精编完整版路基设计施工规范及项目施工方案讲义Word文件下载.docx
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高速铁路路基的设计顶面宽度、基床厚度、填料标准、压实度和工后沉降控制与现行Ⅰ级重载铁路路基相比,技术标准高。
1、路基结构标准高。
路基基床结构总厚度达到3.0米,表层厚0.7米,填筑级配碎石或砂砾石,基床底层结构厚2.3米,填筑A、B组填料。
路基与桥台或涵洞的连接处设置过渡段,通过提高基床的材质和强度,提高路基容许承载力,改善轨道基础纵向刚度渐变条件,保证高速行车的平顺性。
现行Ⅰ级铁路路基基床总厚度为2.5米,表层厚0.6米,底层厚1.9米,采用C组及以上填料,不采用级配碎石或级配砂砾石,路基与桥(涵)连接处不设过渡段。
2、严格控制工后沉降和沉降率。
为保证上部轨道具有持久的高稳定性及平顺性,路基结构设计首次采用了变形和强度结合控制的原则,规定路基工后沉降一般地段不大于10厘米,年沉降率不大于3厘米,过渡段工后沉降不大于5厘米。
对沉降控制较困难的软土及松软土地质的路基,需采取排水固结、堆载预压、复合地基等地基加固措施。
软土路基施工,须严格控制填筑速率,一般周期为7天一层土,为满足工期要求和工后沉降标准,需采取堆载预压措施,时间一般需要12个月。
3、填料标准高。
路基基床表层采用级配碎石或级配砂砾石等材料,基床底层采用A、B组填料。
基床填料有严格的材质、粒径和级配要求,为保证达到设计标准,必须设级配碎石拌合站或填料改良场对级配碎石、级配砂砾石或土质较差的填料,进行集中拌合级配或改良。
4、京沪沿线A、B类填料短缺,土壤改良工作量大。
北京至天津区段,丹阳至上海区段需外购A、B组填料约2100万立方米,天津至济南,徐州至南京,丹阳至上海区段需改良填料2900万立方。
三、高速铁路路基设计标准
(一)设计思想及依据
1、运输组织模式是决定高速铁路主要技术方案与技术标准的前提和基础。
国外高速铁路大体上的两种运输组织模式,即:
日本和法国采用全高速模式;
德国、西班牙、意大利等国采用客货混运模式。
京沪高速铁路为提高运输服务质量,适应市场发展需求,充分利用既有线上高档次列车的资源,暂行规定建议近期采用不同时速高速列车共线模式,远期实现全高速模式。
2、速度目标值:
列车最高行车速度按300km╱h设计,平、纵断面及基础设施按350km╱h设计。
3、高速铁路路基桥梁等的建设标准和技术要求之所以比一般铁路高得多,根本的原因是由于高速铁路必须保证高速轨道具有持久稳定的高平顺性。
4、高平顺性、高稳定性的路基是确保轨道高平顺性的前提条件。
因此,路基设计和施工必须满足路基工后沉降小、不均匀沉降小,在动力作用下的变形小、稳定性高等要求。
工后沉降的控制值已在上面作了说明。
不均匀沉降一般是指在100米范围内的路基不均匀沉降。
5、必须控制路基的初始不平顺性。
这是因为路基的初始不平顺过大,将会导致道床厚度不均,道床弹性和残余变形积累不均,会逐渐形成轨道的中长波不平顺。
6、高速铁路对路基填料的强度和密实度有较高的要求,按照现行铁路路基设计规范对填料的划分标准,可能会存在由于对某些土类划分不细,在实际施工填筑中达不到暂行规定的压实密实度等指标的问题。
因此,在勘测与设计阶段,就应重视填料问题,对拟采用的填料物理力学指标进行分析,对可能在施工中造成问题的填料进行必要的野外填筑试验,取得实际经验。
7、暂规对路基宽度的规定主要考虑以下因素:
路基稳定的需要;
相关设施布置的需要;
满足养护维修和确保人员安全避让的需要。
8、列车荷载与上部建筑重量的换算土柱高:
当r=19KN╱m3,h0=2.8m;
当r=18KN╱m3,h0=2.9m。
h=(P+Q)╱(3.4×
r)
路基面动应力大小及分布的设计取值:
σdl=100KPa;
L=1.8m。
9、高速铁路基床厚度按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。
由布氏理论计算得路基基床厚度为3.0米。
10、路基基床表层的厚度由以下两个方面的原则确定:
变形控制―在列车荷载作用下路基顶面变形量不大于0.35mm,强度控制―作用在基床表层下填土上的动应力不大于填土允许应力。
综合取0.7米。
11、为了防止道碴嵌入及防止基床底层颗粒进入基床表层,不同材料之间的级配需满足太沙基反滤准则,即D15<4d85。
12、在软土地基上修筑路堤,最突出的问题是在施工过程及竣工后路堤的稳定和沉降。
因此规定在施工过程中,必须对边桩和路堤地基的沉降观测设备按设计要求的观测频率及精度进行定期观测。
一方面根据观测数据调整填土速率,以保证路堤在施工中的安全和减少附加沉降(路堤中心地面沉降速率每昼不大于1.0cm,坡脚水平位移速率不大于0.5cm);
另一方面,作为动态设计的主要内容,根据沉降观察资料,及时整理绘制“时间-填土高-沉降量”曲线,反算地基固结系数或推算最终沉降量,为铺轨前对路基进行评估提供依据。
13、植物防护作为绿色工程已经在世界高速铁路中得到广泛的应用。
在京沪高速铁路路基边坡防护工程中,根据填料情况、线路经过地区的地质条件、气候特征等选择合适的植物种类,并结合土工合成材料的应用,采取绿色植物防护措施是很有前境的。
14、路基相关设施主要涉及电缆槽和牵引电力支柱。
国外采用的施工方法情况如下:
牵引电力支柱基础采用机械成孔,路基填筑到电缆沟槽底部设计标高后预埋。
京沪高速铁路昆山试验段计划试验利用机械开槽机在路堤填筑好后开槽直接埋设。
(一)路基设计标准横断面
(1)路基标准断面形式:
见图8-1、8-2、8-3。
图8-1双线路堤标准横断面
图8-2双线路堑(硬质岩)标准横断面
图8-3双线路堑(软质岩石、强风化硬质岩石及质)标准横断面
高速铁路与普速铁路主要技术参数对比见下表。
路基技术参数对比
序号
项目名称
高速铁路
Ⅰ级铁路(重载)
1
路基宽度
路堤
13.8米
11.6米
2
路堑
11.2米
3
路基基床
表层厚度
0.7米
0.6米
4
底层厚度
2.3米
1.9米
5
填料
基床
表层
必须使用级配碎石或级配砂砾石
可使用A、B组填料,有条件地使用C组填料
6
底层
应采用A、B组填料或改良土
可使用A、B、C组填料,有条件地使用D组填料
7
路堤下部
可采用A、B、C组及改良土
可采用A、B、C、D组填料
8
压实标准
基床表层
细粒土
不使用
K30≥90、Kh<0.91
9
粗粒土
K30≥190、n<18%
K30≥120、Dr<0.75
10
基床底层
K30≥110、K<0.95
K30≥80、Kh<0.89
11
K30≥130、n<28%
K30≥100、Dr<0.70
12
K30≥90、K<0.90
K30≥70、Kh<0.86
13
K30≥110、n<31%
K30≥80、Dr<0.65
14
沉降控制标准
工后沉降≯10厘米,年沉降率<3厘米;
过渡段工后沉降≯5厘米
沉降比控制(C=0.005~0.025)
(二)路堤与桥涵过渡段及路堤与路堑过渡段设计原则
1、路堤与桥梁过渡段
(1)过渡段长度:
L=A+2H。
A取3~5m。
(2)过渡段路基结构型式及材料类型
过渡段路堤基床表层应满足前述基床表层的有关要求,表层以下以级配碎石分层填筑,填筑压实标准应满足K30≥150MPa/m和孔隙率n28%。
靠桥台一侧2m范围内,填筑级配碎石中掺入3~5%水泥,并在路基与桥台结合部设宽10cm带排水槽的渗水墙,渗水墙采用无砂混凝土块砌筑,长30cm、宽10cm、厚15cm。
在渗水墙底部设直径=20cm渗水管将渗流水排出路基以外。
如图2-4所示:
图2-4桥路过渡段形式.
I-I断面图
2、路基与横向结构物(立交框构、箱涵等)过渡段
路堤与横向结构物接处,应设置过渡段。
详见图2-5。
图2-5路堤与横向结构物连接处设置方式图
当横向结构物顶面地面高度小于1.0m且不足路堤填土高度的1/2时,可不设置过渡段。
过渡段内填筑级配碎石,填筑标准为K30≥150MPa/m和n<
28%。
3、路堤与路堑过渡段
(1)当路堤与路堑连接处为坚硬岩石路堑时,在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶,台阶高度1.0m。
并应在路堤一侧设置过渡段,详见图2-6。
(2)当路堤与路堑连接处为软质岩石或土质路堑时,应顺原地面纵向挖成1:
2的坡面,坡面上开挖台阶,台阶高度1.0m。
详见图2-7。
4、半堤半堑的处理
半填半挖路基轨道下横跨挖方与填方两部分时,在轨枕长加两倍道床厚度的宽度内,挖方部分应挖1.0m深,换填与路堤相同填料,并应设置4%向外排水坡。
详见图2-8。
图2-6路堤与路堑连接方式一
图2-7路堤与路堑连接方式二
(三)路堤边坡防护设计原则
全线路堤边坡均需防护加固,具体措施为:
1、对适合植被的边坡:
(1)路堤边坡高小于5m时,边坡采用三维立体网内喷播植草防护。
(2)路堤边坡高大于等于5m时:
当石料来源较丰富时,边坡采用拱型骨架内喷播植草防护,骨架间距4.0m,宽0.6m,厚0.4m,顶面留截水槽,拱宽0.4m,厚0.4m。
均采用M5.0浆砌片石砌筑。
图2-8半堤半堑断面设计
当石料来源困难时,边坡采用土工格栅防护,路堤填筑过程中,在边坡2.5m宽度范围内每隔0.5m铺一层土工格栅,坡面三维立体网内喷播植草防护。
(1)当路堤采用硬质岩石碎块填筑时,边坡采用大块石码砌护坡。
(2)根据地形地貌于坡脚设置浆砌片石脚墙或排水沟或抬高式护道。
2、路堤支挡
(1)当路堤基底面横坡大于1:
1.25时,应检算沿基底滑动的稳定性,当稳定性不够时,可采取设路堤挡墙等加强稳定性的措施。
(2)当地形限制,路堤边坡需侵占各种道路、河道或建筑物时,可采用路堤或路肩挡墙,避免改移道路、河道,拆迁建筑物。
如挡墙设置范围较长或在城市附近时,也可采用加筋土挡墙。
路肩、路堤挡土墙的水泥砂浆标号可按现行规范规定提高一级。
轻型支挡结构可适当提高安全系数。
(四)软土、松软土及特别路堤设计原则
高速铁路路基对地基稳定和变形要求很高,稳定安全系数在考虑列车荷载时不小于1.15,当路堤地基为软弱黏性土地层时,均应进行稳定和工后沉降的分析估算,如不满足要求时,地基应采取加固措施:
1、软土路堤
a、对浅层软土,地表无硬壳,软土厚小于2m时,采用砂垫层或片石挤淤处理,当地表有薄层硬壳时,先挖除硬壳后再进行片石挤淤。
对具有弃土条件地段,采用挖除换填渗水土。
b、对厚度大于2m的软土路基,视具体情况一般采用塑料排水带处理。
当稳定性不满足要求时,考虑设土工格栅、反压护道。
土工格栅最多铺设二层,反压护道宽度不超过5m,为节省用地,反压护道较宽时,应考虑采用其它加固措施。
在路堤底部铺设0.6m厚排水砂垫层。
当经过沉降估算,其工后沉降或沉降速率超过允许值时,采用联合堆载预压,对沉降量较大(填筑改良土的软土地段一般应大于75cm,不含基床以下路堤施工期沉降)的软土路基工点及桥(涵)路过渡段路堤或软土性质差的地段,采用粉喷桩加固,当加固深度超过15m时,采用高压旋喷桩加固,对表层硬壳厚度较大的地段,采用砂桩处理。
2、松软土路堤
松软土系指其Ps≤1.2MPa或[0]≤0.15MPa的土层。
此类土近似软土,一般不影响路基稳定,仅对路基沉降产生一定影响。
故对该类地基土路堤需进行沉降检算。
当工后沉降不满足要求时,采用砂桩、碎石桩、搅拌桩及联合堆载预压加固处理。
3、人工杂填土路堤
对冲填土、弃土等,其厚度小于3.0m时,挖除换填并要求分层填筑。
对厚度较大,挖除困难时,采用浆喷法加固。
对于有机质含量较多的生活垃圾及侵蚀性的工业废料杂填土,均应全部挖除换填。
4、地基不良的低路堤
指路堤高度小于3.0m,在基床范围内夹有Ps1.5Mpa或[o]<
0.18Mpa的土层的路堤。
该类型工点全线零星分布,一般采用挖除软弱土层,并换填渗水土填筑,当挖除换填困难时,采用碎石桩加固,加固深度至基床以下2.0m。
5、液化土路基
(1)液化土路基当满足下列条件之一时,不采取抗震措施
a、路堤高度小于3m。
b、地面以下5m深度内液化层的累计厚度小于2m,路堤高度小于5m。
c、上覆非液化土层厚度大于5m或地下水埋深大于5m的地段。
(2)液化土地基加固措施
a、当液化土层深度小于3m时,采用换土法。
挖除液化土层,换填灰岩岩碴,加以夯实,压实标准同路堤。
b、当液化土层深度大于3m时,根据地层情况采用强夯、碎石桩、砂桩加固。
6、浸水路基
水塘路基主要分布在沿线平原及丘间谷地水塘分布地段;
滨河浸水路基分布在沿线河流前后。
(1)水塘路堤
线路跨越水塘地段的路堤,若工程修建后仍保留蓄水时,一般情况下,采用围堰后抽水疏干清淤,然后填筑路堤,塘埂标高以下填筑碎石土,围堰标高平塘埂;
软土地段的水塘路基在围堰抽水疏干清淤后,先按软土路基加固处理,再填筑碎石土至塘埂标高。
当清除淤泥困难时,采用片石挤淤,并用重型碾压机械加强碾压,使之满足相应的密实度要求。
(2)水塘路堑
线路跨越水塘(或水库)地段的路堑,于堑顶外6~8m设置挡水埝,挡水埝顶面标高平塘(或水库)埂,堑坡加强防护,采用浆砌片石或浆砌片石骨架护坡,个别工点堑坡设支撑渗沟,以确保堑坡稳定。
(3)滨河浸水路基
坡脚压河,边坡易受冲刷,边坡应予以防护。
坡脚处于常水位标高以下设片石垛,外坡坡率1:
1.5,内坡坡率1:
0.75,垛顶宽2.0m,垛顶至防护标高之间边坡采用单层干砌片石护坡,厚0.3m,并于防护标高处留2.0m宽的边坡平台。
浸水部分填碎石土,重型碾压机械加强碾压。
防护标高为设计水位+波浪侵袭高+壅水高+0.5m(安全高)。
7、岩溶路基
受地质构造的影响,园郢子隧道前后局部岩溶较发育,路基设计时宜根据岩溶发育、溶洞充填情况,地下水及地质构造对岩溶的影响,通过对场地稳定性进行预测,采用岩溶注浆处理。
注浆设计时,注浆孔深度满足嵌入基岩注浆段3~8m,注浆孔距6~8m。
(五)路基排水及用地设计原则
1、由路基工程引起的改河、改沟及地面排水设施
线路跨河、沟一般以桥梁形式通过,较大河、沟原则上不考虑改移。
一般较小沟渠,当斜交角度较小以致影响桥梁布置时,遵循按原标准改移的原则。
具体设计原则如下:
(1)天沟、排水沟及除个别需按计算流量设计外,一般采用深0.6m,底宽0.4m的梯形断面,边坡平台截水沟采用深0.4m,底宽0.4m的矩形断面,并用M5.0水泥砂浆砌片石加固,厚0.3m。
(2)软质岩路堑、强风化或构造破碎的硬质路堑及土质路堑可采用底宽0.5m、深0.9m的矩形侧沟,并以M10浆砌片石加固,厚0.4m。
靠线路一侧应预留泄水孔。
顶面加设钢筋混凝土盖板。
(3)按石质路堑设计的侧沟及土石等级为Ⅴ~Ⅵ类的天沟、排水沟,底宽0.4m,深0.4m。
并用M5.0混凝土镶补,厚0.1m。
(4)路基边坡防护加固地段侧沟采用浆砌片石砌筑,靠线路一侧加固厚0.5m。
(5)上述断面不能满足流量要求者,其断面尺寸应按1/25洪水频率流量计算确定,急流槽下的侧沟,应按1/50洪水频率流量计算确定。
(6)由非渗水土填筑的路堤,在纵坡凹型变坡点处宜在基床表层底设置横向排水沟(采用半透水Ts-200软管),横向排水沟沟底坡由中心向两侧为4%与路堤边坡排水沟(浆砌)相接将水流排出路基。
2、用地设计原则
工程用地原则为:
高速正线防护栅栏外1m为用地界。
桥梁用地按线路左右中心线外8m办理。
利用既有线地段新增用地及既有用地分别统计并记入总用地。
绿化用地原则为:
铁路工程用地界外30m作为控制用地。
(六)有待进一步解决的问题
1、京沪高速铁路液化土地基、软土与松软土地基分布范围较长,加固费用在路基修建中占的比重较大,所以从经济的角度考虑,加固方案的选择显得格外重要。
因此,在大范围地基加固施工前,应选代表性工点作现场试验,如对液化土、软土、松软土地基进行加固试验。
通过现场试验,对设计中提出的多种加固措施的设计方法、施工工艺、施工参数、加固标准、检测手段、造价分析技术、经济方面的问题进行验证、补充、修改、完善。
根据试验数据、结果,对各方案进行评价,从中优选出一种更经济有效的加固措施。
目前已选好各种典型的具有代表性的试验工点,应尽早安排实施,以便通过试验成果完善设计和指导全线施工。
2、高速铁路对填料质量要求及施工压实标准比普通铁路有更高的要求,而从沿线实际情况看,京沪高速铁路路堤填料有以下四大类,即第四系全新统冲积层粉质黏土及粉土填料、第四系上更新统黏性土填料、易风化软岩及其风化物填料及硬质岩及其风化物填料。
除硬质岩及其风化物填料外大部分属C、D组,为合理有效利用沿线填料,必须进行土质改良。
因此,下一阶段应对全线土源情况进一步调查、落实,确定各种类型填料沿线分布情况、储量大小,进一步研究改良方法,必要时应进行现场填筑试验,以确定最佳改良方法和施工方法,如对第四系黏性土填料确定其力学性质、改良方法及最佳掺入配比,对软岩及其风化物填料确定填筑施工设备、施工参数、施工工艺、质量标准、检测手段等,对硬质岩及其风化物作为基床底层填料时如何进行级配改良等,以指导设计及施工。
四、施工及验收暂行规定
(一)施工及验收暂行规定的组成
《京沪高速铁路路基施工及验收暂行规定》共有十三章248条。
其中:
总则计11条,术语和符号为10条、14个,施工准备计10条,地基处理分为五部分计22条,路堤十一部分计59条,特殊土与特殊条件下的路基二部分计7条,过渡段五部分计24条,路堑八部分计39条,路基防护及排水四部分计20条,路基支挡结构三部分计18条,路基附属及相关工程三部分计10条,环境保护四部分计13条,路基工程验收计5条。
(二)章节要点
1、总则:
明确了编制《暂行规定》的目的、依据,规定了施工组织原则和主要施工方法,强调必须实行机械化配套施工,加强过程检测和监控。
2、术语和符号:
10个术语分别是高速铁路、工后沉降、过渡段、软弱地基、化学改良土、物理改良土、土工合成材料、真空预压、三碴隔水层、含泥量。
3、施工准备重点有以下几方面的工作:
(1)调查核对填料来源和质量;
(2)软土地基上修筑路堤按照设计要求布设测控网;
(3)修筑填料改良及级配碎石拌合站;
(4)组织通过试验段施工确定机械设备组合、施工工艺参数及快速试验检测方法。
4、地基处理涉及准备、浅层地基处理、排水固结、复合地基等。
保证质量的关键仍是加强施工过程中的地质核查,及时发现问题,将动态设计思想贯彻在施工的全过程中。
5、路堤涉及一般规定、填料、路堤压实标准、施工工艺、基床底层及以下改良土填筑、填石路基、加筋土路堤、预留沉落、路基沉降观察、雨季施工、低温施工。
施工组织的核心在于填料来源和质量,关键在于对施工过程的控制。
6、特殊土与特殊条件下的路基。
特殊条件下路基施工是指在雨季、低温条件下,城镇居民或厂矿区,既有铁路或公路相邻地区组织的路基施工。
施工中除遵循一般的施工规范外,应有针对性地采取如下工程措施:
(1)雨季主要要采取防水、排水措施;
(2)低温主要采取保温防护和集中、快速施工措施;
(3)厂矿和居民区主要要采取防尘、防震、防噪声措施;
(4)在既有铁路和公路相邻地段施工应注意采取安全防护措施。
特殊路基是指软土、膨胀土、盐渍土、液化土、浸水、岩溶及洞穴路基。
施工除应符合规程的一般规定外,应有针对性地采取如下措施:
(1)对软土路基要按规定进行沉降及位移观测,严格控制填筑速率;
(2)膨胀土路基施工要突出防雨和防水,并应集中力量、连续快速组织施工,尽量缩短开挖面暴露时间;
(3)盐渍土路基施工要特别注意铺设的毛细水隔断层及其垫层或反滤层的施工质量;
(4)液化土地基处理前应结合设计文件对处理范围进行核查,并按要求进行试验段工艺试验;
(5)浸水地基在有条件时宜采用排水疏干法施工,降低水位有困难时应按水下地基处理;
(6)岩溶、洞穴地区地基应结合设计勘探资料,侧重进行地质核查。
再根据据实际情况采取相应的工程措施进行处理。
主要方法有换填、压浆加固、构建特殊构筑物等。
7、过渡段。
为了保证高速列车运行的平顺性和旅客乘车的舒适性,高速铁路在路堤与路堑、路堤与桥梁、路堤与涵洞或其它横向构筑物之间设过渡段。
过渡段路基设计采用级配碎石或加筋土作填料按倒梯形或梯形断面分层填筑。
按照施工规范规定,过渡段的可先预留不短于50m的缺口,待相邻构筑物施工完毕后再填筑;
也可采用先填筑路基及过渡段再施工构筑物的方法。
前者比较适合于过渡段地基已采取了设计加固措施的情况;
后者相对适合于过渡段设计末采取地基加固措施的情况。
两种方法均有其相应的适用范围,一般讲:
前者因其工程效应较好,应用范围较宽,但投资相对较高;
后者成本较低,填筑质量不易保证,适用范围较小。
在软土、松软土、湿陷性黄土和裂隙性粘土地段施工组织设计优先推荐前面的施工工艺和方法。
8、路堑主要涵盖以下工作内容:
路堑开挖、基床处理、排水系统、边坡加固和弃土等。
9、路基防护及其它
(1)坡面防护-主要类型有边坡绿色植物防护、坡面喷浆或喷射混凝土防护、浆(干)砌片石及砌块防护、边坡固土网垫防护等。
路基防护工程的设计必须充分结合地貌、地质、气候和水文特点。
适宜植物防护的地区应优先考虑采用植物防护;
片石等地材资源较缺乏的地区应优先考虑采用砌块防护;
城
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