路基设计原则
武广客运专线乌龙泉至韶关段初步设计
路基设计原则
一、概况及设计依据 1、概况
本线耒阳以北,以强风化软岩及黏性土为主,水理性差,边坡稳定性差;乌龙泉至蒲圻、芦狄塘及中路铺发育岩溶;岳阳至汩罗地震动加速度为0.1g ,冲积阶地区分布有液化土地基;乌龙泉至咸宁、汩罗及中路铺地区部分网纹状黏土及灰岩残积层黏性土具有一定的膨胀土性质。耒阳以南为中高丘陵及中低山区,多发育V 型谷地,路基易受山洪冲刷,岩层以二迭、石炭、泥盆系地层为主,边坡多由软硬岩互层(夹层) 构成,岩层风化不均;灰岩地区大多被厚层状灰岩残积层棕红色、褐黄色黏性土覆盖,其中耒阳至马田、郴州地区、桂头至韶关一带的黏性土具有一定的膨胀土性质;三迭系上统、二迭系龙潭组上段及石炭系测水段地层中夹煤层或厚层状炭质页岩,该段岩溶及危岩、崩塌等不良地质发育。全线软土及松软地基土多分布在湖盆港地、河流冲积阶地及封闭式谷地区,谷地区软土及松软地基土零星分布,且多位于地表以下6~8m以内,仅一级阶地区个别地段以及灰岩残积区分布深达10~15m。 2、设计依据
武广客运专线乌龙泉至韶关段为双线,无缝线路;
基础设施设计速度:正线按350km/h设计,客运专线与既有线相联的联络线按200km/h进行设计,车站两端高速正线、高中速联络线、动车组走行线和养护维修列车走行线等设计标准按其相应最高行车速度确定,但应在基床厚度变化处设置长度不少于10m 的渐变段;站内各联络线及疏解线按现行规范中相应标准执行。
路基设计执行铁道部有关200km/h以上铁路有关设计暂行规定,《铁路路基设计规范》(2003年送审稿)、《铁路特殊路基设计规范》(TB10035—2002)、《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025—2001)、《铁路路基土工合成材料应用技术规范》(TB10118—99)、铁建设[2003]97号文《提高铁路路基工程设计、施工质量补充规定》通知、《铁路工程环境保护设计规范》(TB10501-98)和院《铁路路基工点设计细则》(2002.9)等有关规定和规范标准。 二、路基主要技术标准及相关设计规定 1、轨道及列车荷载换算土柱
路基上的轨道及列车荷载换算土柱高度和分布宽度应符合表1的规定。
轨道及列车荷载换算土柱表 表1
2、路基面宽及道床厚度
(1)、区间双线直线地段路基面宽见表2:路基标准横断面见图1、2(括号中值为硬质岩路堑地段) 。
(2)、200km/h地段考虑预留填料及地基工后沉降加宽,每侧0.3m 。350km/h地段路基面不考虑预留填料及地基工后沉降加宽。
(3)、曲线地段路基面宽按表3值进行加宽,曲线加宽应在缓和曲线内渐变完成。 (4)、路基面形状为三角形,由路基面中心向两侧设4%的横向排水坡。路基面加宽时,路基面仍保持三角形形状。
曲线地段路基面加宽值 表3
图1 350Km/h路基标准横断面图
图2 200km/h路基标准横断面图
3、路基基床 (1)基床厚度见表4:
(2)基床填料见表5
①基床表层的级配碎石或级配砂砾石与上部道床碎石及下部填土之间应满足D 15
③高度小于基床厚度的低路堤,地基土不满足要求时,采取换填或加固处理。
④当为软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑时,如基床表层采用级配碎石,则上部55cm 为级配碎石,下部15cm 为中粗砂。
⑤根据本线耒阳以北以软岩及黏性土填料为主,沿线缺少硬质岩,但河流较多,沿河流多有砂卵砾石分布,耒阳以南硬质岩分布较广等特点,基床填料设计原则为:基床表层,耒阳以北以级配砂砾石为主,耒阳至韶关段以级配碎石为主;基床底层尽量采用路堑弃碴之A 、B 组填料(应满足级配要求) ;缺A 、B 组弃碴填料地段,尽量采用路堑细粒土弃碴之C 、D 组填料进行改良,缺弃碴填料地段,则设集中取土场改良。当采用路堑弃碴之A 、B 组填料地段,应满足级配要求,否则应进行级配改良。
(3)软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑基床土的地基条件检测及处理原则: A 、基床表层换填级配砂砾石或级配碎石,基床底层表面做成4%的横向排水坡,沿线路方向靠线路一侧的侧沟沟壁,间隔1.0m 设置一处φ=0.05mPVC管泄水孔。且基床范围内应无Ps
B 、当路堑开挖后,应采用原位测试或物探等方法进行基床土的地基条件测试,当基床
土为灰岩残积层红黏土时,除应进行原位测试外,还应进行电法物探结合验证性的机动钻孔检测,当存在下卧软层或岩溶发育时,应按软土(松软土) 路基或岩溶路基进行加固处理。 灰岩残积层区基床检测数目:原位测试每50m 不少于1处,物探测线不少于3条;其他黏性土及风化软岩区,原位测试点每100m 不少于1处。 5、路堤 (1)、填料设计
①原则上应采用A 、B 组及C 组中的块石、碎石、砾石类填料,考虑到本线路堑挖方量大,为降低工程造价,保护环境,基床以下部分填料应尽量采用路、隧弃碴之A 、B 、C 组填料,对细粒土(膨胀土、有机土等性质不稳定的土除外) 、粉土和易风化软岩块石及其风化物等C 、D 组填料时,应进行改良,同时采取边坡加筋、坡面防护等加固措施。并应设置试验段路堤,研究确定填筑工艺、参数及质量控制措施。 ②武广客运专线填料分类及处理措施详见表6。
武广客运专线填料分类及处理措施 表6
③改良设计
根据既有的研究成果,第四系全新统冲积层粉质黏土、黏土,改良方法根据其塑性指数确定,当塑性指数小于11时,采用掺入5%的水泥进行改良;当塑性指数大于11时,采
用掺入5%的石灰进行改良,用作基床底层填筑须采用场拌法施工。
第四系更新统网纹状黏土以及灰岩残积层棕红色黏土(膨胀土弃运) ,相当于京沪线的下蜀黏土,多为D 组填料,采用掺入5%石灰进行改良,基床以下路堤填筑时,采用路拌法施工,用作基床底层填筑时,必须采用场拌法施工。
对易风化软岩的强~弱风化物,暂按掺中粗砂或碎石土进行物理改良用于基床以下部分填筑,采用路拌法施工。对硬质岩岩块、弃碴,强风化硬质岩及构造影响成碎块石土状的填料,虽属A 、B 组填料,可用作基床以下路堤填料直接填筑,但作为基床底层填料必须满足级配要求,否则应进行级配改良。现场填筑时应作工艺性填筑试验测试,研究改良方法、施工工艺、质量检测方法等。
花岗岩全风化物填料,根据颗粒分析试验成果,按现行规范中的有关要求划分填料组别。如为C 组粗粒土,应进行物理改良(掺中粗砂) ;如为C 、D 组细粒土,应按细粒土类别进行化学改良。用于基床以下时采用路拌法改良,用于基床底层时应采用场拌法。 ④填料设计格式详见表7
(2)、路堤边坡坡度:一般地基条件良好,边坡不浸水地段,路堤边坡坡度依据其填料按表8采用。
路堤边坡坡度 表8
(3)、工后沉降控制值及地基条件
路基工后沉降控制值 表9
①路基基底以下25m 范围内的地基土应符合表10要求,不符合时应进行工后沉降分析。要求路堤建成达到铺轨条件时,路基工后沉降不应大于表9数值;否则应进行地基加固处理。
②当200km/h地段路堤高≤2.5m 、350km/h地段堤高≤3m 地段,其基床应满足前述有关要求,基床范围内地基应无Ps <1.5Mpa 或〔σ〕<0.18Mpa 的土层,不能满足时,应采取地基加固与处理措施。详见“基床处理路基”。
③当地基条件良好时:对水田、雨季滞水或地下水位高(地下水位距地表 0.5m) 的低洼地段,应清除表层种植土(厚一般0.5m 左右) ,路堤底部填筑渗水性填料(耒阳以北为中粗砂,耒阳以南为碎石土) ,厚度不小于0.5m ,并重型机械震动碾压。
对旱地或山地,地表杂草应予全部清除,地表松土不大于0.3m 时,应原地碾压密实;松土厚大于0.3m 时,应翻挖、分层回填压实,或采取其他加固措施;地面横坡陡于1:5时,地表应挖成底宽不小于2m 的台阶后再填筑路基。 (4)、 路堤护道
无支挡加固地段的路堤坡脚应设置高不小于0.5m ,宽不小于1.0m 的天然护道,或设高1.5m 、厚0.5m 、埋深0.8m 的M7.5水泥砂浆砌片石脚墙,外接排水沟。 6、路堑
(1)、路堑边坡坡度视岩性风化程度、软弱结构面、边坡高度等因素综合按表11采用。边坡高度超过表列路堑边坡控制高度时,应结合深路堑要求进行加固防护设计。 (2)、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。 (3)、侧沟平台及边坡平台
对一般防护的土质及软岩路堑,应在侧沟与堑坡坡脚之间设置1.0m 宽的侧沟平台。侧沟平台原则上要求全路堑贯通。由不同地层组成的较深路堑(边坡高度为15~20m及以上)应在边坡中部或在不同地层分界处设置不小于2.0m 的边坡平台,并在平台上设置截
水沟。
路堑边坡坡度及岩土设计参数 表11
层,当节理较发育,岩层较破碎时,选用低限值。
②全风化及软岩地层承载力注意根据标贯、动探试验成果核对。
7、路基排水
(1)、对路基有危害的地面水,应设置侧沟、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。
(2)、路基排水设施的纵坡,不应小于2‰;地面平坦地带或反坡排水地段,仅在困难情况下,方可减少至1‰。
(3)、侧沟、天沟、排水沟或截水沟应按1/50频率设计,沟顶应高出设计水位0.2m 。流量不控制的一般地段,软质岩、强风化或构造破碎的硬质岩路堑及土质路堑侧沟可采用底宽0.5m 、深0.9m 的矩形或梯形截面,并以C15片石砼加固,厚0.4m ,顶面加设钢筋混凝土盖板;边坡平台截水沟尺寸可采用底宽0.40m 、深0.60m 的矩形断面,天沟及排水沟均采用深0.6m ,底宽0.4m 的梯形截面,并以C15混凝土预制块加固,厚0.1m 。
(4)、不易风化的硬质岩石路堑采用矩形侧沟,底宽0.4m ,深不小于0.4m ,沟底和靠山侧
用M10水泥砂浆抹面,厚0.05m ,局部用C15混凝土镶补;堑顶天沟可不加固,采用M10水泥砂浆抹面,厚0.05m ,局部用C15混凝土镶补。
(5)、堑顶坡面较陡的天沟,采用矩形,底宽0.60m ,深0.60m ,采用M7.5水泥砂浆砌片石加固。当沟壁为土层及全风化岩层,靠山侧沟壁厚应根据深度按表12确定。
水沟尺寸表 表12
(6)、路堑侧沟的水流,不得经隧道排出。隧道洞口的反坡排水可结合隧路刚性过渡段的设置,起止水沟断面可为0.4m 深。当排水困难且隧道长度小于300m ,洞外路堑的水流较小,含泥量少时,经研究比较后确定是否可经隧道排出。
(7)、在深长路堑和反坡排水困难的地段,当侧沟深超过1.50m 、宽超过0.80m ,以及谷地路堑地段,宜增设涵洞,或专用排水沟,将侧沟水尽快引排至路基外。
(8)、对路基有危害之地下水,应根据其性质和特征设置明沟、排水槽、渗水暗沟、渗水隧洞、渗井、渗管或排水斜孔等排水设施。特别顺层路堑、岩堆、滑坡路基应加强引排水措施。
7、过渡段技术要求 (1)、桥路过渡段
过渡段长L=2(h-b)+A(式中L 为过渡段长度,单位为米;h 为台后路堤高度,单位为米;A 为常数3~5米;200km/h地段b=0.6m,350km/h地段,b=0.7m)。其断面形
式详见图3。
过渡段范围内基床底层及其以下均采用与表层一致的填料填筑,级配碎石中,掺入5%的普通硅酸盐水泥,充分振动碾压压实,过渡段桥台基坑以C15混凝土回填。
(2)、路堤与横向结构物(立交框构、箱涵) 过渡段路堤与横向结构物应如图4所示设置过渡段,过渡段填料应与基床表层填料一致,过渡段基坑以C15混凝土回填。
(3)、路堤路堑过渡段
①当路堤与路堑连接处为坚硬岩石路堑时,顺原地面纵向挖成高≥1m 的台阶,并应在路堤一侧设置过渡段(如图5) 。过渡段填筑要求同桥头过渡段路堤填筑要求。
②当路堤与路堑连接处为软质岩或土质路堑时,应顺原地面纵向挖成1:2的坡面,坡面上开挖高≥1.0m 的台阶(如图5) ,其开挖部分填筑要求同路堤。
图5 路堤路堑过渡段图式
(4) 隧路及桥隧相连地段刚性过渡段
当桥隧间距小于150m ,以及隧道洞口土质为黏性土、易风化软岩、强风化硬质岩时,应设置路基刚性过渡段。
隧路过渡段长20m ,宽11m ,厚2~0.7m,具体详见“隧路刚性过渡段示意图”。 I
隧路刚性过渡段示意图
当桥隧间距小于60m 时,路基基床道床范围采用宽11m ,厚1.5m 的C15砼整体浇注,填方地段C15砼底部采用级配碎石填筑,厚1.5m ;桥隧间距大于60m ,小于150m 时,桥隧端各20m 路基基床采用C15砼整体浇注(具体详见“隧路刚性过渡段示意图”) ,其余地段采用级配碎石填筑厚1.5m (路堑地段为换填)。
8、桥路分界高度
桥路分界高度应根据沿线土地资源及社会经济状况、土源情况、路堤的稳定及变形值要求等因素综合确定。
本线桥路分界高度设计原则为:一般城镇地区为5~7m 。湖盆港地及河流冲积一级阶地中的深厚层(加固深度大于10m )软土区,桥路分界高度应控制在6m 以内;硬质岩填料丰富地段且地基条件良好时桥路分界高度可控制在15m 左右;其他地段桥路分界高度均应控制在12m 以内,同时应满足表8中路基填料与边坡控制高度的要求。下列情况宜考虑采用桥通过:
① 加固深度超过10m 的深厚层软土及松软土地基,下伏基岩岩溶发育;
② 路堤基底6~8m以下为压缩性较大的黏性土(Ps
本次初步设计时,应按以上桥路分界高度核实路基工点的范围,并对不满足地段应及时提出改桥的范围。对不宜设桥的工点,特别是软土及松软土地基工点应加强工程措施,确保路基稳定和沉降控制要求。
9、绿化带设置要求
路基两侧应设置绿化带,具体原则如下:
(1)、路堤坡脚绿化带要求
①绿化带最小宽度:栽植乔木为4~6m, 栽植灌木为2~4m ;
②根据《铁路林业技术管理规定》要求,考虑倒树影响铁路行车安全,安全距离:栽植灌木要求距外轨为4~7m ,栽植乔木要求距外轨为8~10m ;
③根据以上要求,结合本线沿线土地资源状况、路堤坡脚设计形式、路堤填筑高度、养护维修通道等因素,路堤坡脚以外应预留10~20m 作为控制用地。
(2)、路堑堑顶绿化带要求
①根据《铁路林业技术管理规定》,堑顶以外栽植乔木绿化,距堑顶不宜小于4m ,绿化带宽度4~6m 。
②路堑堑顶以外应预留10~20m 作为控制用地。
10、电缆槽、声屏障设置原则
全线两侧路肩上应设置预制混凝土盖板电缆槽,电缆槽位于接触网立柱外侧。电缆槽宽0.6m 、深0.5m ,内夯填中粗砂,并采用Ts-100透水软管将电缆槽内水引出路基外。路堑范围于侧沟平台预留0.45m ,高0.5m 的电力电缆槽。
声屏障应设置于路肩宽度范围以外。
11、岩土施工工程分级
松土(I )、普通土(I I )、硬土(II I )、软石(IV )、次坚石(V )、坚石(V I )及淤泥等七级六类。
三、路基支挡及加固防护设计原则
(一) 、路基设计工点类型
本线路基设计工点类型主要有深路堑(包括无不利结构面影响的软硬岩互(夹) 层高边坡路堑) 、陡坡路基、边坡防护路基(无支挡及特殊防护设计的路基) 、浸水路基(包括水塘路堤、水库路基、山洪冲刷路基、滨河路基等) 、基床处理路基(包含低填浅挖路基的基底处理等) 、不良地质路基(包括岩溶、人为坑洞、滑坡、岩堆、危岩落石、顺层、地震液化地基等)、特殊地质路基(包括软土及松软土地基路堤、膨胀土路基、水塘路堑、地下水发育路堑)等。
(二) 、各类路基工点的主要设计原则
1、高路堤
当路堤边坡高度大于表8控制高度时,按高路堤进行设计。
当路堤边坡高度为12~15m 时,基床以下填料及压实标准应采用基床底层标准,防护措施参照边坡防护路基。当边坡高度超过15m 时,基床表层以下应采用级配较好的硬质岩碴进行填筑(A组填料) ,同时采用重型碾压机械加强碾压。边坡坡率:0~8m为1:1.5,8~15m为1:1.75,15m 以下为1:2,15m 处设2m 宽边坡平台,路肩下0~15m边坡采用M7.5拱型截水骨架内客土植草,15m 以下的边坡坡面采用干砌片石护坡。
2、边坡防护路基
无支挡加固防护地段的路堤、路堑边坡,按边坡防护路基设计,均应采取防护措施。
(1)、路堤边坡防护,依据路堤边坡高度、填料性质以及地基条件按下列措施采用: ①细粒土、易风化软岩块(改良土)填筑地段,边坡高小于4m 时,采用立体植被网+喷播植草。边坡高大于4m 时,边坡每隔0.5m 铺一层TGSG-25型双向土工格栅,宽不小于3.0m ,边坡高为4~8m 时,坡面采用立体植被网+喷播植草;边坡高超过8m 时,坡面采用C15混凝土空心砖内植草护坡。
②粗粒土填筑地段,边坡高小于6m 时,采用立体植被网+客土喷播植草;边坡高≧6m 时,坡面采用M7.5浆砌片石截水骨架内客土喷播植草。硬质岩及不易风化的软岩块石填筑地段,坡面设干砌片石护坡。
③无支挡路堤坡脚,当设M7.5浆砌片石脚墙时,地基条件良好,不受洪水或山洪冲刷地段,脚墙高1.5m ,厚0.5m ;易受洪水或山洪冲刷地段,应按防冲刷脚墙设计,冲刷深度按不同地貌单元中的冲沟深度确定。
(2)、路堑边坡防护
①土质边坡:网纹状黏土、灰岩残积层、煤系地层、花岗岩全风化层以及软岩全风化层,边坡高小于4m 时,采用立体植被网+喷播植草防护,大于4m 时采用空心砖内喷播植草防护;其他土质边坡,小于6m 时,采用立体植被网+喷播植草防护,大于6m 时,采用截水骨架内喷播植草防护。
②软岩强风化层堑坡小于6m 时,采用立体植被网+喷播植草防护,大于6m 时,采用截水骨架内喷播植草。硬质岩边坡可采用锚喷防护。较完整的弱风化硬质岩边坡,采用预裂、光面爆破技术开挖,对局部裂隙则采用浆砌片石嵌补。
③软硬岩互层边坡,当具有页岩、泥岩及煤系地层时,则采用M7.5浆砌片石防护。
(3)、本次初步设计截水骨架护坡一律采用M7.5浆砌片石拱型截水骨架内喷播植草防护,主骨架、拱间净距均采用3m 。
3、深路堑
对路堑挖深超过表11所列限高时应设置加固防护工程。对地质条件复杂、边坡高度超过25m(含支挡高度) ,且施工运营中有安全隐患的深路堑,原则上采用隧道或明洞通过。当必须以路基通过时,采取安全可靠的边坡加固防护措施,必要时加强监测。
(1)土质及全风化岩路堑,采用重力式挡墙收坡,挡墙高不宜超过8m ,墙高超过6m 时,墙背开挖边坡应采取临时锚喷措施。边坡防护措施参照边坡防护路基。
(2)软质岩路堑,边坡高度不大于20m 且无不利结构面影响地段,以挡墙、护墙及护坡为主进行支挡防护,挡墙高不宜大于10m ;墙高大于8m 时,墙背开挖边坡应采取临时锚喷措施。边坡高度大于20m 或存在不利结构面影响、岩性破碎地段,应考虑采用分层开挖,分层加固或坡脚预加固等措施,如预应力锚索、锚索桩板墙、桩板墙等。
对白垩系、下第三系泥岩、粉砂岩、砂砾岩及元古界泥质板岩、千枚状板岩,二迭、石炭、泥盆系炭质页岩、砂页岩、煤系地层、泥岩等易浸水软化的软质岩及软硬互层路堑,尤应加强边坡防护措施,当边坡高达20m 时,每工点应有不少于2个边坡变形监测剖面。当采用预应锚索或锚索桩措施时,锚固端不宜设置在炭质页岩、煤系地层以及千枚状板岩地层中。
(3)耒阳至韶关段的覆盖型的岩溶区,路堑边坡基岩面起伏很大,且犬牙交错,上为黏性土覆盖,设计应视基岩裂隙、充填土质等情况采用M7.5浆砌片石护坡、护墙等措施,如岩笋间土质疏松、易坍滑,应加设预加固桩加固。岩溶发育区的土质路堑边坡,当边坡较高时需要采取支挡措施时,应以重力式挡墙为主,尽量避免设桩。
(4)在强风化~弱风化软质岩边坡或强风化硬质岩边坡, 视情况适当采用喷砼植生等新技术。
(5)马田以北,缺乏A 、B 组填料地段,当路堑土为砂卵砾石土、风化十分破碎的石英砂岩等硬质岩时,按扩堑取土设计,堑坡坡脚及边坡留大平台,边坡平台每10m 一级,边坡率1:1.5,坡面采用M7.5浆砌片石护坡或挂网喷混护坡。
4、陡坡路基
当路堤修建在地面横坡等于或陡于1:2.5的地段时应按陡坡路堤设计。陡坡路堤除应检算堤身沿地表滑动的稳定性外,尚应检算路堤沿软弱面或沟槽滑动稳定性,安全稳定性系数采用1.25,同时还应计算土压力,取不利值计算支挡尺寸。具体措施如下:
(1)、采用支挡收坡困难,放坡边坡过高,或采用支挡后边坡高度仍超过表8边坡限高时;应考虑设桥通过。必须设路基通过时,应满足高路堤的设计要求。
(2)、根据计算,当下滑力不大时,视地形设C15片石混凝土重力式路肩或路堤挡土墙收坡,挡墙的高度不宜大于10m 。当下滑力较大时,可设路肩式或路堤式桩板墙。路肩挡土墙设计尚应考虑可能通过的最不利荷载,有条件时,应进行验算。
(3)、若坡脚附近有较平缓的地形,可在坡脚设护堤或片石垛,其顶宽不小于2.0m ,护堤的高度及截面尺寸通过检算确定。
(4)、线路上方一侧必须设置侧沟或截水沟,防止地表水渗入基底。基底范围有地下水时,须设法排除,防止其浸湿基底或基底下的软弱层。路堤边坡受山洪冲刷侧,采用干砌片石护坡。
5、浸水路基
(1)、水塘路堤
当基底条件良好时,塘底淤泥小于0.5m ,可废弃的小水塘,排水疏干后,抛填片石0.3~0.5m;当水塘水深较大或塘底淤泥较厚,水塘范围较大,不易排水疏干时,采用抛填片石挤压塘底淤泥。片石应抛至塘埂顶面,并采用重型机械碾压,片石顶面设碎石和砂砾石垫层,厚各0.15m ,并设2.0m 宽护道,护道以下边坡放缓一级。
当基底为软土、松软土时,应视水塘大小、水深,采取围堰排水疏干、破塘放水或围堰排水疏干再回填土的办法,按软土或松软土地基路基设计。
当线路占压农业灌溉用的大水塘或小水库而又无法还建时,应设桥跨越。
(2)、水库路堤
线路横穿水库时,一般应设桥通过。当地基条件良好,基底为非渗水土且地面标
高高于常年蓄水标高时,可设路堤通过,按河滩、滨河路堤设计(防护标高:最高蓄水标高+波浪侵袭高+壅水高+0.5m) 。
(3)、受湘江倒灌水位影响地段的路堤应按浸水路基设计,设防标高:百年洪水位+波浪侵袭高+0.5m 。设防标高以下边坡坡度放缓一级,迎水面的坡面防护措施依据洪水流速而定。
(4)、河滩、滨河路堤及山洪冲刷路基
①河滩路堤,两侧边坡均经受水流作用并浸水,两侧边坡均需考虑浸水防护。
②滨河路堤,一侧边坡经受水流作用且受设计水位浸泡的路堤,仅沿河一侧(外侧)考虑浸水防护,内侧设截水骨架内喷播植草防护。
滨河路堤应尽量避免边坡侵占河床,必要时设挡护工程收坡。
③从水库大坝前或山洪排泄区通过的路基,应有足够的过水构筑物,同时应按最不利水位进行防冲刷设计,一般路堤边坡应采用M7.5浆砌片石护坡,基底为粉质黏土、碎石土、花岗岩全风化等易冲刷地段,应设置防冲刷脚墙。
④跨越河流的桥头路堤两侧以及山洪汇集排泄区的桥头路基,采用浆砌片石护坡,防护长:大桥50m ,特大桥100m ,山洪汇集排泄区路基受冲刷范围均应防护。
⑤浸水防护措施如下:
a、设防标高:百年水位+波浪侵袭高+壅水高+0.5m 。在防护高度处留2.0m 宽平台,以下填料应采用水稳性好的碎石类土或硬质岩碴填筑,且边坡坡率较一般路堤放缓一级。 b 、防护措施:边滩流速Vp<1.8m/s,喷播植草防护;边滩流速Vp=1.8~3.0m/s,干砌片石护坡厚0.30m ,碎石垫层厚0.15m 。边滩流速Vp=3.0~5.0m/s,浆砌片石护坡厚0.30m ,碎石垫层厚0.15m 。
c 、冲刷深度小于1.0m 时设墁石基础,冲刷深度大于1.0m 设M10浆片矮脚墙基础或设片石笼防冲刷。
d 、防冲刷脚墙埋置深度应满足如下要求:黏性土、碎石类土及花岗岩全风化层地基,冲刷线以下≥1.0m ;软质岩石地基,嵌入弱风化岩层以下≥1.0m ;硬质岩石地基,嵌入弱风化岩层以下≥0.30m ;花岗岩全风化层的冲刷深度可按附近的冲沟深度确定。
6、特殊地质路基
(1)、水塘路堑
本线水塘路堑地段,基底地基条件良好,一般应在堑顶设挡水埝,埝顶标高应高于塘顶标高0.5m ,顶宽2m ,外侧坡率1:1.5,迎水侧坡率1:1.75。为确保路堑边坡稳定,
当塘底有渗漏可能时,应采用防渗层处理。当无条件刷坡,需设挡墙时,应考虑墙背水压力的影响。基床土不满足要求时,应进行换填或加固处理。
(2)、地下水发育路堑
汩罗地区及长沙地区第四系更新统汩罗组、白沙井组中的砂卵砾石土中,地下水十分发育地段,路堑边坡高一般小于15m 。其设计原则如下:
① 路堑两侧设高2~6m 的重力式路堑挡墙,墙背设0.5m 厚的砂卵砾石反滤层,墙顶含水层边坡采用M7.5浆砌片石护坡,并每隔15m 设一条宽1.5m 的渗沟。在透水与不透水的交界处,设置宽不小于1.5m 的边坡平台。
② 基床土质及强度应满足其技术条
件,基床范围内地下水发育时,采用
路堤式结构通过,并加强防排水措施,
具体详见“渗水土路堑基床处理横断
面图”。
渗水土路堑基床处理横断面图
③如基底地基条件差,地下水位高,需
考虑生态环境保护或采用加固、换填仍无法满足路基变形及稳定要求时,则采用封闭式钢筋混凝土“U ”型挡墙。如挖深不大、条件许可时,可采用旋喷桩、注浆帷幕等措施。
(3)、软土及松软土地基路堤
本线谷地相软土及松软土大多在地表以下4m 范围内,河流冲积阶软土及松软土大多在8m 范围内,局部深达12~15m 。软土及松软土路基设计,应在系统分析软土分布范围、厚度、埋深及分层物理力学指标的基础上,对每个工点进行稳定检算和工后沉降估算。稳定检算安全系数:有荷时≥1.15,工后沉降应满足表9要求(路堤沉降包括两部分,即路堤填土沉降及地基沉降。路堤填土工后沉降估算:当采用粗粒土、碎石类土填筑时,按路堤高度的0.2%计,当路堤以细粒土或易风化软岩填筑时,按路堤高度0.4%计) 。采取各种加固措施后,工后沉降仍不能满足表9要求地段,应设桥通过。
①、软土地基路堤加固措施
A 、对浅层厚小于3m 软土,地表无硬壳时,采用片石挤淤加固;地表有薄层硬壳时,可挖除硬壳进行片石挤淤,并用重型机械充分碾压或填片石后重锤强夯置换处理。
B 、厚度大于3m 的软土地基,采用粉喷桩或浆喷桩复合地基加固。加固深度应穿透软土层至硬层。
C 、对于填高较低无法以桥梁方式通过,厚层、深厚层软土地基的地段,当填土高度小
于3.5m 时,考虑采用CFG 桩网复合结构加固;填土高度小于2.5m 的地段,结合地基不良低路堤,考虑采用长短深层搅拌桩复合结构加固。
D 、当具有较厚的硬壳,采用粉喷桩或浆喷桩施工困难时,则采用旋喷桩或CFG 桩。 ②、松软土地基路堤加固措施
A 、松软土厚在地表以下4m 以内时,采用强夯法。厚超过4m 时,宜采用碎石桩、深层搅拌桩复合地基加固, 加固深度应穿透松软土层至硬层。当具有较厚的硬壳或硬夹层,采用碎石桩、深层搅拌桩施工困难时,则采用旋喷桩或CFG 桩。
B 、河流冲积平原地区,松软土为粉质黏土或夹有较厚的粉土、粉细砂层时,其排水条件较好,厚在6~8m 之间,可考虑采用动力排水固结法加固。
③、碎石桩、深层搅拌桩复合地基设计计算
A 、一般要求。
a) 原则上必须穿透软土及松软土层,嵌入强度相对较高的土层。桩间距不大于5倍桩直径。 b) 深层搅拌桩水泥掺入量不得小于10%(一般为15%);碎石桩充盈系数一般取1.3~1.4。
B 、路堤稳定性及沉降分析估算
路堤稳定性分析检算通常采用圆弧法,其稳定安全系数考虑列车荷载应大于1.15。 沉降估算:总沉降包括加固土层沉降量S1及加固区下卧层沉降量S2,即S=S1+S2。 S1的计算方法采用复合模量法。(碎石桩桩土应力分担比n=4)
S2的计算采用分层总和法。其压缩层厚度按《建筑地基基础设计规范》规定方法计算。
C 、对桥路及涵路过渡段应适当提高置换率。
④、沉降变形动态监测系统设计
高速铁路路基作为变形控制十分严格的土工构筑物,在软土及松软土路基填筑时,应于边坡坡脚外设置边桩进行水平位移观测,于路堤基底地面设置沉降观测设备进行沉降观测,对于第四系地层较厚的工点应设置深层沉降观测设备。一方面,在路堤填筑过程中,必须控制填土速率。控制标准应为:路堤中心地面沉降速率小于1.0cm/d,坡脚水平位移速率小于0.5cm/d。应根据沉降观测情况进行综合分析,开展动态设计,以推算地基的最终沉降量,并应及时调整设计使地基处理达到预定的控制要求,同时应作为竣工验交时控制工后沉降量的依据。另一方面,在运营期间对指导轨道参数调整和养护维修,确保列车高速、平顺、安全舒适运营具有重要意义。工点设计时沉降观测设置应在设计措施中详细说明,并进行数量计算。全线对地基条件不良的工点,沉降变形观测设备(含观测点、数据采集、数据分析、预警系统)应系统分段分析考虑设置。
长度小于50m 的工点,有1个观测横断面(路肩两个点、路基中心一个点);
长度在50~200m 的工点,有2个观测横断面;
长度在200~300m 的工点,有4个观测横断面;
长度大于300m 和成层复杂的工点,原则上观测横断面间距不大于100m ;
桥路过渡段必须有至少1个观测横断面。
(4)、人工杂填土地基路堤
对冲填土、建筑弃土等,其厚度小于3.0m 时,应挖除,采用符合要求的填料分层填筑。对厚度较大,挖除困难时,地下水位低时,采用灰土桩或强夯密实法;地下水位高时,采用碎石桩法加固。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。
(5)、液化土路基
岳阳(DK1496)至汩罗(DK1465)段,地震动峰值加速度为0.1g ,粉土及粉细砂地基,应进行液化判定,划分液化土路基的设计范围,设计措施如下:
A 、液化土路基当满足下列条件之一时,不采取抗震措施
①路堤高度小于3m 。
②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 。
③上覆非液化土层厚度大于5m 或地下水埋深大于5m 的地段。
B 、液化土地基加固措施
①当液化土层深度小于3m 时,采用换土法。挖除液化土层,换填砂卵砾石土,加以夯实,压实标准同路堤。
②当液化土层深度大于3m ,小于6m 时,采用强夯,液化土层深度大于6m 时,采用碎石桩加固。
(6)、膨胀土路基
本线膨胀土、以及具有膨胀性的网纹状黏性土、灰岩残积层黏性土,应按膨胀土路基进行设计。
①路堤地段,不宜采用膨胀土作填料,采用具有膨胀性的网纹状黏性土、灰岩残积层黏性土作填料时应进行化学改良,路堤高严格控制在8m 内。
②路堤高小于3m 时,路基基底应采用符合要求的填料或改良土进行换填,换填深度至路肩以下3m 。
③路堑地段,堑坡率及边坡平台、侧沟平台按《铁路特殊路基设计规范》(TB10035—2002) 表4.2.2采用。膨胀土路堑基床表层换填级配碎石或级配砂砾石,基床底层顶面0.5m
范围采用就地改良土换填,碾压至规定的密实度,并用经编复合土工膜土工布全封闭,做好横向排水至侧沟内。具体可参考“渗水土路堑基床处理横断面图”进行设计。
④路堑边坡加固防护措施,按《铁路特殊路基设计规范》(TB10035—2002)4.5条采用。边坡较高时,骨架内铺空心砖加强防护。
7、受限路基
路基按正常放坡时受既有建筑物、道路、水渠等影响,需设置支挡建筑收坡。支挡建筑以路肩挡墙、路堤挡墙为主;道路及人流
密集区可设置加筋土挡墙,墙高,正线不宜
超过8m ,联络线不超过10m 。
8、基床处理路基
路堤高≤2.5m(200km/h地段) 或≤
3m(350km/h地段) 地段, 以及浅挖路堑,基床土不能满足要求时按下列原则设计:
(1)、当地基条件良好,基床范围内地基土,无Ps <1.5Mpa 或〔σ〕<0.18Mpa 的土层。 ①地基土为黏性土、全风化岩及易风化软岩时,若0.7m
②当地基为砂类土时,应将地基整平碾压至K 30≥130MPa/m;当地基为砾卵石(碎石)类土时,应将地基整平碾压至K 30≥150MPa/m。
③当基床范围有地下水时,则在两侧沟底设
纵向排水盲沟,同时基床底层顶面设15cm
厚的中粗砂内铺经编复合土工膜封闭。
(2)、基床范围内地基土夹有Ps <1.5Mpa 或
〔σ〕<0.18Mpa 的土层时,按下列原则处理:
①当处理深度小于1m 时,按图6形式采用
换填碎石处理。
②当处理深度大于1m ,按图7形式采用碎石桩加固,加固深度至硬底〔σ〕<0.18Mpa ,桩顶面铺一层径编土工格栅,强度为50KN/m。
(3)、通过谷地或低洼地段的浅挖路堑地段,其基床底层土不满足基床填料要求时,应换填A 、B 组填料或改良土,厚0.5m, 当地下水位较高,且位于基床表层内时,于基床底层顶面设置15cm 厚的中粗砂内铺经编复合土工膜封闭,同时于两侧侧沟沟底设置
纵向盲沟,盲沟高宽均为1.5m 。两侧边坡采用M7.5浆砌片石护坡或小挡墙收坡。
9、不良地质路基
(1)、顺层路堑
线路走向与岩层走向夹角小于45, 岩层视倾角为10~40地段,应按顺层路堑进行设计。顺层路堑设计时应根据岩性组合特征,用极限平衡理论进行边坡顺层稳定性检算,求出极限高度,合理确定支护措施。
① 路堑边坡高度小于极限高度时,按一般路堑防护设计,但边坡坡度较非顺层路堑坡度放缓一级。
② 堑坡高度大于极限高度,且具备刷方条件时,可设边坡平台、分级防护或顺层面刷坡等。砂砾岩、砾岩及硬质岩地段,填料性质良好时,应尽量放缓边坡,扩堑取土。 ③ 堑坡高度大于极限高度,不具备刷方条件时,宜以工程地质法结合反算法确定层面力学指标,求算下滑力的安全系数K 采用1.1~1.25,按下滑力大小合理选用支挡加固措施:
下滑力≤35KN/m时,可采用抗滑挡墙,墙高控制在6m 以内。
下滑力>35KN/m时,可采用抗滑桩、锚索桩板墙、边坡预应力锚索等支护措施。 ④ 一般软质岩及硬质岩,无软弱夹层且地下水不发育时,可按综合内摩擦角降低5~10°设置重力式挡墙。
⑤ 元古界千枚状板岩、绢云母板岩、泥质板岩,第三系及白垩系泥质粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩与含砾砂岩互层等极软岩顺层边坡,以及三迭系、二迭系、石炭系砂岩、泥岩、泥灰岩或灰岩与炭质页岩、煤层互层或夹层,尤其是页岩夹煤层等软硬岩互层(夹层) 边坡,采用支挡加固措施后的顺层堑坡高应控制在20m 以内(含支挡高) ;当顺层边坡高超过20m ,而又无法设隧道通过时,应每工点应有不少于2个边坡变形监测剖面。
(2)、堆积体路基
本线主要为山前冲洪积物所形成的堆积体,其成份主要由粉土夹碎石及块石组成,其结构疏松,成份、颜色杂乱,工程性质差。线路无论以填方还是挖方通过,均应按土石结合面(或原地面) 进行稳定检算,如检算稳定加固措施如下:
① 如以挖方通过,边坡高度不应超过6m ,边坡坡度视土体的密实度、地下水发育等情况,采用1:1.5~1:2的边坡,坡面浆砌片石护坡或截水骨架内喷播植草,并每隔10m 设一支撑渗沟。基床土质应满足基床技术要求,不满足要求时,基床表层换填级配碎石,底层换填A 、B 组填料,厚0.5m 。
② 如以填方通过,基底如满足地基条件要求,将地表0.5m 翻挖并重型机械碾压;00
如不满足地基条件要求,则按松软土路基设计。
检算不稳定时应按滑坡路基设计,视其下滑推力、地形地貌、地下水发育情况等,设抗滑挡墙,抗滑桩等支挡措施。
(3)、岩溶路基
本线乌龙泉至临湘、易家湾、中路铺、耒阳韶关段岩溶十分发育,另外咸宁、中路铺及杨梅山地区白垩系及下第三系中钙质胶结的砂砾岩、砾岩,也发育溶洞。当上覆土体会因地下水的潜蚀破坏产生土洞时,或溶洞距路基的距离不能满足安全距离L(L按规范TB10035-2002中P50页计算) 要求时,应进行彻底整治。
①对位于基床厚度范围内的的溶沟、溶槽,应将突出的坚硬岩石进行清爆,将堆积填充物予以换填,基床范围应换填C15混凝土。当基床厚度范围以下,堆积充填物强度较低,按计算对堆积物进行换填或加固。
②对溶洞无流动地下水且有充填堆积物,顶板厚度不能满足要求时,可采用压浆进行处理。有条件时,空洞可以先填砂砾石或碎石再行压浆。压浆设计时,应根据岩溶空洞率,充填物孔隙率等合理选用灌浆技术参数。
③对覆盖型岩溶地段,溶洞在安全距离以下时,考虑到地下水波动易对上覆土层产生土洞,原则上封闭土石界面,形成隔水帷幕,注浆厚不小于8m ,进入基岩顶面以下不小于5m 。
④耒阳至大瑶山段的裸露、半裸露型岩溶地段,对规模较小的溶洞、溶蚀裂隙,采用梁跨、板跨、拱跨等结构形式跨越等措施。对于大型封闭洼地套落水洞、漏斗,由于其可变性,为确保客运专线的稳定与安全运营,应设桥通过。
⑤对影响路堑边坡稳定的坡面上的溶洞、溶槽和溶蚀凹坎, 采取嵌补支顶加固措施;基床表层的溶沟、溶槽中充填的黏土全部清除,采用C20混凝土嵌补。
⑥对常流的岩溶水,考虑设置泄水洞、管道、桥涵和明沟等排泄工程措施。
⑦路堤通过封闭洼地,下部可能存在暗河,遭受暴雨后易产生积水、涌水等现象的地段,应按浸水路堤设计。如条件许可,应优先考虑增设排水设施,将洼地中水排出。
(4)、人为坑洞地段路基
汩罗地区的掏金洞路堤,洞口多已被掩埋,当采空深小于5m 时,可采用强夯处理的措施,当采空深度大于5m 时,则采用注浆加固措施,加固深达卵砾石土底。
耒阳至杨梅山以及乐昌至韶关地区多小煤窑采空区,当坑道畅通时,采用回填片石或
M7.5浆砌片石支撑处理;当地表已塌陷埋深较浅时,采用注浆处理,同时考虑10%的空洞采用灌水泥砂浆充填。
加固深至采空底,加固底面宽:小煤窑采空区为路堤底面以下450的扩散角。
路堑边坡出现人为空洞时,应采用M7.5浆砌片石回填,回填深不小于空洞至堑顶高度的2倍,当洞内有水时应设片石盲沟,将水引出堑坡外。
(5)、危岩落石地段路基
易家湾地区、耒阳至杨梅山地区泥盆系跳马涧组石英砂岩与砂页岩、泥盆系锡矿山、棋子桥、佘田桥以及二迭系当冲组、栖霞组等岩质软硬相间, 风化不均,山坡乱石垒垒,危岩孤石耸立,线路通过应按危岩落石路基设计,山坡较缓时,一般采取清除表面松动危岩,边坡下部设SNS 被动拦石网防护,挖方地段可结合支挡工程设拦石墙;当山坡较陡,采用拦石网难以防护时,应采用SNS 主动防护网防护;大的危岩难以清除时,采用锚杆或锚萦加固。
四、附件:
1、路基工点设计数量的计算及有关规定
2、汇总数量表
(1)、挡土墙表
(2)、路基加固防护工程数量汇总表
(3)、土石方数量汇总表
(4)、路基地面排水工程数量表