高速铁路路基工程 概述

基床与基床表层的定义
路基基床由表层和底层组成。表层厚度应为0. 7m,底层厚度应为 2.3m，总厚度为3.0 m。基床表层应采用级配碎石或级配砂砾石 等材料 基床：列车动应力有效作用范围内的路基部分，它的厚度主要与 列车轴重、轨道结构有关 基床表层：轨道的基础，动应力强烈作用范围内的基床部分 厚度除与列车轴重、轨道结构有关外，还与线 路的等级（列车 速度）有关
折角 ≤1/1000
无碴轨道铁路客运专线路基设计指南
4.1.4土质地基路基均应进行工后沉降分析。路基在无碴轨
道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺
的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量
15mm；长度大于20m沉降比较均匀的路基，允许的最大工后
沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足
优点： （1）造价低 （2）运营舒适 缺点：
工后沉降控制难
客运专线路基工程研究现状与重点研究的问题
存在“重桥隧、轻路基”的倾向。既有线存在变形、下 沉、边坡坍塌。运营铁路路基技术标准低、状态不佳、 强度低、稳定性差。成为铁路运输的主要薄弱环节。路 基是否具有足够的强度、刚度、均匀性及长期稳定性是 客运专线路基的研究重点。 1 路基的结构型式 2 路基沉降变形控制严格。路基的地基处理填料的选 择与改良、路基填筑标准 3 轨下基础刚度平顺。过渡段结构型式
高速铁路路基工程
铁路发展趋势
高速铁路定义：新建时速250km/h以上，既有线改造200km/h以 上。
我国：2020年，新建客运专线1.6万公里以上，客车速度目标 值到200km/h以上。四纵四横
四纵：北京-上海 北京-深圳 北京-沈阳-哈尔滨（大连）上 海～杭州～宁波～福州～深圳
四横：徐州～郑州～兰州 杭州～南昌～长沙～贵阳～昆明 青岛～石家庄～太原 南京～武汉～重庆～成都
铁路活荷载：采用换算土柱代替。它包括：列车、钢轨、 轨枕、扣件、道床等部分的重量。
路基上部荷载的确定
h = P+Q r × 3.4
式中：P轨道重量； Q机车轴重
沉降计算考虑单线荷载
本课程主要内容
1 地基勘察、处理及沉降 2 路基填料及填筑 3 路基监测与沉降预测 4 路基动力
压实度控制
压密下沉通常都是通过压实密度予以保证的 日本：路堤本体的压缩下沉约为填土高度的0.1%-0.3%（砂性土）
及0.5%-2%（粘性土）。高6m的填土、压实系数在90%以上，最 终下沉量约为1.0cm，并在一年内渐趋稳定 我国普速铁路：平均压实系数达到0.9者，下沉约为路堤高度的 0.1%；压实系数为0.85者，下沉约为路堤高度的0.5%-1.0% 室内试验：压实度从85%提高到90%，相对压缩量可减小70%；从 90%提高到95%，又可减小35%~40%， 因此，为保证路基的变形稳定性，提高密实度是非常必要
¾ 4.1.6地质复杂、工后沉降难以控制或地下水位较高、路 基易产生冻害和存在其他不稳定因素的路基区段，不宜 铺设无碴轨道。
路基、桥涵及隧道等主体结构设计使用年限应为100年，无 砟轨道主体结构设计使用年限不应小于60年。路基的主体 结构是免维修结构，不得出现路基病害，因此对其设计应 考虑路基结构的受力及变形要求、填筑材料类型的要求、 结构尺寸的要求、压实标准的要求等。
路基动态设计
为了有效地控制工后沉降量及沉降速率，开展了动态 设计。进行沉降监测与预测，铺轨前进行沉降评估。
路基设计荷载
轨道结构型式：无碴轨道和有碴轨道 路基设计荷载： 静荷载：轨道和列车荷载换算为与路基本体重度相同的矩
形土体 动荷载：σd=0.26×p×（1+αv）
沉降、稳定计算中的铁路荷载
无碴轨道铁路客运专线路基设计指南
4.1 一般规定 ¾ 4.1.1 路基工程应按土工结构物进行设计，其地基处
理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设施等必须具 有足够的强度、稳定性和耐久性，确保列车高速、安 全和平稳运行。 ¾ 4.1.2 路基工程应避免高填、深挖、长路堑和高大挡 土墙。路堤高度原则上应大于基床厚度。一般路堤填 土高度不宜超过8m。
无碴轨道铁路客运专线路基设计指南
¾ 4.1.3 路基工程勘察应查明地基地质状态和填料的工程性 质，为地基和路基结构物的变形状态评价提供必要的地质 资料。地质勘察横断面沿线路方向间距不大于50m，横断面 上的地质点不应少于3个。过渡段或地质地形复杂地段应适 当加密，并应在横断面之间作物探检查。
无碴轨道铁路客运专线路基设计指南
路基地基
路基变形的原因
路基变形包括侧向位移和竖向的下沉。 产生原因和型式不同，路基变形包括 （1）列车通过时基床产生的弹性变形； （2）长期行车引起的填土累积变形； （3）路基本体的压密变形及地基工后沉降。
一 列车行驶时路基面的弹性变形
弹性变形是列车通过时列车荷载的短时作用而产生的， 主要发生在路基的基床部位，尤其是基床表层。
基床表层厚度与材质要求就是围绕这些要求研究制定的。
路基基床表层
路基本体
路基本体主要承受上部结构的静荷载 路基本体采用A、B组填料或部分C组填料以及改良的填料进
行填筑，填筑满足达到一定的压实标准。
路基本体
地基
根据地基不同的地质条件，采用不同的处理方式进行处理。 由地基产生的沉降是路基工后沉降的主要组成部分。
下列要求：
式中：
R sh
≥
0.4V
2 sj
Rsh ——轨面圆顺的竖曲线半径,m；
Vsj ——设计最高速度,km/h；
路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造
成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。
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¾ 4.1.5无碴轨道路堤填筑后，应对路基沉降进行系统的观 测与分析评估，观测断面沿线路方向的间距一般不大于 50m，过渡段和地形地质条件变化较大的地段应适当加密。 在路基完成或施加预压荷载后应有6～18个月的观测和调 整期，分析评估沉降稳定满足要求时方可铺设无碴轨道。
¾ 土质地基路基均应进行工后沉降分析。路基工后沉降量、 任意路基地段20m长度范围的不均匀沉降量、沉降差异造 成的错台和路桥、路隧过渡段或任意两段路基沉降造成的 折角应符合表4.1.4的规定。
表4.1.4 无碴轨道路基工后沉降控制值
工后沉降 ≤30mm
不均匀沉降 ≤20mm/20m
差异沉降错台 ≤5mm
一是施工阶段的下沉 二是施工完成后的所谓工后下沉 施工阶段的下沉不影响实际的工程实施 工后下沉对后期运营将产生较大的影响
由散体材料填筑而成的路基本体产生一定的压密下沉是正 常的，但如果下沉量较大，说明填土的压实密度不足、强 度低，容易形成不均匀变形
路基本体沉降控制的三个主要因素 （1）压实度 （2）填料类型 （3）沉降时间
常规计算方法中地基的沉降由瞬时沉降、主固结沉降和 次固结沉降组成
瞬时沉降可由弹性公式进行计算 主固结沉降可用e～p、e～lgp曲线采用分层总和法计算 次固结沉降过程，由于历时很长，研究的也不够，往往
对其忽略不计
由于对沉降控制的要求较高，而影响沉降计算的影响因 素较多，沉降控制己完全超出了处理方法的计算精度， 由于 无碴轨道对不均匀沉降的严格要求，如预留沉降、路基与桥梁 及隧道是很难协调的，只有在共同追求不产生工后沉降的基础 上才能较好地实现各种过渡，也就是零沉降的概念。工后沉降 实际上是零沉降控制基础上的允许偏差。这一点对于软土地基 处理的思想和方法都有较大的影响。
路基结构型式
路基结构型式
路基结构型式
路基结构型式
路基结构型式
调高量为30mm的扣件，在施工中调高+6 mm和-4mm，只剩20mm可以 调整，再考虑轨道结构变形要留有5mm的余量，实际留给运营部门 的可用于路基沉降调整的仅为15mm。这是局部调整的极限。
在20m范围内，规定为20mm。对于更大范围的均匀沉 降，德国的经验是为扣件的运营可调整范围的3倍，规范要 求为扣件可调整范围的2倍，也就是30mm。过渡段沉降的逐 渐过渡和折角的要求也在于控制不均匀沉降。
城际客运系统
在环渤海、长江三角洲、珠江三角洲、长株潭、成渝以 及中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海峡西岸城 镇群等经济发达和人口稠密地区建设城际客运系统，覆 盖区域内主要城镇。
客运专线特点
1、快捷 准时 2、安全、舒适 3、节能、省地 4、运能大、经济和社会效益明显
路基的特点
二 运营阶段由行车引起的基床累积下沉
这部分下沉是动荷载引起的。影响因素： （1）填料本身的物理力学性质有关（道砟、低矮路基） （2）动荷载的作用型式：列车荷载的重复作用次数、轴重、
频率有关。（高速、重载） （3）动荷载影响深度
三 路基本体的压密下沉
路基填土的下沉属永久下沉，是由填土的自重（包括线路 上部建筑）引起的，它发生在两个时间段：
基床与基床表层的作用
（1）增强线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚 度，使列车通过时的弹性变形控制在一定范围之内； （2）扩散作用到基床底层土面上的动应力，使其不超出基床土 的允许应力； （3）防止雨水浸入基床底层，免使基床底层土软化，防止发生 翻浆冒泥、路基面下陷等基床病害，并保护基床肩部表面不被雨 水冲刷； （4）防冻等其它特殊要求。
四 地基沉降
在路基荷载作用下，地基土将产生沉降 地基沉降与荷载大小、荷载作用范围及土性有关 土性涉及到不同类型的土，其沉降量和沉降时间不同，是
路基沉降的主要部分
地基的沉降计算方法
常规计算法 有限单元法 利用实测沉降数值的拟合法 反演分析法等
常规计算法简单易实，所需参数可在常规试验中确定，是 实际工程中国内外最通用的方法Βιβλιοθήκη Baidu
•路基的弹性变形最终将反映在轨面的变形之中，如果弹性变 形大，车速就不可能提高 基床的弹性变形量决定于脱轨安全 系数。当基床表层采用特殊的结构型式时，如日本强化基床 表层采用的沥青混凝土，必须控制其弹性变形不致引起表层 结构的开裂破坏，为防止沥青砼层开裂，沥青砼面的挠度应 小于2.5mm，故以2.5mm作为弹性变形控制值。影响轨面弹性 变形的因素主要是路基。路基弹性变形的大小是由路基的动 刚度决定的，而路基的刚度取决于路基填料及填筑质量。
填料对沉降的影响
路基结构在动、静荷载和气候环境下的长期稳定性。 对填料颗粒大小、强度、对水和环境的敏感性、压缩性、
可压实特性做了要求 从填料的矿物成分、物理化学性质、动力稳定性、水稳
性、冻融稳定性、土动力学性质上进行考虑
路基沉降时间
要求六个月以上，经历两个雨季 经过沉降监测与评估后才能进行下一步工序