【摘 要】追求“零沉降”理念,无砟轨道的铺设与运营对线下结构工后沉降要求非常严格。文中结合京津城际铁路的实际,提出了为满足列车高速运行条件的沉降控制标准,总结归纳了在路基工程设计和施工中采用的沉降变形综合控制技术,并通过其沉降观测、评估进行验证,最终达到了满足高速列车安全、平稳、舒适的运行目标。
【关键词】沉降变形;控制标准;控制措施;沉降观测
引言
京津城际高速铁路是目前我国建成且已投入运营的第一条设计时速350 km客运专线,引进了德国博格板式无砟轨道系统技术。时速350 km无砟轨道铁路具有“高稳定性、高平顺性、大刚度、小变形”等特点,要求线下结构路基地段,必须有一个强度高、刚度大的路基基床,沉降小或没有沉降的地基以及沿线路方向与其它结构物均匀过渡的刚度。为确定无砟轨道铺设条件并为今后运营维修提供科学的决策依据,需对路基工程沉降变形进行观测及评估验证[1]~[7]。
1、工程概况
京津城际高速铁路起自北京南站,终于天津站,全长116.55 km,采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。全线共6段路基,累计长16.25 km,占线路长的14.0%。路基表层主要为素土、杂填土,以下为淤泥质黏土、黏土、粉质黏土等软土及松软土。全线于2008年8月1日建成通车。
2、路基工后沉降变形控制标准
无砟轨道完工后的工后总沉降ΔS,不允许危害铁路运营安全性或损坏线路的可使用性的轨道变位,也不能超过系统扣件竖向高度调整量的某一比例。德国规范规定:不允许超过最大高度调整量20mm减去5 mm;这5 mm用于对活载引起的沉降的补偿。因此15mm为工后沉降的一个极限值。对于均匀沉降长度超过20 m的路基,工后沉降允许达到折减调整量[如20 mm-5 mm (因活载) =15 mm]的2倍。
(1)在特殊情况下允许洼状沉降量最大值达到6cm,前提是这个沉降在满足铁路动力学的要求下(舒适条件)通过改变竖曲线弥补。
舒适条件的公式是
Ra≥0.4×V2e
式中Ra为竖曲线半径, m;Ve为设计速度, km/h。
(2)过渡段两点间距为△L的允许沉降差,可从Δs=Δl2/4Ra得出,对路基工程和人工构筑物间的过渡段要求:①和人工构筑物的间距在20 m内,相对于人工构筑物的工后沉降差不允许超过3 cm及相对沉降差不允许超过1 /500。②在与人工构筑物的连接处,不允许出现导致无砟轨道以及过渡段结构的超负荷的工后沉降;因此在连接处沉降差(沉降跳跃)最大不允许超过5 mm。
3、路基沉降变形控制措施
3.1 采用桩+筏板结构加固
采用CFG桩[8], [9]等刚性桩作路基的加固手段。CFG桩径0.4 m,桩距1.5 m,桩尖置于中低压缩性土层不小于1.0 m。并在桩顶设置了C30钢筋混凝土地基板(筏板),板厚0.50 m,板下设0.15 m碎石垫层。CFG桩和桩间土共同形成复合地基,筏板将上部荷载均匀地传给CFG桩,有效减少地基的沉降变形,提高了沉降控制的可靠度。
桩基施工质量控制要点如下[9]。
(1) CFG桩施工前需进行工艺性试桩。桩身达到设计强度后,抽取1%做静载试验,抽取30%做桩基无损检测。
(2)原材料。进场前需对材料品质及其配合比进行试验。材料采用:抗硫酸盐水泥,卵石或碎石粒径为2~4 cm,中粗砂,含泥量小于5%,粉煤灰为Ⅱ,Ⅲ级。
(3)成孔。长螺旋钻机成孔,匀速钻进,避免形成螺旋孔,成孔深度在钻杆上应有明确标记,确保达到设计深度,垂直度偏差小于1%。
(4)混合料灌注。成孔至设计深度后,钻机停钻提升钻杆,同时开始灌注混合料,混合料泵送量应同拔管速度相配合,拔管速率控制在1.2 ~1.5m/min,混合料埋钻高度大于1.0 m,保证管内有一定深度的混合料,且不得停泵待料。灌注时适当超过桩顶设计标高0.7 m左右,以保证桩顶标高和桩顶混合料要求。
(5) CFG桩体应连续密实,不得有断桩、缩径、夹砂等缺陷。
3.2 严把填筑质量关
(1)杜绝大粒径填料。将天然填料集中存放、筛分处理,筛子采用25 mm的螺纹钢和20 mm的工字钢焊接而成,筛孔为14 cm×14 cm,筛子的倾斜度在60°左右。将筛余进行破碎,再与合格的填料进行二次混合。装车时将填料拌合均匀,确保运至填筑工地的填料是合格填料。超粒径填料在摊铺中人工挑拣并分散石子窝。
(2)保证填料级配良好。施工中对掺加的土料严格计量,确保掺量适宜。同时派专人在筛分场地控制填料质量,保证填料级配良好。
3.3 路基填筑质量控制
(1)填筑工艺性试验。为了达到最好的压实效果,必须根据不同产地的填料进行压实工艺性试验。如永乐车站通过工艺性试验,确定路基本体及基床底层填土松铺厚度为36 cm,松铺系数为1.22,含水量为4.0% ~5.7%;采用20 t的压路机碾压,先按1遍静压、1遍弱振、2遍强振进行控制,当检测不达标时再增加碾压遍数。扶壁及墙背1 m内用冲击夯夯实6~7遍,然后再用小型压路机碾压2遍。
(2)严控填筑厚度分层压实。控制填层的厚度并尽可能使其均匀,是保证路基压实质量的一个重要环节。在路基填筑中,根据填筑层宽度、车容量及分层填筑的虚铺厚度设计出堆土间距,在现场用石灰画格,由专人指挥运料车严格按十字网格卸料,填料摊铺平整使用推土机根据层厚控制桩进行初平,再用平机地进行精平,然后在层厚控制桩上牵线辅以人工进行终平。在每层路基施工完成压实工作后对路基的路肩用平地机进行收边,确保路基填土分层层次分明。
(3)路基检测。必须对路基的刚度及其相应的弹性变形进行控制。除《客运专线铁路路基施工质量验收暂行标准》中对基床以下路堤、基床的质量规定外,增加了Ev2和Evd两个路基力学指标的检测(其中变形模量Ev2是京津城际铁路的特别规定,一般Ev2/Ev1的值应≤3,孔隙率和压实系数两个指标二选一),标准见下表1~表3。
(4)过渡段填筑。采用级配碎石填筑,除级配满足筛分曲线外,另增加了3% ~5%的42.5级普通硅酸盐水泥。过渡段路基压实度要求K30≥150MPa、Evd≥50MPa、Ev2≥80 MPa、孔隙率n<28%。过渡段级配碎石同相邻段路堤填料按同一整体施工,分层厚度根据路基施工机械压实能力,一般为15~30 cm,但靠近结构物2 m内用轻型震动夯等小型压实设备施工,分层厚度为10~20 cm。
3.4 采用控制沉降变形
在路堤高度大于5.0 m地段两侧,均设置扶壁式挡土墙加强路基侧向约束,增加路基刚度减少了路堤荷载,提高了沉降控制效果。挡墙高度随填土变化,每节段为7.5 m,每3个节段为一个单元节。
3.5 加强路基防排水
在路基基床底层表面加设1 cm单层稀浆沥青封层,防止雨水下渗至路基基床底层。无砟轨道混凝土支承层至电缆沟之间2 m范围,铺设1 cm厚稀浆封层、1 cm厚单层沥青表面处治,防止雨水渗入。沥青防水层使路基本体得到双层保护,提高了路基的强度和耐久性。
4、路基沉降观测及评估
采用PCC型数字式横剖面沉降测量仪观测地基沉降量,用沉降板观测基床沉降量,用沉降观测标观测路基面沉降量,通过大量数据分析与计算并与现场实测值验证对比,各阶段沉降实测值均在控制标准之内。说明路基各阶段沉降变形控制达到了预定目标。例如永乐车站DK44+100~DK45+750段路基共设置18个观测断面,堆土预压6个月期间最大沉降量为8.57mm,占总沉降量70%左右,卸载后几乎没有产生沉降。经分析评估,可保证工后沉降15mm的控制标准。
5、结语
在京津城际高速铁路工程建设实践中,设计、施工上采用多种技术措施,解决了客运专线对路基工后“零沉降”的要求,特别是消除了以往路桥过渡段不均匀沉降引起的线路不平顺问题。通过一年来的试运行,线路各项运行指标良好,为今后高速铁路建设起到了示范作用。
参考文献:
[1]赵代强,朱德佩,谢灵果.遂渝铁路无砟轨道路基沉降观测技术与方法[J].路基工程, 2008 (6).
[2]铁建设[2006] 158号,客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南[S].
[3]铁建设[2005] 160号,客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准[S].
[4]铁建设函[2005] 754号,客运专线无碴轨道铁路设计指南[S].
[5]杜永昌.高速与客运专线铁路施工工艺手册[K].北京:科学技术文献出版社, 2006.
[6]王炳龙.高速铁路路基工程[M].北京:中国铁道出版社, 2007.
[7]李志义,等.秦沈客运专线施工技术[M].北京:中国铁道出版社, 2003.
[8]孙晓科,宫全美,王炳龙. CFG桩复合地基参数敏感性分析[J].路基工程, 2008 (6).
[9]雷向锋. CFG桩施工质量控制技术[ J].路基工程, 2007(5).下载本文
