。

冲洪积地层一般粗细粒土呈互层结构，厚度不均，层位不定，特定条件下在相对隔水层顶部易形成胶结层。

胶结层一般为钙质胶结，坚硬密实，形成坚固硬壳，影响强夯加固深度，当采用CFG桩时，钻孔难以穿透。

为解决该问题，设计中根据胶结层厚度、埋深及上下地层特性等区别处理。

当厚度大、埋深浅，可做为持力层时，采用碾压处理；当胶结层薄，不均匀，下部地层软弱时，采用桩板结构。

通过实践，使用效果良好。

1.4戈壁土地基处理兰新第二双线甘青段，路基大部分位于河西走廊戈壁地带。

此前，人们对戈壁地貌区以粗粒土为主的“戈壁土地基”研究甚少，没有可借鉴经验。

在深入研究后，针对均匀性差、压缩模量高等特点进行了重点优化，缩短了工期，节省了投资，综合效益明显。

最终确定的设计原则为：（1）细圆砾土：厚度约大于30m，地表0～8m范围内一般为松散至稍密，部分为中密至密实，Ⅲ级硬土，其下中密－密实；粗圆砾土：厚度约大于5m,稍湿,地表一般为稍密－中密，其下中密－密实，Ⅲ级硬土。

以细圆砾土、粗圆砾土为主的地基，处理措施为：冲击碾压、重锤夯实、强夯。

（2）对仅在地表分布有薄层圆砾土、粗砂、砾砂等粗粒土，下伏粉土、粉质黏土或互层的地基，结合细粒土厚度、岩土特性、地下水等情况参照松软土地基处理。

（3）对于浅层分布硫酸盐盐渍土（石膏和芒硝），下部为粗颗粒土的地基，挖除换填表层含盐量超标土层，进行夯实处理。

1.5地基处理设计经验总结兰新第二双线甘青段线路长，地貌单元跨度大，地基类型多样。

当湿陷性黄土层厚度较大，其它地基处理措施的施工难以达到设计深度时，可采用桩板结构；在车站等上部结构比较复杂情况下，设计和施工制约因素多，质量控制难度大，不宜采用桩板结构；因此，根据地形地貌、地层特性、降水量、排水等场地条件，分析水的影响深度，以此确定地基处理深度就显得十分重要。

根据该线特点，对戈壁土为主的地基处理进行了深入研究和措施优化，确定了戈壁土地基处理设计原则。

沉降观测表明，施工图设计所采用的各种地基措施合理。

在建设后期，也暴露出一些质量问题，主要发生在地层相对简单地段，由于简单未得到各环节的重视，留下了质量隐患；为确保工程质量，减少病害发生，勘察设计中应充分考虑施工质量控制因素，根据地形地貌、汇水条件、降水量等各方面因素，对易发生病害的薄层松软土地基，从挖除换填、地基防排水等方面加强措施。

2、高寒地区路基防冻胀措施2.1高寒地区路基工程概况兰新第二双线甘青段西宁至张掖之间，海拔在1500m～3500m之间，气候寒冷，降水量相对较大，地表多为粘性土，是防止路基冻胀的重点段落。

祁连山前后海拔2500m以上地区的路基有65.54km，6标路基高程在海拔2900～3500m之间，8标路基高程在海拔2500～3200m之间。

2.2路基防冻胀措施建设期间，根据哈大经验进行了两年防冻胀监测，并在施工图设计的基础上，根据防冻胀监测结果进行了两次补强设计。

2.2.1施工图设计防冻涨措施（1）路肩顶面设置混凝土封闭层；（2）路基冻深影响范围采用非冻胀性填料填筑；（3）路基坡面设有排水槽的骨架护坡，或采用空心砖防护；绿洲、水浇地、地下水位较高、坡脚容易积水地段，设置防冻胀保温护道；（4）在地下水埋深较浅的路堑地段，设置渗水盲沟。

2.2.2 2012年补强设计（1）在气候寒冷、地下水发育的低路堤或浅挖路基地段增设渗水盲沟18.4km；（2）在地下水埋深较浅、地基含水量较高低路堤段，增设保温护道18.8km；（3）在气候寒冷、降水量较大、积雪较厚地段，基床表层级配碎石掺5%水泥，其中六标、八标全标段路基基床表层级配碎石掺加5%水泥；（4）在易发生路基冻胀段，采用嵌缝胶封闭路基面接缝；（5）在易发生路基冻胀段，路肩电缆槽下泄水孔间距由每3.0m一处加密至每1.0m一处。

2.2.3 2014年补强设计根据2013至2014年防冻胀监测资料，对冻胀值大于6mm的地段进行补强设计，主要以地基防排水为主，根据地形地貌、地面横坡、及排水条件综合考虑，在单侧或双侧设置渗水盲沟。

2.3路基防冻胀措施实施效果以最冷月为例，2012～2013年、2013～2014年两个冬季防冻胀监测，总观测点数9961个，其中标高抬升大于5mm的10个观测点，占总点数的0.1%，最大值为7.4 mm。

说明兰新第二双线甘青段高寒地区的路基冻胀，得到了有效的控制。

2.4经验及教训根据本线路基冻胀监测结果，路基冻胀较轻，说明该线所采用的高寒地区防冻胀措施是有效的。

通过本线路基冻胀监测和路基防冻胀补强设计工作，有如下认识：没有典型地下水的地段，地基含水率较高时，依然会发生有害冻胀；由于工程的修建，改变了地貌和地下水运移路径，实际冻胀深度超过气象资料的冻结深度。

3、防风及防沙工程3.1防风工程兰新第二双线甘青段安西风区，根据该线大风分级划分原则，为II级风区。

根据防风工程设计方案审查及补充初步设计的批复意见，仅在下列地段迎风侧设置了3.5m高悬臂式挡风墙：玉门进站前及玉门昌马风电场范围DK853+571.25～DK874+650.00段左侧路肩；龙源北大桥第三风电场及国投华靖第二风电场范围DK959+400.00～DK965+000.00段右侧路肩。

其中，玉门进站前及玉门昌马风电场范围DK853+571.25～DK874+650.00段落，第二双线线路两侧，原既有线已设置有防风沙工程林带。

安西风区的其余段落，除城市及农田区以外，仅在路基迎风侧坡脚外侧100米处，设置了透风式阻沙栅栏进行风沙防护。

3.2风沙防护工程（1）风沙防护设计风沙路基本体防护措施：路基边坡高度小于3m，设置空心砖护坡防护；路基边坡高度大于3m，设置拱形骨架护坡防护，骨架内铺设空心砖。