1、29 高速铁路的设计规范条文说明1112路基6.1.1 详细的工程勘察是高速铁路路基设计的基础，必须高度重视。工程实践表明，路基工程必须通过地质调绘和足够的勘探、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构基础等的岩土结构及其物理力学性质，查明不良地质情况，在取得可靠地质资料的基础上开展设计，才能保证路基满足高速列车运行的安全、平稳和舒适。国内大量的铁路路基病害的产生也多为勘察不足，没有查明不良地质情况，设计和施工中路基填料来源和性质差别大，再加上路基施工管理、质量控制不严等造成的。高速铁路路基主要的工程风险为地基的复杂性和填料性质的变异性，因此必须加强地质勘察工作，查明地质条件和填料工程性质，提供
2、满足评价地基和路基结构物变形的地质资料。6.1.2 路基工程与桥梁、隧道一样，是铁路轨下基础工程的重要组成部分，是保证列车高速、安全、舒适运行系统中的关键工程。路基主体工程一旦破坏，维修难度高，对于运营的影响大，因此，必须按结构物设计。其地基处理、基础结构及直接影响路基稳定与安全的支挡等工程必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，其设计使用年限不应小于100年。填筑路基通过加强排水和防护、严格控制填料材质及压实质量，其强度及变形性能一般不随时间而衰减，甚至会出现增强和提高的情况。 6.1.4 高速铁路对路基填料的材质、级配、水稳性和密实度有着较高的要求。根据秦沈客运专线、武广客运专线、哈大客运专线
3、、京沪高速铁路等的施工经验，我国铁路对填料的划分较粗，尤其是粗颗粒填料在实际施工填筑中存在填料组别合格，但由于级配不良，直接碾压不能达到所规定的压实控制指标等问题。在勘测设计阶段，往往对于填料材质较为重视，对于粒径级配则重视不够，因此应结合土源具体情况进行可压实性能分析及试验，提出具体可行的填料制备工艺。6.1.5 填料最大粒径的限制对于保证路基工程质量非常重要，符合将路基作为结构设计的理念。由于K30检测方法要求最大粒径不大于荷载板的1/4即75mm，在武广、哈大等客运专线铁路建设过程中为加强路堤填筑质量控制，均提出了从严控制填料最大粒径的建议。本次规范编制按照有利于填筑质量控制的原则，提出
4、基床底层应控制在60mm以内，基床以下应控制在75mm以内。6.1.8 为保证高速铁路轨道的平顺性需严格控制路基变形，不均匀沉降变形控制更为关键。路基与桥台及路基与横向结构物连接处、地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，比较容易产生不均匀沉降变形，在地基处理和路堤设计中应采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。由于高速铁路沉降变形控制要求很高，而影响沉降计算结果的因素较多，沉降计算分析的误差较大，为保证工程措施满足沉降控制要求，通常的做法是加强施工期的沉降观测与评估分析，据以确定铺轨时机。在日本，良好地基的有砟轨道路堤填筑后一般放置1个月以上，地基不良地段路堤放置6个月以上
5、；黏土地基上的板式轨道路堤放置6个月以上，其他地基放置3个月以上；同时，进行必要的沉降观测，并测算沉降稳定时间。法国和德国强调要进行详细地质勘察，一般安排路堤施工工期比较长，以保证沉降变形稳定所需时间。6.1.12 路基上的轨道及列车荷载换算土柱高度和分布宽度根据直线地段计算确定。换算土柱高： （说明6.1.12）式中 P轨道荷载，kN/m； Q列车荷载，Q=2001.6=125kN/m； 换算土柱重度，kN/m3; 换算土柱分布宽度，m。无砟轨道荷载参见说明表6.1.12。说明表6.1.12无砟轨道荷载项 目CRTS型板式无砟轨道CRTS型双块式无砟轨道CRTS型板式无砟轨道kN/mkN/m
6、kN/m钢轨1.21.21.2扣件0.63590.61540.6359轨道板11.413.3818.47CA砂浆1.81.530底座22.522.12525.5P37.5438.8545.80换算土柱分布宽度为支承层底部宽度，CRTS型板式无砟轨道、CRTS型双块式无砟轨道及CRTS型板式无砟轨道分别为3.0m、3.4m和3.25m。有砟轨道道床厚度35cm，分布宽度=3.3693.4m道砟重度20kNm3；钢轨重量0.6kNm；轨枕长2.6m；轨枕及扣件重量3.46kN根，计算得: 轨道荷载P=54.40kN/m。6.2.2、6.2.3 路基横断面宽度要考虑路基稳定、养护维修、安全、线间距、
7、轨道结构型式、曲线超高设置、通信信号和电力电缆槽布置、接触网立柱基础位置、声屏障基础等因素的影响。（1）路基稳定的需要：特别是浸水后路堤边坡的稳定性。经验表明，在降雨量大的地区，加宽路基宽度对于保证线路畅通有重要作用。一般路堤浸水后边坡部分土质软化，在自重与列车产生的震动加速度的共同作用下，容易发生边坡浅层坍滑，路肩较宽时，即使边坡发生坍滑，也不影响路堤的承载部分，从而可使因边坡坍滑而影响列车正常运行的事故大幅度减少。（2）满足养护维修的需要：在线路维修时，搁置或通行小型养路机械及维修作业，都需要有一定的宽度。（3）确保人员安全避让距离的需要：尽管客运专线铁路是全封闭的，运行期间人员不能进入线
8、路范围，但世界各国依然考虑人行的安全问题，德国在线路设计规范中把离线路中心3.5m以外作为安全区。此外，为路堤沉降（特别是高路堤和软弱地基地段）及道床边坡坍落适当留有余地，保持一定的路肩宽度是必要的。根据国外一些高速铁路路肩宽度设置来看，日本早期修建东海道新干线时，路肩宽度一侧为0.5m，另一侧为1.0m，但是1978年修订路基规范时，则提高到两侧路堤均为1.2m，路堑为1.0m；法国修建巴黎里昂TGV时，路肩宽为1.52.0m，大西洋TGV时就改为2.25m；德国两侧均为1.3m。（4）路基面设备敷设的需要：接触网支柱、电缆槽、通信、信号设备等一般设置于路肩上，路基面宽度需满足敷设要求。6.
9、2.4 有砟轨道路基曲线地段路基面加宽根据轨道超高设置确定。6.2.5 条文中给出的横断面示意图为一般横断面型式。具体工程设计时，应根据工程、水文地质条件、轨道类型选用。目前，国内多条无砟轨道客运专线采用了“路堤式”路堑横断面型式（说明图6.2.5），该型式的采用，对于保证基床条件较为有利，尤其适用于基床排水困难地段，但其应用并不限于无砟轨道路基。说明图6.2.5 “路堤式”路堑横断面示意图6.3.1、6.3.2 路基基床是路基上部受列车动力作用和水文气候变化影响较大的部位，其状态直接影响列车运行的平稳和速度的提高。（1）基床厚度路基基床厚度的确定主要依据动应力与自重应力的关系。国家“八五”科
10、技攻关项目“高速铁路线桥隧设计参数选择的研究”“高速铁路路基设计技术条件研究”指出：路基面动应力幅值是与列车速度、轴重、机车车辆动态特性、轨道结构、轨道不平顺、距轨底深度及路基状态有关的一个随机函数，并提出了路基设计动应力幅值计算公式： （说明6.3.1-1） 式中时速300350公里=0.003， 时速200250公里0.004；P机车车辆的静轴重（按ZK活载）；冲击系数；客运专线铁路最大的冲击系数为1.9。时速300公里及以上时：=0.26200(1+0.003300)98.8kPa100kPa经过对日本资料及我国铁科院环行线和广深线实测数据图形分析，车辆最下方路基面动应力最大值max及最
11、大值沿线路纵向扩散距离L存在如下关系式： （说明6.3.1-2）式中 max以 kPa计；L以 m计。说明图6.3.1-1 车轮最大动应力与纵向扩散距离的关系列车动应力由轨道、道床传至路基本体，沿深度逐渐衰减。在路基某一深度处，列车荷载引起的动应力只占路基自重荷载的一小部分，在此深度以下，动荷载对路基的影响很小，高速铁路路基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。动应力沿路基深度的分布，采用布氏(Boussinesq)理论计算。在长方形均布荷载作用下，荷载中心下深度为z处的垂直应力可用下式计算：（说明6.3.1-2）式中 m=a/b，n=z/bP0荷载强度；a，b长
12、方形荷载的边长之半；z深度（m）。计算结果表明：当动应力与自重应力之比为0.2时，深度约为3.0m。因此，将基床厚度定为3.0m。（2）基床表层厚度“高速铁路路基设计技术条件研究”提出基床表层厚度由以下两个方面原则确定：变形控制在列车荷载作用下，以路基顶面变形量不大于3.5mm为控制条件；强度控制以作用在基床底层顶面的动应力不大于填土允许应力为控制条件。1）对于由基床表层和基床底层所组成的双层弹性地基，其上作用长方形的均布荷载时，中心点的沉降可用下式计算： （说明6.3.1-3）式中 n1=h/b q=E1/E2h基床表层厚度；E1基床表层弹性模量；E2基床底层弹性模量；m荷载长宽比；泊松比。
13、按W020的填料可直接填筑。对不符合上述要求的填料，可采取改良措施，并应与远运土进行经济技术比较。粗粒土宜用物理改良方法，以改善其粒径级配。改良后的粗粒土其级配曲线接近圆顺，不均匀系数Cu20。细粒土可采用物理改良方法或化学改良方法，当采用化学改良方法时，应根据不同性质填料选择适宜的外掺料，并进行不同配合比的室内物理、力学试验，优化配合比，满足最不利气候条件下的（如干湿、冻融循环后饱和）动应力要求，提出改良后的主要技术参数（如无侧限抗压强度qu等）。在填筑基床以下的路堤时，对粗粒土填料，粉、细砂一般不宜直接填筑。中砂以上砂、砾应级配良好，其不均匀系数Cu12。C组细粒土中的粉粘土应使其粘粉比（
14、粘粒重量/粉粒重量）22，同时应满足无侧限抗压强度qu170kPa(或粘聚力C65kPa)。改良土的强度要求，根据科研项目京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究的研究成果，在大量的、系统的较为深入的室内静力、动力学试验及室外现场试验的基础上，经过秦沈线、朔黄线等验证，其浸水饱和静强度应满足下式要求： （说明6.3.3-1）当考虑冻融作用时： （说明6.3.3-2）式中 bcu改良土浸水饱和固结不排水强度（kPa），为28d三轴试验强度；动应力波动系数，高速铁路取=1.2；zl列车荷载产生的动应力（kPa），时速300350公里有砟轨道高速铁路路基基床任意深度的列车荷载产生的动应力可按说明表
15、6.3.3-1查取；K安全系数，1.52.0；Rcr动静比（指在相同条件下，临界动应力与静强度之比）0.450.5；现场检测采用7天饱和无侧限抗压强度qu，即 qu=0.7bcu.。说明表6.3.31 列车动应力值路基面以下深度（m）动应力衰减系数列车荷载动应力（kPa）01.01000.30.75750.40.67670.50.61600.70.5501.00.39392.50.2222干湿循环强度衰减系数，可按说明表6.3.3-2取值。说明表6.3.32 改良土干湿循环强度衰减系数表素土土类土的塑性指数Ip失水率（%）强度衰减系数附注粉黏土Ip100451.0K=0.9510Ip17150
16、.95K=0.95300.85450.7黏土17Ip20150.95K=0.90300.85450.7冻融循环强度衰减系数，；其中冻融循环后的强度（kPa）； 冻融循环前的强度（kPa）。根据秦沈客运专线改良土冻融循环动力特性试验研究：由中科院寒区旱区国家冻土试验室试验结果，经五次冻融循环后，其强度趋于平稳。冻融循环后其强度衰减约为冻融前的50%左右，取。当实际试验所得的不能满足要求时，应重新调整配合比。根据以上步骤可以得出的设计允许值，但在实际应用中，为现场检测方便，常采用7天饱和无侧限抗压强度qu作为强度检测标准。根据京沪高速铁路路基结构形式及填料改良优化研究路基改良土现场试验，分别对水泥
17、土、石灰土、水泥粉煤灰土、固化剂土28天的三轴与7天饱和无侧限抗压强度对比试验（每种改良土取不同分层处七组试样），其比值基本在0.6左右，取qu=0.66.4 路 堤6.4.2为使列车高速、安全、舒适运行，并尽可能减少维修，严格控制路基的变形、沉降是很重要的因素。路堤建成后发生的变形主要有：路堤（主要是基床）在列车荷载作用下发生的变形；路堤本体在自重作用下的压密变形；支承路基的地基压密沉降。在路堤填料的材质与施工质量有保证的前提下，前两部分的数值是有限的，路堤填土的压密沉降主要通过压实密度来控制。本规范提出的路堤压实要求与国外主要高速国家对路堤的压实要求基本相同。根据国外高速铁路的经验和实测资
18、料，路堤填土压实沉降量，当路堤以粗粒土、碎石类土填筑时，约为路堤高度的0.10.3%；当以细粒土填筑时，约为路堤高度的0.30.5%。该部分沉降一般在路堤竣工之后一年左右完成。因此，控制路堤沉降主要是控制地基的工后沉降。对软土地基来说，由于软土具有高压缩、低渗透等特性，路堤建成后，不仅沉降量大而且需延续较长时间才能完成。日本的经验表明，当路基的沉降控制在较小范围内，列车的正常运行才能保证。因此，在保证列车安全、舒适运行的前提下，路基允许工后沉降量的确定主要是经济问题，即为满足工后沉降量所进行地基的处理费用与运行期间线路养护维修费用大致平衡。法国高速铁路规定：滤水层验收后最初沉降应小于2cm，最
19、后一次捣固之后和运行第一列高速列车前，或最晚在滤水层验收后18个月内沉降完全稳定；短距离内的沉降值要比长距离范围内的沉降值更难确定，规定30m范围内每年的最大沉降差为4mm，200m范围内每年的最大沉降差为10mm。日本新干线规定：有砟轨道路基工后沉降量一般地段不应大于10cm，沉降速率应小于3cm/年，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于5cm。德国有砟轨道要求路基每年沉降不超过12cm，桥墩周围不应有不均匀沉降，路基不均匀沉降造成的轨道变形按轨道竖向过渡曲线半径Ra0.4V2控制，如V=350km/h，在10m内不超过2mm。我国有砟轨道高速铁路工后沉降标准根据设计速度分250km/h和300、350km/h两个序列，并规定了工后沉降速率的控制，因为沉降速率过快，即在短时间内沉降过大，会造成维修困难而危及行车安全，同时，维修量加大会影响线路的通过能力，故应予以控制。无砟轨道对沉降变形，特别是不均匀沉降的要求很严格。对于调高量为26mm的扣件，扣除施工误差+6mm/-4mm，仅有20mm可以调整，再考虑列车运行时需要预留5mm的余量，实际留给运营期间路基沉降的允许调整量仅为15mm，路基的沉降量不大于15mm时才能保证设计的轨道高程。如果沉降量大于15mm，将不能调整到原来的轨面高程。根据德国的计算
