高速铁路路基设计说明

1、高速铁路无砟轨道路基设计沪昆客专DK958+935-DK960+653.661 工程概况及重难点1.1 沪昆客专工程概况沪昆高速铁路（又称沪昆客运专线）是一条东起上海，西至云南昆明的东西向铁路大动脉。由沪杭客运专线、杭长客运专线、长昆客运专线组成，是设计时速为300/350km/h等级的客运专线。全长2264公里，连接华中、华东和西南地区。长度仅次于中国最长高速铁路的京港高速铁路，建成后将成为我国最长的东西向高速铁路。1.2 本次设计范围本设计涉及的路基段为沪昆客专DK958+935-DK960+653.66段，全长1718.66m，设计图中在DK959+304.301处存在短链，短链长为51

2、95.699m，从而图中里程范围为DK958+935到D1K965+849.359。其中路基部分里程为DK958+935-D1K964+653.66（长522.961m）和D1k965+001.04-D1K965+235（长233.96m），总计756.921m。1.3 工程地质概况 本段路基位于侵蚀构造低中山区，枝状沟谷发育，地形起伏较大，地面高程1800-1950m，相对高差50-150m。小里程处山势较陡，自然斜坡一般15-30。斜坡上基岩多裸露、覆土薄，坡面上多杂草、灌木，坡麓及缓坡处覆土相对较厚，多辟为旱地、水田，种植以玉米、稻谷为主的农作物；大里程位于海子铺村农田之上，农田宽缓开阔

3、，为坡洪积地貌，多被垦为水田。线路附近有乡镇、散落村舍，线路左侧400m为镇胜高速公路。有机耕道与国道相通，交通较为方便。1.3.1 地层岩性DK958+935-DK959+093.75段为路堤，地基表层覆土为淤泥质黏土和黏土，厚度约7m，下卧灰岩和泥灰岩的弱风化层。DK959+093.75-D1K964+653.66段主要为路堑，表层覆土为3-5m厚的红黏土，具弱-中等膨胀性，下接泥灰岩强风化层，厚5-12m，下卧泥灰岩弱风化层。D1k965+001.04-D1K965+235段为路堤，地表覆土主要为淤泥质黏土、黏土和松软土，软弱土层厚度为7-16m，下接泥灰岩强风化层，下卧泥灰岩弱风化层。

4、1.3.2 地质构造及地震动参数1）地质构造DK958+935-DK964+653.66段地质构造较简单，岩性单一，未见大的断裂。岩层产状为N50E/12N。DK965+001.04-DK965+235段地质构造简单，层理产状为N65E/3N ，节理产状为节N-S/65N，节N60W/90。2）地震动参数根据新建铁路沪昆客运专线玉屏至昆明段工程场区地震动参数区划报告，测区DK958+935-DK964+653.66和DK965+001.04-DK965+235地震动峰值加速度为0.119g，地震动反应谱特征周期为0.45s。1.3.3 水文地质1）地表水地表水主要为沟水及堰塘水，水量随季节性变

5、化，受大气降雨补给，以蒸发和地表径流形式排泄。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）水化学特征测区范围内共取3组水样，其中一组地表水水质类型为HCO3- - Ca2+.Mg2+型水，两组地下水水质类型为HCO3- - Ca2+.Na+、HCO3- - Ca2+型水。根据铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定，在环境作用类别为化学侵蚀环境及氯盐环境时，地下水对混凝土结构侵蚀无侵蚀性。由于关岭组一段含石膏，建议设计时按地下水对混凝土具SO42-侵蚀，侵蚀等级为H1考虑，施工时应加强地下水

6、侵蚀性的复查。1.3.4 不良地质1）岩溶DK965001-DK965235段和DK958+935-DK959+100段路基岩溶弱发育，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N55E/12NW，岩层走向与线位走向夹角约6，视倾角8，地层岩性三叠系下统永宁镇组第三、四段（T1yn3+4）灰岩，层间综合=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（Q4dl+el），一般厚0-9m，具弱中等膨胀性，自由膨胀率Fs=48-68%，阳离子交换量CEC（NH4+）=12

7、.77-32.18mmol/kg，蒙脱石含量M=9.21-24.38%,其裂隙发育，裂隙中一般含有少量上层滞水，上层滞水对膨胀土路堑边坡影响较大。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、松软土及淤泥质黏土淤泥质黏土主要分布于沟槽中，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。松软土一般为黄褐色，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，

8、埋深0-2m，液性指数0.5-1.3。淤泥质黏土及松软土地基极易变形沉降，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土场，尽量减少对周边农田、水利的影响，并加强弃土场边坡的挡护，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、

9、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，列车高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，使其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砟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土、黏土、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

10、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，枢纽范围可适当减小（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：综合调度集中2.2 设计参考的规范高速铁路设计规范（试行）（TB 10621-2009）；新建时速 300350 公里客运专线铁路设计暂行规定(上、下)（铁建设200747 号）；客运专线无砟轨道铁路设计指南（铁建设函2005754号）；

11、客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号）。铁路桥涵设计基本规范（TB-10002.1-2005）。客运专线无砟轨道铁路设计指南（铁建设函2005754号）。铁路桥涵砼和砌体结构设计规范（TB-10002.4-2005）。铁路桥涵地基和基础设计规范（TB-10002.5-2005）。铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）。铁路工程环境保护设计规范（TB10501-98）。铁路路基边坡绿色防护技术暂行规定（铁建技20037号）。铁路边坡防护及防排水工程设计补充规定（铁建设2009172号）。建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）。建筑桩基技术

12、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，无砟轨道的路肩标高计算如下：双块式路肩标高轨面标高-919(mm)轨面标高-815-(4.3-3.4/2)0.041000。II型板路肩标高轨面标高-886(mm)轨面标高-779-(4.3-3.25/2)0.041000。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 路基面形状无砟轨道区间正线直线地段路基面形状为梯形，混凝土支撑层下基床表层设0.5的人字坡、混凝土支撑层边缘以外基床表层设4 %的横

13、向排水坡；路基基床底层顶面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砟轨道路基面宽度（节选）见表3.1.3，无砟轨道路基标准横断面见图3.1.3-1和图3.1.3-2。表3.1.3 路基面宽度线 别单双线200km/h 无砟轨道350km/h无砟轨道路基面宽线间距路基面宽线间距单线8.68.6双线13.24.613.65.013.65.0图3.1.3-1 时速350km/h双线路堤标准横断面图（D为线间距，单位：m，以下各图同）图3.1.3-2 时速350km/h双线路堤式路堑（低路堤）标准横断面图区间正线

14、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置有特殊要求时，根据具体情况计算确定；曲线地段路基超高在基床表层实现。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，无砟轨道基床表层厚度为0.4m，基床底层厚度为2.3m，并在无砟轨道混凝土支承层外至电缆槽内侧设0.08m厚沥青混凝土防渗层。1）路堑基床处理A、对易风化的软质岩、强风化硬质岩及土质路堑基床，其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1.8MPa或基本承载力s0小于200kPa的细粒土层，否则按以下原则处理： 膨胀土、粘性土、软质岩全风化层W4，基床范围需全部换填； 软质岩强

15、风化层W3换填1.5m，软质岩弱风化层W2换填1.0m； 对谭智页岩等岩性很差的极软岩，基床范围需全部换填； 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，开挖面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）低矮路堤基床处理时速350km/h无砟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Ps1.8MPa或s01.25，路基稳定性满足要求。5）沉降计算根据土工试验报告，淤泥质黏土的ep曲线如下表所示：P(kPa)05010020030040080

16、01200e1.3091.2671.2341.1761.1321.0970.9830.918计算简图如下图所示：地基分层厚度为0.5m，分别计算各分层的附加应力和自重应力，用分层总和法计算沉降，计算表如下表所示：表中复合压缩模量Ecs按下式计算，搅拌桩压缩模量Ep取60MPa。Ecs=mEp+(1-m)Es加固区下地基为灰岩弱风化层，压缩模量很大，可视为刚性地基，其沉降可忽略不计。Es=2831.30.585.985=16.5MPa根据表，沉降计算经验系数ms取0.35。因而路堤的总沉降为：S=msS1+S2=0.3585.985=30.09mm根据工程经验，路基工后沉降约为总沉降的30%，即

17、工后沉降约为9.03mm，小于规范规定的15mm，满足设计要求。3.4.2 CFG桩加固段根据勘察报告，DK965+001.04-DK965+235段地基中含有软弱土层，软弱土层主要为松软土和淤泥质黏土，软弱土层厚度5-17m不等，其下卧基岩为泥灰岩的强风化层（W3）和泥灰岩的弱风化层（W2）。需加固的软弱土层厚度较大，可以采取水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）加固。1）桩身材料及配比设计CFG桩是将水泥、粉煤灰、石子、石屑加水搅拌形成的混合料灌注而成，设计混合料28d强度为20MPa，控制坍落度为3cm，各成分配比设计如下：A、用水量W参照混凝土控制坍落度3cm时，单方用水量W=189kg。B、水

18、泥用量C选用42.5级普通硅酸盐水泥，根据以下经验式：R28=0.366RcbCW-0.071可得，C=R280.366Rcb+0.071W=200.36642.5+0.071189=256.4(kg)C、单方粉煤灰用量F根据经验式F=WC-0.187C0.791=189256.4-0.187256.40.791=178.3(kg)D、单方石屑用量G1和碎石用量G2混合料密度按2.2t/m3计算，则单方混合料中碎石和石屑的总量为G1+G2=2200-256.4-178.3-189=1576.3(kg)石屑率取0.3，则石屑用量G1=0.31576.3=472.9(kg)碎石用量G2=1576.

19、3-472.9=1103.4(kg)实际工程中，可按上述配比试配，并按坍落度3cm调整用水量。2）确定桩长、桩径、桩间距桩径应符合机械设备要求，本设计取桩径为500mm；桩间距取3-5倍桩径，初步选定为1.5m，三角形布置；把泥灰岩强风化层（W3）作为持力层，则最长的桩长定为17m，嵌入持力层0.5m。路堤下土层分布为： 松软土层。软塑，平均厚度7m，固结快剪强度C=15kPa，固结不排水内摩擦角=8，天然容重=18.1kN/m3，天然空隙比e=1.21，天然含水率w=46.5%，压缩系数为0.25，桩侧摩阻力q1取15kPa，基本承载力0=100kPa； 淤泥质黏土层。软塑流塑，平均厚度9.

20、5m，固结快剪强度C=5kPa，固结不排水内摩擦角=5，天然容重=16.7kN/m3，天然空隙比e=1.3，天然含水率w=43.6%，压缩系数为0.58，桩侧摩阻力q2取10kPa，基本承载力0=50kPa； 泥灰岩强风化层（W3）。天然容重=21.6kN/m3，内摩擦角=40，压缩模量Es=10000MPa，基本承载力0=300kPa； 泥灰岩弱风化层（W2）。天然容重=23.5kN/m3，内摩擦角=55，压缩模量Es=15000MPa，基本承载力0=500kPa。3）单桩承载力计算up=d=3.140.5=1.57mAp=d2/4=3.140.524=0.196P=upi=1nliqi+A

21、pqp=1.57715+9.510+0.196300=372.8kN3PAp=3372.80.196=5706.1kPa1.25，路基稳定性满足要求。6）沉降计算根据土工试验报告，淤泥质黏土的e-p曲线如下表所示：P(kPa)0501002003004008001200e1.3091.2671.2341.1761.1321.0970.9830.918松软土的e-p曲线如下表所示：P(kPa)0501002003004008001200e1.2101.1941.1801.1551.1311.1091.0370.985地基分层厚度为0.5m，分别计算各分层的附加应力和自重应力，用分层总和法计算沉降

22、，计算表如下表所示：其中复合压缩模量Ecs用下式计算，Ecs=Es=sp0对于松软土层，=227.3 /100=2.273 ；对于淤泥质黏土层，=227.3 /50=4.546。加固区下地基为泥灰岩强风化层和弱风化层，压缩模量很大，可视为刚性地基，其沉降可忽略不计。Es=4031.60.5111.11=18.1MPa根据表，沉降计算经验系数ms取0.28。因而路堤的总沉降为：S=msS1+S2=0.28111.11=31.11mm根据工程经验，路基工后沉降约为总沉降的30%，即工后沉降约为9.33mm，小于规范规定的15mm，满足设计要求。3.5 过渡段路基设计 路基过渡段的形式主要有桥路过渡

23、段、路堤与横向结构物(立交框构、箱涵)过渡段、路堤与路堑过渡段等，各种过渡段分别存在地基的沉降过渡和本体及基床的过渡问题。3.5.1 路堤与桥梁过渡段1）过渡段采用倒梯形过渡，级配碎石过渡段长度：L=5+2(H-0.4)，H为台后路堤填高。2）过渡段路基结构型式及材料性能距台尾不小于20m范围过渡段路堤基床表层级配碎石掺入5水泥；表层以下的梯形部分掺入3水泥分层填筑，碎石级配范围应满足表3.5.1-1要求。过渡段范围级配碎石及A、B组填料填筑压实标准应满足表3.5.1-2中规定的要求。过渡段级配碎石中掺入5%水泥，并在路基与桥台结合部位设宽10cm带排水槽的渗水墙，渗水墙采用无砂混凝土块砌筑，

24、长30cm、厚10cm、宽15cm。在渗水墙底部设直径f=100mm(TS-100)透水软管将渗流水排出路基以外。过渡段桥台基坑范围以C15混凝土回填。见图3.5.1。表3.5.1-1桥路过渡段级配碎石的级配范围级配编号通 过 筛 孔(mm) 重 量 百 分 率（%）50403025201052.50.50.075110095-10060-9030-6520-5010-302-10210095-10060-9030-6520-5010-302-10310095-10050-8030-6520-5010-302-10注：颗粒中针状、片状碎石含量不大于20%；质软、易破碎的碎石含量不得超过10%；

25、黏土团及有机物含量不得超过2%。表3.5.1-1 桥路过渡段填料压实标准填 料压实标准地基系数K30(MPa/m)变形模量Ev2（MPa）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配碎石/150/80/5028%A、B组填料/150/60/3528%图3.5.1 桥路过渡段形式3.5.2 路堤与横向结构物（立交框构、箱涵等）过渡段路堤与横向结构物连接处过渡段设置见图3.5.2-1、3.5.2-2。1）过渡段采用倒梯形过渡，级配碎石过渡段长度：L=2+2h2，H为台后路堤填高(涵顶距路基面高度h/1m时)；或L=2+2（H-0.4）(涵顶距路基面高度h1m时)，H为涵洞后路堤填高，h2为涵洞顶距涵后

26、路基地面高。2）过渡段路基结构型式及材料性能A、当涵洞顶部至路基面的高度h1.0m时，涵洞两侧过渡段级配碎石掺5%水泥，涵顶及两侧不小于20m范围路堤基床表层级配碎石掺5%水泥。B、当涵洞顶部至路基面的高度h1.0m时，涵洞两侧过渡段级配碎石掺5%水泥，涵顶及两侧不小于20m范围路堤基床表层级配碎石掺入5%水泥。碎石的级配范围应符合规定；过渡段范围级配碎石及A、B组填料填筑压实标准应满足规范要求。过渡段涵洞基坑回填C15混凝土。当构筑物轴线与线路中线斜交时，应首先采用掺5水泥的级配碎石填筑斜交部分，然后再设置过渡段，以减小路基与涵洞横向刚度的差异。如图1.6。图3.5.2-1路堤与横向结构物连

27、接图（h/1m）图3.5.2-2路堤与横向结构物连接图（h/1m）图1.6 斜交涵过渡段平面示意图3.5.3 路基与路堑过渡段当路堤与路堑连接处为硬质岩石路堑时，在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0. 6 m 左右。并应在路堤一侧设置过渡段，如图3.5.3-1所示。过渡段填筑要求应符合第图3.5.3-1 路堤与硬质岩路堑过渡段示意图当路堤与路堑连接处为软质岩石或土质路堑时，应顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0.6 m 左右。如图3.5.3-2，其开挖部分填筑要求应与路堤相应位置相同。图3.5.3-2 路堤与软质岩路堑过渡段示意图3.5.4 路堑与隧道过渡段土质、软质岩及强风化硬质岩路堑与隧

28、道连接地段, 应设置过渡段, 并采用渐变厚度的混凝土或掺入5% 水泥的级配碎石填筑。4 路基排水设计 4.1 排水工程计算原理4.2 排水工程设计原则 路基要有良好、完善的排水系统。排水设备布置合理，与桥涵、隧道、车站等排水设备衔接配合，有足够的过水能力。设计流量按1/50频率计算。纵坡不小于2，地面平坦或反坡排水地段，仅在特殊困难情况下，可减小至1。排水设施过水截面尺寸根据流量计算。特别注意路基面排水、边坡排水和附属排水系统的衔接。（1）地表排水设计对路基有危害的地面水，设置侧沟、天沟、排水沟及边坡平台截水沟，将水拦截引排至路基范围以外，防止水流冲刷路基。路堤一般双侧均设置排水沟。排水沟平面

29、尽量采用直线，如必须转弯时，其半径不宜小于10-20m，排水沟的长度根据实际需要而定，通常宜在500m以内。排水沟采用C25混凝土现浇，为0.60.6m梯形沟，厚度0.2m，边坡坡率1：1。土质路堑侧沟一般采用C25钢筋混凝土加固，侧沟底宽0.6m、深0.8m矩形沟，厚0.2m；路堤边坡采用骨架护坡时，骨架设置截水缘；采用空心砖+种草防护地段设顺边坡向的横向排水槽，深0.2m，间距15.0m，采用C25混凝土预制构件，厚度0.1m。（2）基床防排水设计路基线间排水无砟轨道间表水通过埋设于线间的PVC透水管汇集入集水井，集水井每间距50m设一个，并通过埋设于路基内（基床表层下一定深度）横向高强度耐压PVC排水管或镀锌铁管（150mm）将水引出路堤坡脚外、排水沟内或路堑侧沟内。集水井及排水管的设置位置与边坡排水设施对应。基床及护肩排水1）无砟轨道路堤、土质和软质岩路堑地段路基基床表层轨道板边缘至路肩设4%排水坡，并铺设沥青混凝土防水层（厚0.08m），基床表水经护肩顶面汇流于路堑侧沟或路堤两侧拦水坎或截水槽,路堤地段