客运专线路基工程设计施工关键技术

客运专线路基工程设计施工中关键技术

二00七年九月

铁道xx勘察设计院路基变形控制路基结构及要求填料及填料改良地基处理提纲0、引言

客运专线是指时速超过200km的高速旅客列车专用铁路。路基作为轨道的基础，必须具有变形小、强度高、刚度大且纵向变化均匀；长期动力稳定性和耐久性等，以确保列车高速、安全、舒适、平顺运行以及最大程度的减少维修工作量。客运专线的路基结构采用了多层结构系统，其标准也较普通铁路有了显著的提高。设计、施工以及验收，对路基变形、基床结构、填料、地基条件及处理等均有明确规定和严格的要求。1.1工后沉降：我国相关规范定义为路基竣工铺轨后产生的沉降，即：示意图中△S2。

一、路基变形控制

变形控制是客运专线路基设计、施工的关键，路基的变形分为两类：路基地基及本体的压密变形（工后沉降）和路基基床弹性变形及塑性变形。

1.1工后沉降

工后沉降由路基本体及地基沉降引起的沉降，大量的实测资料表明：当填料及压实度满足要求时，路基本体压密沉降仅占填土高度的0.1-0.5%，且完成的时间较快（一般在一年左右可完成），故工后沉降主要的考虑是由地基沉降引起的沉降量。各国根据自身情况对沉降控制都提出了严格标准。一、路基工程变形控制

1.1工后沉降一、路基工程变形控制

国别线路等级工后沉降沉降速率mm/年

不均匀降差异沉降错台mm过渡段差异沉降形成的折角一般地段mm桥尾过段mm中国有碴轨道200km/h1508040250km/h1005030300km/h503020无碴轨道300km/h1530mm/20m51/1000德国无碴轨道300km/h1513mm/50m51/500日本无碴轨道260km/h24/1000路基工后沉降控制值

1.1工后沉降（德国）当轨道可按竖曲线（R=0.4V2)圆顺时工后沉降可不大于60mm。一、路基工程变形控制

1.2沉降计算与沉降评估沉降计算：在勘察设计阶段，设计人员根据地质条件、土层物理力学参数、填土高度、地基加固措施、工期等计算总沉降量及工后沉降量，选择合理的地基加固措施。由于地层的不均匀性、参数选取的精度、计算方法的局限性，以及施工过程的影响等因素，与实际沉降存在误差，此时沉降计算只能是一种估算。下图为某路堤实测沉降过程曲线与理论沉降过程对比图，实测值与计算值明显有较大差别，其精度难以满足客运专线高标准要求。一、路基工程变形控制

1.2沉降估算与沉降评估

沉降评估：

根据实测沉降观测资料，利用数学方法，对后期沉降速率、总沉降量、以及工后沉降值进行计算分析。借此，确定是否达到铺轨条件。

沉降观测及评估是确保客运专线路基，尤其是松软土路基沉降得到有效控制的必须环节。一、路基工程变形控制

1.2沉降计算与沉降评估预测铺轨时间：在施工期任意时刻Tn时，可根据拟合曲线预测满足工后沉降（ΔS2)的时间t2，指导下步施工计划的安排预测施工期沉降：合理预留沉降量（基床底层顶面）

一、路基工程变形控制

1.2沉降计算算与沉降降评估过程控制制：根据沉降降观测资资料控制制填土速速率，防防止施工工期间地地基失稳稳、破坏坏。及时评价价地基加加固措施施的有效效性一、路基基工程变变形控制制作为预测测运营期期间可能能的维修修工作量量和周期期的参考考依据。。1.3沉降评估估方法及及精度一、路基基工程变变形控制制双曲线法法t/(st-s0)=α+βtst=s0+1/α+ββtS∞=s0+1/β式中s0:初期沉降降量（t=0）；st-t时刻沉降降量；由由实测的的t/(st-s0)－t的拟合直直线，求求得直线线的截距距α和斜率β时间起点点t0对结果影影响显著著，一般般取停载载3个月后为为宜。1.3沉降评估估方法及及精度一、路基基工程变变形控制制实测沉降降曲线自自拐点B(t0,s0)点开始，，近似采采用指数数曲线延延伸。指指数曲线线方程可可由下式式表示（（式中η常数；tm与Δt相应的中中点时间间）：指数曲线线法由实测的的ln(ΔΔs/ΔΔt）和tm的拟合直直线，求求得直线线的截距距和斜率率，联立立解得η和最终沉沉降量，，并可求求得任意意时间的的沉降量量st:恒载时间间的长短短对计算算结果影影响很大大，恒载载期越长长，计算算得出的的结果误误差越小小。时间间起点t0对结果影影响显著著，一般般取停载载3个月后为为宜。指指数曲线线法的推推算结果果较实值值偏小。。1.3沉降评估估方法及及精度一、路基基工程变变形控制制三点法（（对数曲曲线法））从实测的的早期s－t曲线上选选择停止止加荷后后的三个个时间t1、t2、t3，要求t2-t1=t3-t2,并且t2-t1，t3-t2这样尽可可能大些些。同时时，t3应尽可能能取在s－t曲线的末末端。可可得最终终沉降量量（以上上各式的的时间t均应从修修正的零零点0‘算起）：：1.3沉降评估估方法及及精度推算精度度：不同推算算精度产产生影响响。根据据（的地地基加固固方法、、沉降观观测时间间的长短短以及初初始时间间的选择择等都会会对《软土路基基预留沉沉降量控控制研究究报告》（铁四院院周全能能）对华华东地区区38处软土工工点，实实测沉降降曲线，，采用不不同推算算方法预预测结果果与一年年后实际际沉降值值对比结结果：一、路基基工程变变形控制制

方法地基处理双曲线法（%）沉降速率法（%）三点法（%）Asaoka法（%）指数法（%）复合地基6.75.99.58.5固结排水4.17.05.57.37.9工后沉降降推算方方法误差差1.3沉降评估估方法及及精度双曲线法法、指数数法t0宜选择在在填方至至路肩后后2-3月，且预预压时间间越越长推算算结果精精度越高高，指数数法预测测的结果果偏小。。一、路基基工程变变形控制制三点法沉降计算算点的选选择对结结果影响响很大，，与修正正时间O’无关Δt取值越大大，t1至推算时时间终点点越远，，其推算算结果越越接近实实测值。。沉降速率率法与加载时时间、速速率的确确定有关关。推算算过程复复杂，计计算工工作量大大；星野法最优t0，s0确定困难难。选择择的合理理与否对对推算结结果影响响较大1.3沉降评估估方法及及精度沉降观测测重点：软土、、松软土土地段、、过渡段段、其他他不良地地质地段段等。主主要观测测路肩面面沉降，，地基必必须进行行代表性性沉降观观测。对于无碴碴轨道，，路堤均均应进行行沉降观观测，观观测断面面间距一一般为50。测量精度度：±1mm曲线回归归的相关关系数：：≥0.92预测时间间：S(t)/S(t=∞∞)≥75%(S(t)预测时观观测值；；S(t=∞)预测的最最终沉降降值））间隔不少少于3个月时间间两次预预测最终终沉降量量差值：：≤8mm一、路基基工程变变形控制制1.4沉降评估估实例京沪高速速昆山试试验段，，软土厚厚12.6m，深层搅搅拌桩加加固；采采用双曲曲线法推推算其2004年9月以后沉沉降值为为2.7cm，加上轨轨道荷载载引起的的沉降（（计算值值约为2.5cm），可满满足工后后沉降要要求。一、路基基工程变变形控制制p-t-s图。1.4沉降评估估实例京沪高速速昆山试试验段软软土厚7.2m；塑排水水板超载载预压加加固软土土地基采采用双曲曲线法推推算目前前荷载水水平下工工后沉降降值为3cm。一、路基基工程变变形控制制卸载后再再加载沉沉降推算算过程较较为复杂杂，从理理论上讲讲，只要要工作荷荷载不大大于超载载，其工工后沉降降值就不不会大于于超载条条件下的的推算值值，可满满足工后后沉降标标准。但但也有例例外，主主要是由由于超载载高度、、超载时时间不够够，推算算精度引引起的。。p-t-s图。1.5路基面动动变形路基面变变形是由列车车动荷载载引起的的基床变变形。包包括弹性性变形和和塑性变变形，它它对乘车车舒适度度、轨道道平顺性性的日常常养护维维护等影影响极大大。路基面的的变形直直接反映映了路基基的综合合刚度，，与路基基结构类类型、基基床表层层厚度、、基床底底层刚度度有关。。秦沈线线实测值值：0.47-0.94mm。塑性变变形按5mm考虑。动变形与与列车轴轴重、行行车速度度、轨道道状态、、以及基基床结构构、填料料，压实实度等关关系密切切。一、路基基工程变变形控制制1.3路基面动动变形动应力与与轴重和和行速度度关系σd=0.26P(1+αv)(规范）σd=2.4P（1+8.3×10-5V）(铁科院））一、路基基工程变变形控制制1.3路基面动动变形基床表面面动应力力与车速速的关系系：一、路基基工程变变形控制制1.3路基面动动变形基床动应应力与基基床动变变形的关关系一、路基基工程变变形控制制1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制室内模型型试验（（西南交交大）数数据表明明，当基基床厚度度从0.7m减少至0.3m时，在相相同动应应力水平平下，基基床表层层动变形形增加34%，基床底底层顶面面动变形形增加103%、动应力力增加67%。基床表层层厚度对对动力响响应值的的影响1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制不同应力力水平对对塑性变变形的影影响路基基床床承受的的是高速速列车长长期动荷荷载，大大量试验验证明土土体在长长期动荷荷载反复复作用下下，其塑塑性变形形也随之之增大，，当动应应力值大大于某一一定值（临界动动应力））时，随着着震动次次数的增增加，塑塑性变形形将逐步步发展直直至破坏坏。1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制不同应力力水平对对塑性变变形的影影响下图：不不同应力力水平下下花岗岩岩风化物物填料累累计塑性性变形与与重复加加载关系系曲线（（西南交交大）。。表明该该类填料料在本试试验条件件下的临临界动应应力95kpa左右。1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制不同不同同含水量量对塑性性变形的的影响含水量（%）塑性应变回归方程100万次加载时预测累积应变（%）100万次加载时2.3米厚的风化花岗岩基床预测最大累积塑性变形（mm）13.78Y=0.0799Ln(x)-0.00471.1025.310.07Y=0.0114Ln(x)-0.00680.153.510.07（90%的压实度）Y=0.0262*Ln(X)+0.00080.368.38.16Y=0.0126Lnx+0.0080.184.2备注：回归方程中X代表加载次数，Y代表塑性应变（%）；最大动应力为50Kpa1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制（昆山、安安亭等））试验研研究数据据表明，，当底层层填料及及压实满满足暂规规要求时时，不同同底层填填料其基基床表层层动力响响应值无无明显差差别。但但当底层层填料刚刚度较小小（路基基综合刚刚度降低低）时，，路基面面将产生生较大的的塑性变变形。不同底层层填土的的影响1.3路基面动动变形一、路基基工程变变形控制制不同底层层填土的的影响基床底层层填料为为粉土基床底层层填料为为改良土土宁启线试试验工点点（铁科科院）基基床底层层为粉土土时的塑塑性变形形值是基基床底层层为改良良土时的的4倍。1、各国路基基标准横横断面为了提供供一个强强度高、、刚度大大且纵向向变化均均匀、并并具有长长期动力力稳定和和耐久性性以为及及防渗、、抗冻等等良好的的轨道基基础，各各国对基基床表层层均采取取了强化化措施A、法国TGV二、路基基结构及及要求基床由覆覆盖层20~35cm，封堵层层35~50cm，上层土土方100cm组成，覆覆盖层及及封堵层层均有各各自严格格的级配配要求，，R=LA+MDE≤40%（80%），Kh≥1，EV2≥120Mpa（80Mpa），上层层土方要要求Kh≥0.95，EV2=45~60Mpa。1、各国路基基标准横横断面A、法国TGV二、路基基结构及及要求1、各国路基基标准横横断面B、德国高高速铁路路(300km)二、路基基结构及及要求基床由保保护层≥≥20cm，防冻层层（40cm）组成，，采用工工厂配制制的矿物物材料混混合物填填筑。保保护层级级配KG1（不透水水）渗水水系数K≤1××10-6m/s，防冻层层级配KG2，不均匀匀系数≥≥15。各层之间间颗粒粒粒径及组组成均满满足隔离离和过滤滤准则（（D15﹤4d85)。保护层层加防冻冻层总厚厚度≥0.7m，Kh≥1，EV2≥≥120Mpa（80Mpa）。EVd≥≥50MN/m。1、各国路基基标准横横断面B、德国高高速铁路路(300km)二、路基基结构及及要求1、各国路基基标准横横断面C、日本新新干线基床表层层：沥青青混凝土土厚5cm，级配碎碎石厚30cm（基床底底层K30≥11kgf/cm3）或厚65cm，（基床床底层7kgf/cm3≤K30＜11kgf/cm3）；2．基床底底层：厚厚230~265cm。二、路基基结构及及要求1、各国路基基标准横横断面D、中国二、路基基结构及及要求路基基床床由表层层与底层层组成。。表层级级配碎石石或级配配砂砾石石厚0.7m（无碴：：0.4m），k30≥≥190Mpa，EVd≥≥55MN/m。基床底底层厚2.3m，K30≥≥110Mpa。相关的试试验研究究资料表表明，目目前我国国所采用用的基床床结构及及标准，，其动力力响应值值可满足足客运专专线高速速运行的的要求。。1、各国路基基标准横横断面D、中国二、路基结构构及要求双块式1、各国路基标准准横断D、中国二、路基结构构及要求板式1、各国路基标准准横断面二、路基结构构及要求1、各国路基标准准横断面E、各国路基面面结构尺寸国别项目法国德国日本中国速度v（km/s）230270300230-300200-300200250300-350断面宽度s（m）13.4013.6013.9013.7-14.011.4012.313.80线间距a（m）4.04.24.54.74.34.24.65.0距接触网距离（m）3.13.653.1路肩宽度c（m）2.0-2.21.65-1.901.0-1.41.01.4H1（m）h1（cm）20-3520-355607070（40）h2（cm）35-504530-60H2（cm）100120-135235-265190230230基床厚度（cm）170200-250300250300300二、路基结构构及要求1、各国路基标准准横断面F、基床表层材材料级配曲线线二、路基结构构及要求1、各国路基标准准横断面F、基床表层材材料级配曲线线二、路基结构构及要求1、各国路基标准准横断面F、基床表层材材料级配曲线线二、路基结构构及要求1、各国路基标准准横断面F、基床表层材材料级配曲线线二、路基结构构及要求二、路基结构构及要求2、过渡段路桥过渡段主主要结构式：：正梯形倒梯形二次过渡二、路基结构构及要求2、过渡段其他过渡段形形式涵洞-路堤过渡路堑-路堤过渡路堑-隧道过渡二、路基结构构及要求2、过渡段功能：控制不同结构构物间沉降差差异。刚度过渡二、路基结构构及要求2、过渡段不同地基处理理过渡及工序序安排压实标准控制参数中国日本德国法国压实系数Kh▲▲▲▲地基系数K30▲▲相对密度Dr△孔隙率n▲承载比、回弹模量含气率na▲▲变形模量Ev2▲▲变形模量Evd▲▲△小型贯入N10△二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准各国铁路路基基质量检测方方法路基质量检测测：采用压实度与与力学指标双双控检测。主要目的：评价路基的强强度、抗变形形能力（K30、Ev2、CBR、回弹模量等等均是评价路路基这种能力力的指标，或或参数)。铁路主要检测测方法检测方方法国别项目中国日本法国德国200-250300-350200-300≥200≥200压实系数Kh基床表层1.01.030.951.01.0基床底层0.950.950.950.950.97本体0.900.900.900.900.97地基系数K30(Mpa/m)基床表层190190170基床底层110-150110-15070-110本体90-13090-130变形模量

Ev2(Mpa)基床表层1201201208080基床底层605060本体5045变形模量Evd(Mpa)基床表层5550基床底层35-50本体35二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准各国铁路路基基压实控制标标准二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准各国铁路路基基压实控制标标准欧洲各国采用用Kh，Ev2控制，日本采采用Kh、K30控制路基的（纵向向）均匀性（包括填料及及压实度）控控制是路基质质量控制的重重要内容。主主要通过填料料、摊铺厚度度、含水量、、压实机械和和碾压遍数（（法国采用Q/S控制）等全过程控制其压实度、均均匀性，同时时配合其他检检测方法。二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准K30K30=σs/S(Mpa/m)地基系数K30实际上是一个个地基刚度系系数。K30值可以转换成成模量。Es=1.57(1-v2)RKs式中：R--板的半径；--泊松系数；ks--Westergaard系数；Ks=30/75＊K30二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准Ev2Ev2=1.5·r·1/（a1+a2·σ0max）(Mpa)采用直径为30cm的荷载板一次次加载、卸载载后，二次加加载测得的应应力—位移曲线上0.3×σ0max和0.7×σ0max之间的位移割割线斜率。通通过二次多项项式方程计算算得到.二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准路基基床设计计方法强度控制法：：控制基床的的动强度，使使基床的动强强度大于列车车运行时在路路基所产生的的最大动应力力（作用在基基床的动应力力不超过基床床填料的临界界动应力）的的方法。变形控制法：：控制在列车车作用下路基基面的变形小小于规定值。。对于无碴轨道道，通常将钢钢轨（包括弹弹性扣件）、、轨道板（枕枕）、水硬性性混凝土层、、路基基床看看作连续支撑撑系统，在荷荷载作用下，，路基面弹性性变形不能超超过相关规定定，以便使钢钢轨应力、钢钢轨扣件力、、道床板弯曲曲力矩、钢轨轨挠曲等满足足相关要求。。Ev2，K30均是通过平板板载荷试验获获得，均是土土体强度的表表征指标二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准路基压实质量量连续监测法法法国Q/S法（压实能法法）：（Q/S压实能量和材材料数量的比比率，Q：土量（厚度度）、S在相同时间里里碾压设备碾碾压填料面积积（碾压次数数））e填料压实厚度度、V碾压设备速度度、N荷载系数二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准路基压实质量量连续监测法法瑞典CMV法（压实计法法）：该方法通过安安装在振动压压路机振动轮轮上的传感器器测试振动轮轮的反应来评评价压实质量量。目前北欧欧一些国家使使用，并纳入入了有关规范范。二、路基结构构及要求3、路基质量主要要检测方法及及标准路基压实质量量连续监测法法瑞典CMV法压实计生产产厂家已给出出不同填料的的CMV值的变化范围围，现场还需需要根据与常常规试验对比比，得到CMV与压实度、模模量等关系。。专用钻探取芯芯（少量）特特殊检测连续惯入试验－特殊检测二、路基结构构及要求3、路基质量主主要检测方法法及标准主要检测设备备及压实设备备Ev2检测设备二、路基结构构及要求3、路基质量主主要检测方法法及标准主要检测设备备及压实设备备K30检测设备二、路基结构构及要求3、路基质量主主要检测方法法及标准主要检测设备备及压实设备备Evd检测设备二、路基结构构及要求3、路基质量主主要检测方法法及标准主要检测设备备及压实设备备1、各国路基填料料分类三、填料及填填料改良目前各国及我我国工程界各各部门对于土土质分类法尚尚无统一完整整的体系。土质分类：土土颗粒组成及及特征(不均匀系数Cu和曲率系数Cc表示)、土的塑性指指标（液限、、塑性指数））、土中有机机质含量等。。岩石：强度、、抗风化能力力等。德国、法国等等（根据细粒粒含量）分为为：粗颗土填填料、混合土土填料、细粒粒土填料三大大类。中国（根据粗粗颗粒含量））分为：碎石石土、砂类土土、细粒土填填料三大类。。日本分为：：粗粒土和细细粒土两大类类。1、各国路基填料料分类A、法国填料分分类共分五级：A级：细粒土，，B级：细砂砾土土，C级：含细粒及及粗粒土（粗粗细粒混合土土），D级：水稳性好好的土，R级：岩块（包包括易分化和和不易风化））。三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类A、法国填料分分类三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类A、法国填料分分类三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类A、法国填料分分类三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类B、德国填料分分类三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类C、日本填料分分类三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类c、日本填料分分类日本细粒填料料采用的塑性性图三、填料及填填料改良1、各国路基填料料分类D、我国填料分分类标准三、填料及填填料改良一级定名二级定名填料分组类别名称说明细粒含量粒配名称符号岩块块石类硬块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50％(不易分化，尖棱状为主)／硬块石RhA软块石粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的；50％(易风化，尖棱状为主)／不易风化的软块石Rs-pB易风化的软块石Rs—nC风化的块石Rs-wD漂石土粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50％（浑圆或圆棱状为主)<5良好级配好的漂石RbWA不良级配不好的漂石RbPB5％～15％良好级配好含土漂石RbW-FA不良级配不好的含土漂石RbP-FB≥15％／土质漂石RbFB、C碎石类卵石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50％（浑圆或圆棱状为主)<5良好级配好的卵石RgWA不良级配不好的卵石RgPB5％～15％良好级配好的含±卵石RgW-FA不良级配不好的含土卵石RgP-FB≥15％／±质卵石RgFB、C碎石土粒径大于60mm颗粒的质量超过总质量的50％(尖棱状为主)<5良好级配好的碎石RcWA不良级配不好的碎石RcPB5％～15％良好级配好的含土碎石RcW-FA不良级配不好的含土碎石RcP-FB≥15％／±质碎石RcFB、C一级定名二级定名填料分组类别名称说明细粒含量粒配名称符号粗砾土砾石类粗砾土粒径大于20mm颗粒的质量超过总质量的50％<5良好级配好的粗砾GcWA不良级配不好的粗砾GcPB5％～15％良好级配好的含土粗砾GcW-FA不良级配不好的含土粗砾GcP-FB≥15％／±质粗砾GcFB、C细砾土粒径大于2mm颗粒的质量超过总质量的50％<5良好级配好的细砾GfWA不良级配不好的细砾GfPB5％～15％良好级配好的含土细砾GfW-FA不良级配不好的含土细砾GfP-FB≥15％／土质细砾GfFB、C砂类砾砂粒径大于2mm颗粒的质量占总质量的25％～50％<5良好级配好的砾砂SgWA不良级配不好的砾砂SgPB5％～15％良好级配好的含土砾砂SgW-FA不良级配不好的含土砾砂SgP-FB≥15％／土质砾砂SgFB粗砂粒径大于0.5mm颗粒的质量超过总质量的50％<5良好级配好的粗砂ScWA不良级配不好的粗砂ScPB5％～15％良好级配好的含土粗砂ScW-FA不良级配不好的含土粗砂ScP-FB≥15％／土质粗砂ScFB中砂粒径大于0.25mm颗粒的质量超过总质量的50％<5良好级配好的中砂SmWA不良级配不好的中砂SmPB5％～15％良好级配好的含土中砂SmW-FA不良级配不好的含土中砂SmP-FB≥15％／土质中砂SmFB细砂粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的85％<5良好级配好的细砂SfWB不良级配不好的细砂SfPC5％～15％／含土的细砂Sf-FC／土质细砂SfFC1、各国路基填料料分类D、我国填料分分类标准三、填料及填填料改良速度部位300～350km/h200km/h基床表层级配碎石级配砂砾石级配砂砾石级配碎石中粗砂中粗砂基床底层B组填料或改良土B组填料及改良土路堤本体优先选用A、B组填料和C组块石、碎石、砾石类填料；当选用C组细粒土填料时，根据土源性质进行改良后填筑采用A、B组及C组中的块石、碎石、砾石类填料；当选用C组填料中的细粒土、粉砂和软块石土时，应进行改良。2、我国高速客运运专线路基填填料要求三、填料及填填料改良3、路堤填料改良填料改良是指在原土中中添加某种材材料，使之与与土发生一定定的物理化学学反应，以改改变原土的物物理力学性质质。填料改良良已在国内外外高速铁路、、公路土方工工程中广泛应应用，各国均均制订自己的的“技术准则”或“工法”。物理改良：通过在原土中中添加某种粒粒径的土（石石）料，改善善其级配（Cc，Cu）特性，提高高物理力学性性能及压实性性。化学改良：通过在原土中中添加固化剂剂（水泥、石石灰、粉煤灰灰等）使之发发生物理化学学反应，如阳阳离子交换、、胶凝、碳化化结块等作用用，改善土的的物理力学性性质，增加强强度。同时，，降低填料的的含水量，便便于施工、压压实。三、填料及填填料改良3、路堤填料改良－－－细粒填料改良步骤：①原土各类物物理、力学、、水稳性试验验。②各类添加剂剂改良土相关关试验，确定定添加剂及配配方（经计、、技术、控制制性指标改善善情况）。③现场工况试试验，确定现现场添加剂用用量及工艺。。三、填料及填填料改良添加剂：石灰、水泥、粉粉煤灰、沥青、、合成固化剂、、合成树脂等。。添加剂的选用用：一般情况下下，塑性指数较较高的粘性土采采用石灰；砂类类土采用水泥。。3、路堤填料改良－－细细粒填料改良效果（技术术与经济）控制制：综合考虑各类物物理力学性质的的改善，合理确确定添加剂、配配方。控制性指标：无无侧限抗压强度度qu（KPa）。CBR值可作为重要参参考指标。对于于膨胀土填料改改良，则还应注注意其胀缩性（（膨胀力、无荷荷膨胀率、有荷荷膨胀率、收缩缩系数）的改善善。现场强度与室内内强度关系：qu（现场）=0.6-0.7qu（室内）如基床床底层相应强度度要求qu=450-500KPa；则室内强度qu=650-850KPa左右。三、填料及填料料改良3、路堤填料改良－－细细粒填料三、填料及填料料改良法国高速铁路线线路土壤处理高速铁路线土壤类型石灰或水泥处理类型处理的土方部分东南线（巴黎–

里昂）(1977至1979、1979至1981)粉土和砾质粘土石灰1%至3%路堤本体和PST大西洋线（巴黎-勒芒-图尔）（1985至1988）粉土和沙质粘土石灰1%to3%路堤本体和PST«

PERCHE

»型沙土水泥6%为高速铁路线路封堵层进行的试验燧土石灰1%至2%为了运营列车从PST上过北方线（巴黎-里尔-加莱）(1989至1992)粉土和沙质粘土石灰1%至3%路堤本体和PST白垩土（R12-R13根据GTR） 石灰1,5%至3%路堤本体和PST白垩土（R12-R13根据GTR）水泥2%至4%路堤底层>10

m高罗纳-阿尔卑斯线（里昂–

瓦郎西安）（1989至1992）粉土石灰1%至3%路堤本体和PST砂岩石灰1%至3%路堤本体和PST地中海线（瓦郎西安-马赛）（1996至1999）粉土石灰1%至2%路堤本体和PST3、路堤填料改良－－细细粒填料颗粒粒径变化：：粘性土改良后其其粒径组成发生生明显变化，粘粘粒(＜0.005mm）含量从40-60%下降至10-15%；粉粒(0.005-0.075mm)含量从30-45%增加至50-60%；砂粒（＞0.075mm）从1-10%增加至≥20%。塑性指数降低：：从一般18-27降至8-13。水理性明显改善善：崩解试验48小时无崩解，长长期饱和强度无无变化。其他：可压实性增加。。降低天然含水水量，缩短晾晒晒时间等三、填料及填料料改良粘性土改良效果果实例4、改良效果三、填料及填料料改良合宁线膨胀土改改良（前后）粒粒径分布曲线图图新长线下蜀粘土土改良试验结果果改良剂掺和比颗粒级配%（mm）无侧限抗压强度（kPa）饱和无侧限压强度（kPa）收缩自由膨胀率%≥0.050.05-0.005≤0.005体缩%缩限%原土14.152.033.9779破坏9.79.915.00水泥318.664.516.912474648.96.61.05水泥518.664.516.915629697.210.30.32生石灰3840457生石灰536.751.312.08795216.713.00.33生石灰749.244.09.89555626.810.91.52熟石灰3814340熟石灰546.244.09.88597037.312.10.04三、填料及填料料改良4、改良效果xx线中膨胀土（部部分）力学特性性变化

项目

原状土夯实土

改良土生石灰（5%）熟石灰（5%）有荷膨胀率(%)50Kpa011.800100Kpa08.200150Kpa05.700无荷膨胀率（%）1.8-5.230.1-3200.8膨胀力（Kpa）32-54392-4331229无侧限强度（Kpa）224-384720-800909987饱和无侧限强度（Kpa）48-603.0-3.7548545收缩系数（%）0.49-0.590.41-0.810.390.41三、填料及填料料改良4、改良效果改良土现场强度度增加曲线三、填料及填料料改良5、改良填料施工工工艺与工法厂拌法：采用专用的破碎碎、拌和机械工工厂化生产。主主要优点是拌和和均匀，质量易易控，但成本高高、效率低。主主要工艺流程：：填料摊铺、晾晾晒---含水量检测---填料入仓---机械破碎---粒径检测---添加剂含量检测测---添加剂+破碎料机械拌和和----均匀性检测---出厂---摊铺、平整、碾碾压。三、填料及填料料改良改良填料施工工工艺分厂拌法，，路拌法和集中中场拌法路拌法：采用路拌机械在在路堤施工现场场拌和。方法简简便，成本低，，对含水量要求求不高。但受气气候影响大，污污染较大。主要要工艺流程：填填料摊铺、晾晒晒---添加剂含量检测测---拌和---含水量、均匀性性检测---平整、碾压。场拌（集中路拌拌）法：采用路拌机械集集中在场地（如如取土场、专用用拌和场）内拌拌和，其拌和工工艺与路办法相相同。可减少对对施工沿线的污污染。5、改良填料施工工工艺与工法法国TGV路基工程施工现现场三、填料及填料料改良5、改良填料施工工工艺与工法法国TGV路基本体路拌法法施工法国TGV上部土方路拌法法施工三、填料及填料料改良5、改良填料施工工工艺与工法法国TGV路拌法施工－含含灰量控制方法法三、填料及填料料改良5、改良填料施工工工艺与工法日本新干线厂拌拌法施工三、填料及填料料改良5、改良填料施工工工艺与工法京沪高速试验工工点路拌法施工工三、填料及填料料改良4、改良填料施工工工艺与工法京沪高速试验工工点厂拌法施工工三、填料及填料料改良6、软岩改良软岩填料改良主主要内容矿物成分分析，，是否存在不利利于长期稳定的的矿物成分;水稳性、抗崩解解风化能力分析析，以及崩解后后的颗粒组成、、物理力学特性性;动力特性分析;现场压实特性、、压实工艺试验验等。三、填料及填料料改良1、地基条件四、地基处理客运专线对路基基的沉降变形控控制有着严格的的要求，对天然然地基土地基条条件提出了评判判标准，不符合合要求的工点需需进行沉降分析析。地层地基条件基岩无条件块碎石土无条件砂类土PS≥5.0Mpa或N≥10，且无液化可能粘性土PS＞1.2MPa；[]≥0.18MPa路堤地基条件评评判一览表对于无碴轨道路路基，粘性土地地基原则上均应应进行沉降检算算2、地基处理分类类四、地基处理地基处理的目的的是为了提高地地基承载力，减减少地基沉降。。地基处理方法非非常多，一般可可以分为以下几几类：排水固结法(排水砂井、塑料料排水板、超载载预压、真空预预压等）。复合地基法：柔性桩复合地基基（深层搅拌桩桩、旋喷桩），，刚性桩复合基基础（CFG桩、混凝土管桩桩等）其他方法浅层换填、加筋筋、灌浆、强夯夯等。3、低路堤(路堑)地基处理低路堤定义四、地基处理低路堤高度的确确定没有统一的的标准，通常认认为最大高度小于2m的路基称之为低低路堤。一般可以把路堤堤高度小于动荷荷载能够对地基基土产生较大影影响高度的路堤堤称之为低路堤堤。随着速度和和轴重的提高，，有专家认为H≤4m属于低路堤。由于动荷载水平平与轨道状态有有关，因此，有有专家建议轨道道状态良好时为为2m，轨道状态不良良时按3m考虑。我国暂规规定，，当H≤3m，且存在Ps≤1.5Mpa[σ]≤≤0.18Mpa时，地基需进行行处理。四、地基处理低路堤对行车的的影响由于低路堤地基基土承受较大的的动荷载，而可可能产生较大的的塑性变形。当地基土产生沉沉降特别是产生生不均匀沉降时时，对轨道的影影响程度要远大大于高路堤的影影响。因为，路路堤自身具有一一定抗变形、调调节应力的能力力，路堤越矮这这种能力就会越越小。因此，低低路堤处处理必须须从地基基条件及及动力响响应两方方面考虑虑。即使使采用了了地基深深层处理理，其顶顶部必须须要有足足够的高高度（厚厚度），，以满足足基床的的均匀性性要求。。设计与与施工都都要引起起高度重重视。3、低路堤堤(路堑)地基处理理3、低路堤堤(路堑)地基处理理低路堤对对行车的的影响四、地基基处理3、低路堤(路堑)地基处理理低路堤对对行车的的影响四、地基基处理3、低路堤(路堑)处理换填处理理四、地基基处理换填深度度应考虑虑地基条条件及地地基土受受动荷载载的影响响。换填填厚度必必须满足足基床底底层顶面面满足K30≥≥110(150)Kpa要求；基基床范围围内不得得夹有PS＜1.2MPa；[]≤0.18MPa的土层。。对于一般般土层、、风化岩岩层换天天厚度1-1.5m。换填措措施除要要考虑岩岩土性质质外，还还要充分分考虑地地下水的的影响。。做好防防排水。。3、低路堤（路堑）处理德国低路路堤与路路堑换填填示意图图四、地基基处理德国规定定低路堤堤及路堑堑基床范范围内地地基土全全部进行行换填，，换填厚厚度2.5m3、低矮路堤堤（路堑堑）处理理特殊土低低路堤、、路堑二、路基基结构及及要求膨胀土应综合考考虑上覆覆荷载、、地基土土膨胀力力、有荷荷膨胀率率、胀缩缩影响深深度、地地下水变变化等因因素，确确定换填填深度））。湿陷性黄黄土地基处理理及表层层封闭特殊土路路堑侧沟沟平台，，路堤坡坡脚一定定范围封封闭，加加强排水水。4、排水固固结法四、地基基处理排水固结结法：是指利用用排水固固结原理理，在软软土地基基内设置置竖向排排水体，，铺设水水平排水水垫层，，在上覆覆荷载（（固结压压力）作作用下，，排除土土体内孔孔隙水、、提高土土体强度度，以达达到提高高地基承承载力减减少工后后沉降目目的的一一种加固固地基方方法。排水固结结法由加加压系统统和排水水系统两两个部分分组成：：加压系统统（上覆覆荷载））：等载载预压、、超载预预压、真真空预压压、堆载载与真空空联合预预压。排水系统统：砂井井、袋装装砂井、、塑料排排水板、、砂垫层层。4、排水固固结法塑料排水水板施工工四、地基基处理目前国内内没有定定型的专专用塑料料排水板板施工机机械产品品，塑料料排水板板施工必必须使用用套管。。根据施打打方法可可分为：：静压式（（静压力力20-30kN)震动式(激振力1-2kN)工艺流程程：砂垫层施施工—板位放样样—插板机定定位—插管至标标高—上拔桩管管—切割排水水板（外外露30cm)—回填排水水板孔—移机4、排水固固结法四、地基基处理塑料排水水板施工工现场4、排水固固结法真空预压压四、地基基处理真空预压压是排水水固结法法的一种种加压方方法，其其排水系系统与常常规堆载载法的完完全一致致。真空空预压法法是通过过在砂垫垫层及竖竖向排水水体中形形成的负负压，使使土体排排水固结结。在道道路地基基加固实实践中还还通常采采用真空和堆堆载联合合预压法法，加快地地基固结结。还可可利用真真空负压压来取代代超载土土方，消消除工作作荷载引引起的附附加沉降降。真空预压压条件：：无砂夹夹层（漏漏气）。。工艺要点点：真空空泵功率率满足要要求；真真空虑管管布置合合理；密密封性控控制好。。4、排水固固结法真空预压压工程照照片：埋埋设真空空管路四、地基基处理4、排水固固结法真空预压压工程照照片四、地基基处理铺设密封封膜4、排水固固结法真空预压压工程照照片四、地基基处理设置密封封沟抽真空5、复合地地基四、地基基处理复合地基基是指天天然地基基在地基基处理过过程中部部分土体体得到增增强或被被置换，，或在天天然地基基中设置置加筋材材料，加加固区是是由原基基体和增增强体两两部分组组成的人人工地基基。散体材料料复合地地基:碎石桩复复合地基基、砂桩桩复合地地基等。。柔性桩复复合地基基：深层搅拌拌桩复合合地基、、旋喷桩桩复合地地基等。。刚性桩复复合地基基:CFG复合地基基、管桩桩复合地地基、钢钢筋混凝凝土复合合地基等等5、复合地地基四、地基基处理复合地基基处理基基本形式式：刚（柔)性桩复合合地基标标准断面面形式:5、复合地地基四、地基基处理复合地基基计算对路基（（柔性荷荷载）作作用下，，CFG复合地基基、管桩桩复合地地基、钢钢筋混凝凝土桩复复合地基基等的荷荷载传递递、加固固机理、、加筋（（土工格格栅）碎碎石垫层层的作用用、沉降降计算方方法等还还有待进进一步研研究。《建筑地基基处理规规范》：复合地基基承载力力特征值值：fspk=m(Ra/Ap)+β(1-m)fsk复合模量量为天然然地基模模量的ζ=fspk/fsk倍5、复合地地基四、地基基处理英国：假设桩顶顶以上填填土必须须有足够够的高度度,土体中方方能形成成完整的的拱。规规程中称称此最小小高度为为临界高高度,Hc=1.4(s-a),s桩中心距距,a为桩帽宽宽。填土土高度H<Hc时,拱不能完完全形成成。复合地基基计算受力分析析模型：5、复合地地基四、地基基处理复合地基基计算受力分析析模型：北欧：计计算模式式采用楔楔形拱假假设。三三角形楔楔的顶角角为30°,高度为(s-a)/2tan15°°,在任何路路堤高度度条件下下,作用在桩桩间土上上的荷载载都等于于楔形体体的土重重,不考虑外外荷的影影响。5、复合地地基四、地基基处理复合地基基计算受力分析析模型：日本：用荷重分分散角α计算拱的的形成范范围。根根据分散散角、桩桩间净距距和填土土高度,可将桩间间土所承承受的荷荷载计算算分为A,B,C3个区段。。若路基基面在A区间,即三维拱拱完全形形成时,桩间土所所承受的的荷载等等于三维维锥形(a—a断面以下下)土体自重重,不考虑a—a断面以上上填土重重和外荷荷,即W0=γV（kN）5、复合地地基四、地基基处理CFG桩（水泥粉粉煤灰碎碎石桩））复合地基基:由CFG桩和褥垫垫层组成成。褥垫层起到调整、均化竖向向应力作作用。使得桩、、褥垫层、桩间土共同作用从而提高高复合地基基承载力力。CFG桩适用范范围较广广，可用用于处理理粘粉土土、砂土土、人工工填土和和淤泥质质土等地地基；桩身强强度C10-C15；处理深深度20-30m。具有总沉降变形形小、沉沉降稳定定快等特特点。5、复合地地基四、地基基处理CFG桩（水泥粉粉煤灰碎碎石桩））复合地基基:该项技术术是目前前客运专专线软土土地基加加固主要要方法之之一施工完成后CFG桩CFG桩施工全全景图5、复合地地基四、地基基处理CFG桩（水泥粉粉煤灰碎碎石桩））复合地基基:施工方法法：长螺旋施施工：对相邻桩桩体的影影响很小小，穿透透地层能能力较强强，排土土量大，，由于混混凝土的的塌落度度较大会会出现桩桩体突然然下坐的的现象，，需补方方处理。。振动沉管管施工：：对已打桩桩体的影影响较大大，易出出现浅层层断桩。5、复合地地基四、地基基处理CFG桩（水泥粉粉煤灰碎碎石桩））复合地基基:试桩振动沉管管桩：桩桩机配重重、提管管速度（（1.2-1.5m/min)、施打顺顺序、预预留桩长长、混凝凝土坍落落度等施施工参数数。长螺旋桩桩机：终终孔电流流、拔管管速度、、混凝土土泵送压压力以及及混凝土土坍落度度等。记录：包包括地质质土层变变化情况况、混凝凝土充盈盈系数、、挤土效效应的桩桩顶位移移和标高高变化等等数据。。确定施工工参数：：对试桩桩（28天）进行行小应变变和静载载试验，，以及浅浅层开挖挖，测量量顶部缩缩径情况况和浮浆浆厚度等等，以验验证不同同工艺参参数施工工的成桩桩效果。。确定合合理施工工参数和和终孔条条件。5、复合地基四、地基处理CFG桩（水泥粉煤灰碎石石桩）复合地基:CFG桩加固地基实例（（沿海铁路）：填填土高5.5，软厚土11-19m,桩长23~24m。其上铺设厚0.4m碎石垫层，中间设设单层双向土工格格栅。实测总沉降降量6-8cm，沉降控制效果良良好。5、复合地基四、地基处理CFG桩（水泥粉煤灰碎石石桩）复合地基:节点时间垫层施工完毕填筑完成恒载1个月恒载半年恒载1年桩头平均应力（kPa）25.40229.80238.80250.60254.40桩间土平均应力（kPa）28.6732.6725.679.837.17桩土应力比0.897.039.3025.4835.50日期垫层施工完毕填筑完成恒载1