高速铁路路基设计说明文档格式.docx
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2)地下水
地下水主要为土层中孔隙水及基岩裂隙水、岩溶水。
碎石土层中含少量孔隙水,受大气降雨及地表水补给。
可溶岩岩溶水较发育,主要受大气降雨及地表水补给。
3)水化学特征
测区范囤内共取3组水样,其中一组地表水水质类型为HCOf-Ca2+.Mg2+型水,两组地下水水质类型为HCOf-Ca2+.Na\HCOf-Ca2+型水。
根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规泄》,在环境作用类别为化学侵蚀环境及氯盐环境时,地下水对混凝上结构侵蚀无侵蚀性。
由于关岭组一段含石膏,建议设汁时按地下水对混凝上具SO/侵蚀,侵蚀等级为H1考虑,施工时应加强地下水侵蚀性的复查。
1.3.4不良地质
1)岩溶
DK965+001-DK965+235段和DK958+935-DK959+100段路基岩溶弱发冇,属岩溶易塌陷区,从该区调绘看,局部地段存在岩溶塌陷问题。
因此,需对该段路基进行加固处理。
2)顺层
DK959+094-DK964+624为路堑顺层,岩层产状N55°
NW,岩层走向与线位泄向夹角约6°
视倾角8°
地层岩性三叠系下统永宁镇组第三、四段(T」yn3s)灰岩,层间综合<
1>
=20°
3)特殊岩土
A、红黏土(膨胀土)
主要为第四系全新统坡残积层(04创伸),一般厚0-9m,具弱~中等膨胀性,自由膨胀率Fs=4&
68%,阳离子交换量CEC(NH4+)=12.77-32.18mmol/kg,蒙脱石含量171=9.21-24.38%,其裂隙发冇,裂隙中一般含有少量上层滞水,上层滞水对膨胀上路堑边坡影响较大。
具有吸水显著膨胀、软化、崩解,失水急剧收缩、开裂,能往复胀缩变形的不良地质特点,易造成土体坍滑、边坡及基础失稳、基床翻浆冒泥等工程地质病害。
B、松软上及淤泥质黏土
淤泥质黏上主要分布于沟槽中,一般为灰黑色,软塑-流塑状,质不纯,手搓有砂感,液性指数0.5-1.3,天然孔隙比为1.8-3.1,厚3-8m,局部厚度达十余米,呈层状分布,埋深0-3m。
松软上一般为黄褐色,软塑状,质不纯,手搓有砂感,局部含有角砾,主要分布在沟槽两侧,厚2-7m,呈透镜状分布,埋深0-2m,液性指数0.51.3。
淤泥质黏上及松软丄地基极易变形沉降,对工程影响大。
1.3.5环境工程地质
施工弃土应置于专门的弃上场,尽量减少对周边农田、水利的影响,并加强弃上场边坡的挡护,避免边坡失稳或形成泥石流。
施工应尽量避免对乡村道路的干扰,避免施工废水、油污对河流的污染,施工噪音影响群众休息。
DK959+200右7米左右有一暗河出口,位于水塘底部,由于被塘水覆盖,无法测量洞口大小,该池塘汇水面积约100m2,该暗河常年有水,当地老百姓一般用来灌溉,旱季偶尔用来饮用。
施工时应避免堵塞暗河出口,及污染水源。
1.4设计重难点
1.4.1过渡段处理
本设计段路基中包含了隧道、路堤、路堑、涵洞和桥梁多种结构形式,由于各结构物刚度不一,沉降变形也不一致,若不做处理,列车髙速行驶时会出现较大的跳车现象,影响乘坐舒适性,甚至危及行车安全,所以必须在不同结构形式间设置过渡段,使苴刚度平顺过渡并控制差异沉降。
本设计段过渡段较多,其妥善处理是本设计的重点之一。
1.4.2软土地基处理
高速铁路无祚轨道线路对路基的沉降变形控制很严格,所允许的路基工后沉降仅15mm,而软弱地层压缩性高,产生的沉降量大,若不进行处理很难满足路基变形控制的要求。
本设计段中地基含较厚淤泥质黏上、黏上、松软土等软弱土层,它们对路基的变形控制影响很大,如何根据实际条件选择适当的地基处理方法进行地基处理是本设计的重点,也是难点。
2设计依据
2.1设计的主要技术参数
(1)铁路等级:
客运专线
(2)正线数目:
双线
(3)基础设施速度目标值:
350km/h
(4)正线线间距:
5.0m
(5)限制坡度:
12%。
,局部地段20%。
(6)最小曲线半径:
7000m,枢纽范囤可适当减小
(7)到发线有效长度:
650m
(8)牵引种类:
电力
(9)机车类型:
电动车组
(10)列车运行方式:
自动控制
(11)行车指挥方式:
综合涮度集中
2.2设计参考的规范
《髙速铁路设计规范(试行)》(TB10621-2009):
《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定(上、下)》(铁建设[2007J47号):
《客运专线无祚轨道铁路设计指南》(铁建设函(2005)754号);
《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设(2005)160号)。
《铁路桥涵设计基本规范》(TB-20002.2-2005)。
《客运专线无祚轨道铁路设计指南》(铁建设函(2005)754号)。
《铁路桥涵確和砌体结构设计规范》(TB-10002.4-2005)o
《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB-10002.5-2005)。
《铁路混凝上结构耐久性设讣暂行规定》(铁建设[2005J157号)。
《铁路工程环境保护设计规范》(TB10501-98)o
《铁路路基边坡绿色防护技术暂行规泄》(铁建技[2003J7号)。
《铁路边坡防护及防排水工程设计补充规左》(铁建设[2009]172号)。
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)。
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)。
3路基本体设计
3.1路基设计主要原则
3.1.1路基标高
对于新建铁路路基,一般采用路肩标高代替路基标高,无酢轨道的路肩标高计算如下:
双块式路肩标髙=轨而标高-919(mm)=轨面标髙-815-(4.3-3.4/2)X0.04X1000»
II型板路肩标高=轨而标高-886(mm)=轨而标髙-779-(4.3-3.25/2)X0.04X1000。
本设计段线路中采用双块式轨枕,设计中都按照直线考虑,断面出图后曲线地段单独附全线曲线地段表。
3.1.2路基面形状
无祚轨道区间正线直线地段路基而形状为梯形,混凝上支撑层下基床表层设0.5%的人字坡、混凝上支撑层边缘以外基床表层设4%的横向排水坡:
路基基床底层顶而及基床下路基面自中心向两侧设4%的横向排水坡,形状为三角形;
曲线地段路基面为折线形,宽度保持不变。
3.1.3路基面宽度
直线地段无祚轨道路基而宽度(节选)见表3.1.3,无祚轨道路基标准横断而见图3.1.3-1
和图3.1.3-2o
表3.1.3路基浙宽度
线别
200km/h无作轨道
350km/h无作轨道
路基面宽
线间距
单线
&
6
—
8.6
13.2
4.6
13.6
5.0
代号a电加灰槽
“电抽
lcrria仇〉上十
图3.1.3-2时速350km/h双线路堤式路塹(低路堤)标准横断而图
区间正线曲线地段路基一般不考虑曲线加宽,当轨道结构和接触网立柱等设施的设宜有特殊要求时,根据具体情况计算确左;
曲线地段路基超髙在基床表层实现。
3.1.4基床结构形式及相关说明
路基基床有基床表层和基床底层构成,无祚轨道基床表层厚度为0.4m.基床底层厚度为2.3m,并在无祚轨道混凝上支承层外至电缆槽内侧设0.08m厚沥青混凝上防渗层。
1)路堑基床处理
A、对易风化的软质岩、强风化硬质岩及上质路堑基床,英基床应满足基床压实标准,基床范围内不得夹有比贯入阻力Ps小于l.SMPa或基本承载力o。
小于200kPa的细粒上层,否则按以下原则处理:
1膨胀上、粘性土、软质岩全风化层W4,基床范围需全部换填;
2软质岩强风化层W3换填1.5m,软质岩弱风化层W2换填i.Om;
3对谭智页岩等岩性很差的极软岩,基床范囤需全部换填;
4全风化硬质岩路堑基床底层,应根据风化后岩层性质和承载力确定,当不满足要求时,可参照软质岩处理。
B、不易风化的硬质岩石基床,开挖至路基面以下0.2m处,开挖而由路基中心向两侧设4%的横向排水坡,其上填筑级配碎石。
2)低镂路堤基床处理
时速350km/h无祚轨道路堤填高小于基床厚度(2.7m)时,采用路堤式路堑形式。
基床范围内不得夹有Ps<
1.8MPa或O°
<
200kPa的土层,否则应采取相应措施进行加固处理。
基床底层换填A、B组填料,换填厚不小于1.0m,苴下为软基处理的水平垫层或筏板。
对需深层处理的地段,基床处理应结合深层处理一并考虑基床加固措施。
当地下水水位较髙或地下水较发疗时,路基基床应采取路堤式路堑形式或采用加深侧沟、设置排水盲沟、暗沟等方式引排地下水。
3)一般路堤基床处理
对于填高小于基床厚度的路堤按前述基床处理要求办理,对于填高大于基床厚度的路堤,路堤基底按以下原则处理。
A、地基不需深层处理时
1.对岗地及丘坡区地而横坡缓于1:
10的路堤地段根据地表植被情况,采取就地碾压、翻挖回填压实,或挖除表层0.3m厚种植土,换填路堤本体填料。
2.对水出、雨季滞水或地下水位高(地下水位距地表<
0.5m)的低洼谷地路堤地段,应淸除表层种植土(一般0.5m左右),换填A、B组填料,并高于地表0.5m.
3•路堤基底处于地而横坡为1:
2.5-1:
10的稳妃斜坡地段时,路堤基底应挖台阶,台阶高度不大于0.6m,台阶宽度不小于1.0m,台阶底设2-4%向外倾斜的坡度。
当地而横坡等于或陡于1:
2.5的地段时应按陡坡路堤进行设计。
B、地基需深层处理时
当路堤基底以下压缩层范囤内(一般不小于25m)的地基上不符合规范要求,经稳泄和沉降分析,不满足设计要求时,一般采用复合地基或苴它地基加固措施处理。
4)基床底层换填厚度不一致时,设纵向长不小于20m的厚度渐变过渡段。
5)路肩防护:
在电缆槽外侧路肩处现浇C15混凝上护肩。
3.1.5路基边坡形式及坡率
1)路堤边坡形式及坡率
路堤边坡形式采用梯形断面,一般情况下路堤边坡坡率为1:
1.5o浸水地段边坡放缓一级。
2)路堤式路堑(低路堤)边坡形式及坡率
土质路堤式路堑地段应在侧沟与堑坡坡脚之间设巻不小于2.0m宽的侧沟平台,侧沟平台原则上要求采用M7.5浆砌片石封闭。
边坡坡率1:
1.25o
3.2填料选择及压实标准
3.2.1基床表层填料
基床表层应填筑级配碎石,压实标准符合表3.2.1的规左。
表3.2.1基床表层斥实标准
填料
厚度(m)
压实标准
地基系数
K3o(MPa/m)
压实系数K
动态变形模虽
Evd(MPa)
级配祥右
0.4
曲90
30.97
>
55
注:
无作轨道可采用瓯或E2c、”I采用E2时,其控制标准为Ez>
120MPa且Ez/bS。
3.2.2基床底层填料
时速350km/h无他轨道路基基床底层采用A、B组填料填筑,其压实标准见表322。
表3.2.2基床底层填料及压实标准
化学改良土
砂类土及
细砾土
碎石类及粗砾土
A、B组填料
2.3
地基系数K30(MPa/m)
130
5150
20.95
30.95
$0.95
动态变形模虽&
d(MPa)
--40
£
40
7d饱和无侧限抗压强度(.kPa)
350(550)
1无祚轨道可采用烁或E2。
当采用E2时,其控制标准为E2^80MPa且Ez/EiW2・5。
2括号内数字为寒冷地区化学改良丄考虑冻融循环作用所需强度值c
3.2.3路堤填料
基床一下路堤宜选用A、B组填料和C组碎石「砾石类填料,其粒径级配应符合压实性能要求;
当选用c组细粒土填料时,应根拯填料性质进行改良。
基床以下路堤压实标准应符合表3.2.3的规上。
表3.2.2基床以下路堤填料及斥实标准
砂类丄及细砾土
碎石类及粗砾丄
地基系数K3o(MPa/m)
110
N130
N0.92
M0.92
7d饱和无侧限抗压强度(kPa)
3250
无酢轨道可采用Km或E“*1采用E2时,其控制标准为E2^45MPa且Ez/E用2・6。
3.3计算理论
3.3.1路基荷载
设计活载釆用ZK活载,ZK标准活载如图3.3.1-1^33.1-2所示。
4X200kN
黒盘卜皿】$6mt_L6m斗
11.6in
11.6m|
1.6m|
r尸1
rn
r"
I
图3・3・1・2ZK特种活载图式
计算时一般将轨道和列车荷载换算成上柱,对于双块式无祚轨道,换算上柱分布宽度为3.4m,轨道和列车荷载大小一般取52kN/m•即换算为容重20kN/m3的上柱髙度为2・6m。
3.3.2边坡稳定性检算
边坡稳上性检算一般采用圆弧法。
时速350km/h无祚轨道边坡稳泄安全系数当考虑列车荷载时须大于1・25,考虑架桥荷载时须大于1.05,考虑预压荷载时须大于1.15.
本设计采用总应力法,其讣算示意图如图3.321所示.其计算式如下:
琨1為[(班+qbi)tan(Pi+c^cosa^
K=
器M+qbi)sinai
英中mai=cosai+右tan(piSinai
A
式中:
K——稳宦安全系数:
叱——土条伯勺重力;
口一一上条d滑动而的法线与竖直线的夹角:
li一一土条:
滑动面的弧长:
一一土条i宽度:
G、<
Pt一一滑动而上的黏聚力及内摩擦角。
由于申肖普条分法汁算工作量较大,而计算机技术的发展使这一问题得到了可能的解决途径,下而是计算机数值计算的求解方法。
用积分的形式表达边坡稳泄安全系数如下式所示:
图332-2计算机边坡分析简图
由上式可以很方便地将其编成汁算软件。
本设讣中采用同济启明星边坡稳上分析计算软件SLOPEvl.O进行稳左性验算,该软件系根据上述原理设计。
3.3.3路基变形验算
无祚轨道路基工后沉降应符合扣件调整能力和线路竖曲线圆顺的要求。
工后沉降不宜超过15mm:
沉降比较均匀并且调整轨而高程后的竖曲线半径符合式3.3.3的要求时,允许的工后沉降为30mm。
路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm,不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。
Rsh>
0・4噹(3.33)
3.3.4地基处理
1)岩溶处理
DK965+001-DK965+235段和DK958+935-DK959+100段路基岩溶弱发育,总体上采用"
探灌结合"
的注浆原则对该段进行注浆处理。
该段路基均为路堤段,为防止岩溶地面塌陷及变形,并使覆盖层工后沉降能满足设讣要求,采用注浆帷幕和地基处理相结合的处理方案。
岩溶注浆帷幕用于封闭丄石分界面溶蚀发育带,注浆层厚度一般为8.0m,伸入岩层不小于5m,若5m内遇溶洞,则加固至溶洞底以下完整基岩不小于2.0m。
丄层内遇上洞需注浆回填。
一般先注浆再进行地基处理。
注浆孔布置采用正方形布置,孔间距5.0m,加固范用至路堤坡脚外约5.0m。
注浆水泥可采用Po32.5或Po42.5水泥,水玻璃38-43°
Be,模数2.4-3.0。
水泥浆液水灰比为:
0.
若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处,视具体情况先灌注砂砾石或稀的水泥砂浆对腔体进行充填,再采用水泥浆液或双液注浆,全充填溶洞一般采用单液注浆。
注浆压力,一般基岩中为不小于0.1-0.3MPa,岩土界而附近逐步加大至0.3-0.5MPa.由于单位注浆量与注浆孔距、注浆压力、浆液浓度以及岩溶的发育程度密切相关,注浆施工前应进行现场注浆试验,合理选择注浆工艺,合理确定注浆压力、浆液配比、单位注浆量等相关参数,确定停止注浆的条件等。
2)软土地基处理
A、水泥土搅拌桩
水泥土搅拌桩为柔性复合地基。
固化剂宜选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥。
水泥掺虽:
可用被加固湿上质量的12%-20%,其余宜为12%-20%,水泥浆水灰比可选用0.45-0.55。
外掺剂可根据工程需要和上质条件选用具有早强、缓凝、减水以及卩省水泥等作用的材料,但应避免污染环境。
桩顶与基础之间应设巻300-500mm厚垫层,垫层材料可选用土石屑、中粗砂、碎石、级配碎石等,粒径不宜大于30mm。
水泥土搅拌法的设计,主要是确左搅拌桩的苣换率和长度,竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确左,并宜穿透软弱土层到达承载力相对较髙的土层;
为提高抗滑稳泄性而设置的搅拌桩,英桩长应超过危险滑弧以下2m。
单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定,设讣时可按式和式il•算,并取其较小值:
[P]=-r\PfAp(3.3.4-1)
[P]=up+aApqp(33.4-2)
[P]—一单桩容许承载力(kN);
Pf——与搅拌桩桩身水泥配比相同的室内加固上试块(边长70.7mm的立方体。
也可采用边长为50mm的立方体)在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度(kPa);
T1——桩身强度折减系数,粉体搅拌桩可取0.20-0.30,浆体搅拌桩可取0.25-0.33:
却一一桩身截而积(曲);
up桩身周长(m):
—一桩周第/层土的容许摩阻力(kPa),对淤泥可取4-7kPa:
对淤泥质上可取6-12kPa;
对软塑状态的粘性土可取10-15kPa:
对可塑状态的粘性土可以取12-18kPa:
It一一桩周第/层土的厚度(m);
qp一一桩端地基容许承载力(kPa);
a—一桩底地基容许承载力折减系数,可取0.4-0.6,承载力高时取低值。
水泥上搅拌桩复合地基的竖向承载力特证值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确泄。
初步设讣时也可按下式计算:
(33.4-3)
m=化(33.4-4)
Qsp一一复合地基容许承载力(kPa):
6一一桩间土天然基地容许承载力(kPa):
B——桩间丄承载力折减系数,当桩底为软弱土层时,可取0.5-1.0,桩底为硬上层时,
可取0.1-0.4;
m——宜换率,一般可取10%-20%:
A—一桩所承担的复合地基面积(m2).
竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形工与桩端下未加固土层的压缩变形Q:
搅拌桩复合上层的压缩变形&
可按下式计算:
(33.4-5)
Ecs=mEp+(1-m)Es(33.4-6)
——第,复合层土上附加应力增量(kPa);
Ecs——桩一土复合压缩模量(MPa);
Ep——桩体压缩模量(MPa);
Es——上体压缩模量(MPa);
th—一复合地基面积垃换率;
心一一第,层复合土层的厚度(m):
桩端以下未加固土层的压缩变形S2仍用分层总和法进行汁算,压缩层厚度按附加应力等于0.1倍自重应力确定:
下卧层附加应力计算可采用Boussinesq法i|•算,在条形荷载作用下,地基中心点下任意深度z处的附加应力为:
az=a^p(33.4-7)
S2=
(33.4-8)(33.4-9)
心一一地基附加应力系数;
nz/bx
g——第/层上中点的附加应力(MPa);
Aht——第,层土的厚度(m):
Esi——第/层上的压缩模屋(MPa)0
复合地基总沉降可按下式计算:
S=m5(5i+S2)(3.3.4-10)
式中,THs为沉降经验修正系数,其值一般根据地区沉降观测资料及经验确泄,若无经验时,可按下表查取。
6>
Oo
1.4
1.3
1.0
0.2
ah<
0.75ao
1.1
0.7
表中%为基底斥应力.%为基础底血处地基的基木承载力•瓦为沉降讣算深度内个分层圧缩模量的、S虽值.按下式确定:
式中.金一一第i层土总的附加应力值。
B、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)
水泥粉煤灰碎石桩为刚性复合地基,其处理范圉不应小于基底范用,路堤宜处理至填方坡脚。
CFG桩宜采用三角形、正方形或矩形布巻,桩径宜为400-600mm,桩间距宜为3-5倍桩径。
固化剂宜选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥。
CFG桩桩顶宜设计桩帽和加
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