路基工程理論與技術第1頁/共74頁4.2.1概述

在橋臺構筑物與臺后填土銜接處存在差異沉降，使得路面形成臺階或顯著縱坡變化，高速行駛的車輛通過時產生顛簸跳躍，從而導致橋頭跳車現象。社會效益、社會影響

經濟效益技術難題§4.2路橋過渡段路基處治技術第2頁/共74頁過渡段設計是近年來隨著客運專線的建設而發展起來的，隨著我國客運專線鐵建設項目的全面展開，對速度、安全、舒適的要求也越來越高，那么過渡段已經是鐵路路基工程中的一個重要組成部分。路基與橋臺、路堤與橫向結構物（立交框構、涵洞）、路基與隧道等剛性構筑物的連接處一直是鐵路路基的一個薄弱環節，一方面由于路基與橋梁、涵洞、隧道等剛性構筑物的剛度差別較大而引起軌道剛度的突變，同時路基與橋梁、涵洞、隧道等的沉降不一致會導致軌道不平順，因而引起列車與線路結構的相互作用增加，影響線路結構的穩定，從而影響列車高速、安全、舒適運行。過渡段的設計主要研究了路基與橋臺、路堤與橫向結構物（立交框構、涵洞）、路基與隧道、路堤與路塹等的均勻過渡問題，同時還考慮了短路基的過渡設計。

鐵路鐵路路基設計簡述-過渡段第3頁/共74頁4.2.2引起跳車的差異沉降量橋頭跳車的表現形式1.橋頭不設搭板時橋臺與路堤銜接處的錯臺現象2.橋頭設置搭板時由于搭板路基端沉降引起的路橋過渡段縱坡變化

針對錯臺現象：我國《公路養護技術規范》規定水泥砼路面錯臺高度h達到12mm則視為嚴重損壞，日本規定公路上超過15mm的錯臺必須修復。

針對縱坡變化：一般認為，橋頭縱坡變化率大于3‰～6‰時，就會產生橋頭跳車

第4頁/共74頁標準或速度一般地區工后沉降(cm)松軟土要求路橋過渡段工后沉降(cm)沉降速率(cm/年)中心沉降速率(cm/晝夜)坡腳水平位移速率(cm/晝夜)新建時速200km客貨共線鐵路設計暫行規定1584105新建時速200~250km客運專線設計暫行規定200km/h15841.00.5250km/h1053京滬高速鐵路設計暫行規定5321.00.5高速鐵路設計規范有砟軌道5321.00.5無砟軌道1.50.5---有足夠資料證明、沉降比較均勻、長度大于20m的路基，允許工后沉降為3cm；路基與橋梁、隧道的折角不大于1/1000。工后沉降標準我國標準要求第5頁/共74頁4.2.3橋頭跳車的成因幾何不平順：路基與橋臺、涵洞的沉降經常不同，路基部分往往沉降量大，其過渡點附近極易產生沉降差，導致軌面彎折。當列車通過時，必須會引起車輛與線路相互作用力的增加，加速線路狀態的劣化，降低線路設備的服務質量，增加線路的養護維修費用，嚴重時會危及行車安全。力學不平順：路基與橋梁、涵洞等剛度差別較大，對列車車輛通過時的動荷載的響應也會有所差別，從而影響列車的舒適度。第6頁/共74頁4.2.4橋頭跳車的處治措施橋頭跳車處治方法處治思路處治方法減小路基壓縮變形①提高路基填土的壓實度②換填材料（砂礫石，碎石等）③擠密樁④加筋（土工網等）沉降過渡方法①橋頭搭板②漸變樁③柔性橋臺減少地基沉降①地基處理（粉噴樁，鋼渣樁，超載預壓，等等）②采用輕質材料填筑路基（粉煤灰,聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和發泡珍珠巖等）第7頁/共74頁4.2.5常用處治措施的適應性分析

搭板、換填路堤材料或兩者結合主要問題：搭板斷裂和二次跳車，橋頭錯臺等。研究缺陷：目前的研究主要考慮搭板的力學性狀優化，較少考慮搭板和路堤變形的耦合，更沒有對其在不同橋頭工況下的適應性進行研究，因此，這些方法的選用帶有一定的盲目性，從而造成了其在應用過程中出現了較多病害。分析思路：通過模擬不同的地基沉降模式，分析其變形與力學性狀，從而研究常用處治措施對地基沉降的適應性能力大小。第8頁/共74頁圖計算模型1.剛性搭板的適應性分析路堤填高6米，路堤寬3.5,坡率1∶1.5。搭板長取6米，厚度取30cm，布置于路基頂面

計算模型

利用鋼筋混凝土搭板進行過渡時存在兩個缺點：一是搭板不可能做得很長，沉降差較大時，搭板引起的縱坡變化也將引起橋頭跳車；二是搭板之下由于路基的沉降變形引起脫空，導致搭板斷裂。目前對搭板進行的結構受力分析及配筋計算只能盡量防止搭板不因脫空而發生斷裂。

第9頁/共74頁（a）板長6m（b）板長8m（c）板長10m圖路基頂面沉降曲線搭板對地基沉降的適應性分析表不同地基沉降值時的縱坡變化率板長6m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（％）0.10.4620.8071.1511.4951.83板長8m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（％）0.1220.350.6060.861.111.36板長10m地基沉降（cm）0246810縱坡變化率（％）0.0760.2820.490.6940.8951.095第10頁/共74頁

小結搭板對地基沉降的適應性分析表明，地基沉降的增大將引起搭板縱坡變化率的增大，從而產生橋頭跳車現象。因此，地基沉降是影響搭板縱坡變化率的主要因素。

搭板對地基沉降的適應性表現為：長度6m的搭板適用于處理地基沉降在3cm以內的橋頭路段；8m長度的搭板適用于處理地基沉降在4cm以內的橋頭路段，而10m搭板適用于處理地基沉降在5cm以內的橋頭路段。第11頁/共74頁2.換填材料的適應性分析

計算模式路堤填高6m，計算長度30m，橋頭路堤換填區域的布置為：路基底部長度4m，沿路堤高度按1：1換填

第12頁/共74頁路堤填料種類的影響結果分析路堤壓縮變形與填料模量的關系曲線（Δ＝0）

地基均勻沉降路基頂面豎向位移曲線（Δ＝10cm）第13頁/共74頁

小結（1）橋頭路堤換填壓縮模量大的填料可以明顯減小路堤的壓縮變形，同時沿路堤高度1：1的楔性“剛柔過渡”換填方式不僅可以大大減少換填量，更有利于協調其沉降差。（2）當地基為均勻沉降模式時，路堤沉降量主要體現在地基沉降值的大小，換填方式無法起到消化地基沉降的作用。（3）當橋頭地基存在局部軟弱區域時，橋頭路堤換填抗剪強度高、具有一定整體性的填料如灰土，能夠較好地消化地基的不均勻沉降，而砂粒填料次之，粘土最差。但換填灰土一定要保證施工壓實，使其形成為一個整體。第14頁/共74頁3.平面土工格柵加筋作用性狀布置間距為50cm

第15頁/共74頁土工格柵加筋對橋頭路堤側向位移的影響

圖路堤邊坡的側向位移（X方向）圖路堤縱向的側向位移（Y方向）土工格柵加筋對路堤應力分布性狀的影響圖路堤橫斷面底面豎向應力（Y＝0）第16頁/共74頁

小結

通過以上分析可知，土工格柵加筋的作用性狀主要表現為以下幾個方面：土工格柵利用其較大的拉伸模量，通過其與土體的界面摩擦和咬合作用，限制了路堤填土的側向位移，提高了土體的抗剪強度和抗變形能力，從而減小了路堤的壓縮變形值。且隨著路堤變形模量的減小，其作用更顯著。

土工格柵變形后也存在“網兜效應”，從而使荷載的分布趨于均勻；土工格柵由于一端錨固于橋臺上，利用其抗拉伸能力，阻止了橋臺附近土體的向下沉降，同時，也減小了橋頭路基和地基的豎向應力。第17頁/共74頁

同時，基于以上的分析，針對橋頭路堤平面加筋處治技術提出以下建議：平面加筋材料應選用具有較大拉伸剛度的筋材，同時，橋頭應換填內摩擦角較大的填料。平面加筋材料對于減小路堤自身的壓縮變形較為有效，但由于其不具有抗彎剛度，故消化地基沉降變形的能力較差，因此，土工格柵加筋技術適用于處治地基條件較好的橋頭過渡段。當地基較差時，應結合其它方法進行綜合處治。第18頁/共74頁

鐵路鐵路路基設計簡述-過渡段

路橋過渡段第19頁/共74頁

鐵路鐵路路基設計簡述-過渡段

路涵過渡段第20頁/共74頁

鐵路鐵路路基設計簡述-過渡段第21頁/共74頁

鐵路鐵路路基設計簡述-過渡段第22頁/共74頁§4.3路堤下復合地基設計理論4.3.1復合地基的定義與分類

復合地基是指天然地基在處理過程中部分土體得到增強或被置換，或在天然地基中設置加筋體材料，從而形成的由兩種剛度（或模量）不同的材料（土體和增強體）所組成的人工地基。根據增強體的方向又可分為水平向增強體復合地基和豎向增強體復合地基。豎向增強體復合地基通常稱為樁體復合地基，根據豎向增強體的性質，樁體復合地基又可分為三類：散體材料樁復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基。

1.復合地基的定義第23頁/共74頁

2.柔性基礎下復合地基的概念

復合地基是軟弱地基處理時常用的一種技術，復合地基若按其基礎剛度的不同來分類，可分為兩類：一是剛性基礎下復合地基，這類復合地基是從工業與民用建筑方面發展起來的，在我國已有較廣泛的應用，一般所說的復合地基也都是指這類復合地基。在剛性基礎下復合地基中，基底面處滿足等應變假設，即樁頂與樁間土的變形相同。二是柔性基礎下復合地基，即像路堤、堤壩等構筑物下的復合地基，此類構筑物本身的剛度與地基土的剛度差別不大，這類復合地基在受力后變形與強度性狀與剛性基礎下復合地基相比有較大的差異。但這方面的研究較少，也還沒有引起足夠的重視，甚至大多數情況是將兩類復合地基混為一談，對柔性基礎下復合地基的設計計算往往直接采用剛性基礎下復合地基的設計計算理論。柔性基礎下復合地基是指路堤荷載作用下的粉噴樁復合地基。第24頁/共74頁地基處理方法淺層處理16樁-板結構地基15樁-網結構地基（鋼筋混凝土打入樁、預應力管樁）1換填墊層法2沖擊碾壓法3堆載預壓4真空預壓動力固結5強夯法6強夯置換法14注漿法17剛性承臺樁基礎排水固結復合地基散體材料樁7碎石樁8砂樁9灰土（水泥土）擠密樁柔性樁10旋噴樁12柱錘沖擴樁半剛性樁13CFG樁11攪拌樁常見地基措施第25頁/共74頁4.3.2水泥攪拌樁復合地基

水泥攪拌樁法是一種加固處理軟弱地基及地基承載力不大于120KPa的粘性土或粉性土等地基的方法。它是利用水泥作為固化劑，采用特制的深層攪拌機，在地基深處將水泥粉固化劑與軟弱地基土在原位強制攪拌成混合物，通過水泥與軟弱土之間發生的離子交換作用、凝聚作用、化合作用等一系列物理—化學反應，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土樁體，達到加固軟弱地基的目的。水泥土樁體與原位周圍的天然土體共同作用，從而顯著地提高地基的強度和承載力、減小地基的變形，即形成所謂的水泥攪拌樁復合地基。第26頁/共74頁2.水泥攪拌樁復合地基的加固機理（1）水泥土的加固機理樁體作用

墊層效用

擠密效用

（2）水泥攪拌樁復合地基的加固機理水泥的水解和水化反應離子交換及團粒化作用凝硬反應（火山灰反應）碳酸化作用第27頁/共74頁3.設計計算《建筑地基處理技術規范》（JGJ79－2002，2003）中對于深層攪拌樁復合地基承載力標準值按照下式計算：式中，

——復合地基的承載力標準值；

——面積置換率；

——樁的截面積；

——樁間天然地基土承載力標準值；

——樁間土承載力折減系數，當樁端土為軟土時，可取0.5~1.0，當樁端土為硬土時，可取0.1~0.4，當不考慮樁間軟土的作用時，可取零；

——單樁豎向承載力標準值，應通過現場單樁載荷試驗確定。第28頁/共74頁4.3.3柔性基礎下復合地基的設計理論1.剛性基礎下復合地基理論的基本假設：

1）基礎為剛性；

2）在豎向荷載作用下樁與樁間土共同承擔上部荷載；

3）復合地基土內部任一水平截面上樁與樁間土的豎向壓縮變形相同。第29頁/共74頁2.剛性基礎下復合地基計算公式討論（1）系數的取值（2）的取值一般認為，第30頁/共74頁一般認為，

僅與樁端土的軟硬程度有關，這是從樁的沉降概念或樁土之間的相對變形角度考慮問題的，認為只有樁下沉后土才能發揮作用。值也理應與樁本身的強度（壓縮模量）有關。因為當樁身的強度（壓縮模量）較小時，樁在荷載作用下的壓縮變形就大，這樣樁間土所承受的荷載也大，反之則小。而對于柔性基礎復合地基，受荷后其等沉面并不在樁頂而是下移了一定距離，等沉面上下樁土間相對變形的規律不同，其大小則受到樁間土的性質、樁體強度以及柔性基礎剛度的影響。因此，值除了應當考慮樁端土體的性狀外，還需考慮樁體強度、樁間土的性質、樁距（置換率）、樁長及柔性基礎剛度的影響。（1）系數的取值第31頁/共74頁規范公式中，

定義為樁間天然地基土承載力標準值。但現場實測資料表明，用粉噴樁處理之后，樁間土的強度有所增長。比如，在甘肅饞柳高速公路土家灣隧道西洞口地基采用粉噴樁處理前，天然地基土承載力=90kPa，處理后樁間土的承載力為130kPa，增長了44％；同樣，在東洞口，天然地基土的承載力=120kPa，而樁間土的承載力提高到240~300kPa，增長近2倍左右。其原因可歸結如下：①在進行粉噴及樁體強度形成過程中，水泥粉會吸收樁周土體中的一些水分來完成其一系列物理化學反應，從而使得樁周土體的含水量減小，強度提高；②強度較高的粉噴樁樁體對樁間土的變形產生側向約束，使樁間土的沉降量有所減小。（2）的取值第32頁/共74頁樁-網結構路基樁-網結構路基由樁-網結構基礎與上部路堤組成，其中樁-網結構基礎是一種剛性樁基礎，由鋼筋混凝土剛性樁（群）和樁頂以上的加筋墊層共同組成。

遂渝無砟軌道試驗段樁-網結構路基橫斷面設計圖第33頁/共74頁樁-網結構屬于一種剛性樁基礎，需要解決的技術問題包括：沉降特性合理樁間距柔性拱作用機理設計與施工技術第34頁/共74頁樁-網結構路基理論分析研究第35頁/共74頁第36頁/共74頁第37頁/共74頁樁-網結構路基離心模型試驗第38頁/共74頁樁-網結構單樁承載力驗算第39頁/共74頁樁-網結構地基沉降計算第40頁/共74頁第41頁/共74頁樁帽頂加筋墊層一般采用碎石墊層，厚度0.4～0.6m,夾鋪一層雙向高強度低應變土工格柵。土工格柵斷裂延伸率不大于10%，極限抗拉強度應滿足檢算要求并不小于80KN/m。第42頁/共74頁深厚軟弱地基長短組合樁樁-網結構路基第43頁/共74頁6.樁-板結構路基樁-板結構路基由下部鋼筋混凝土樁基和上部鋼筋混凝土承載板組成，鋼筋混凝土承載板直接與軌道結構相連接。樁-板結構具有以下特點：

1）樁-板結構承載板直接與軌道結構連接，因此，樁-板結構設計必須考慮列車動荷載的作用，結構應滿足疲勞強度的要求；

2）樁-板結構承載板可視為支撐在樁基礎上的連續板梁，板梁的豎向和橫向剛度必須滿足無砟軌道鋪設要求；

3）樁-板結構與土路基共同組成一個承載結構，樁-板結構與土路基的共同作用是樁-板結構設計合理經濟的關鍵技術問題。第44頁/共74頁

遂渝無砟軌道試驗段DK132+486~DK132+611樁-板結構路基橫斷面設計圖第45頁/共74頁第46頁/共74頁樁-板結構在自重和上部荷載作用下的撓曲變形樁-板結構路基數值模擬分析第47頁/共74頁樁-板結構路基在上部荷載及路堤自重作用下豎向位移云圖第48頁/共74頁第49頁/共74頁樁-板結構大模型實驗

模擬單線路堤樁-板結構，測試循環荷載作用板、樁、土的受力與變形。第50頁/共74頁動車組通過時，單線樁-板結構路基和雙線樁-板結構路基測試斷面路基表層的最大動應力范圍分別為4.50kPa、4.70kPa；樁底土體最大動應力分別為10.09、10.14kPa；最大動變形分別為0.023mm、0.025mm；最大加速度分別為0.61、0.62m/s2。遂渝24m簡支箱梁跨中最大動位移為0.25mm；32m簡支箱梁跨中最大動位移為0.48mm。貨車通過時，單線樁-板結構路基和雙線樁-板結構路基測試斷面基床表層表面的最大動應力分別為6.17kPa、6.00kPa；樁底土體最大動應力分別為12.85、12.83kPa；最大動變形分別為0.057mm、0.061mm；最大加速度分別為0.75、0.60m/s2。

遂渝24簡支梁跨中最大動位移為0.31mm；32m簡支箱梁跨中最大動位移為0.50mm。第51頁/共74頁§4.4路基邊坡綠色防護技術第52頁/共74頁第53頁/共74頁第54頁/共74頁第55頁/共74頁第56頁/共74頁4.4.1工程防護的不足破壞了生態環境，環境效果極差；隨著時間的推移，混凝土面、漿砌片石面都會風化、老化，后期整治費用高。被破壞了的植被很難迅速恢復。第57頁/共74頁4.4.2一般邊坡的植被護坡方法鋪草皮護坡植生帶護坡液壓噴播植草護坡三維植被網護坡挖溝植草護坡土工格室植草護坡漿砌片石骨架植草護坡鋼筋混凝土框架內填土植被護坡預應力錨索框架地梁植被護坡第58頁/共74頁1）路基填料抵御水侵蝕；2）路基面防排水；3）地下排水，包括路堤基底地下排水和和路塹基床換填底部地下排水；4）邊坡防排水及地面排水，包括路堤、路塹邊坡防排水以及側溝、天溝、排水溝。路基工程防排水客運專線鐵路路基工程防排水體系第59頁/共74頁路基工程防排水路基面防排水路基面采取全封閉防水，主要措施包括：（1）軌道基礎板兩側基床表層鋪設0.1m厚SAM10瀝青混凝土封閉層防止表水下滲。（2）在無砟軌道路基左右兩線的軌道板之間，設置貫通的縱向水溝。間隔50m左右設集水井，在集水井底部設置橫向排水管，將積水通過橫向排水管排入路堤邊坡上的橫向排水槽或路塹側溝。路基面縱向水溝采用C15混凝土澆注，集水井采用C25鋼筋混凝土澆注，橫向排水管采用Ф200mm鋼筋混凝土管，橫向排水槽采用M7.5漿砌片石砌筑。（3）路塹側溝外平臺采用漿砌片石封閉。第60頁/共74頁地下排水

對路基有危害的地下水，應采取疏排措施。路基工程防排水第61頁/共74頁路堤基底地下排水路堤填方基底存在地下水，可能引起路堤底部填料強度降低，引起變形或路堤沿地基表面的滑動。對于路堤填方基底出露的泉眼，應設置排水通道（暗溝或盲溝），引排地下水。路堤填方基底為洼地、槽谷，或地基土層地下水發育地段，路堤底部應設置排水層，避免地下水匯聚對路堤底部填料產生不利影響。當路堤填料為非良質填料時，則應在路堤底部應設置防排水層——既能排泄地下水，又能隔斷地下水對路堤非良質填料的不利影響。路基工程防排水第62頁/共74頁路基工程防排水第63頁/共74頁路塹基床換填底部地下排水地下水水位處于路基基床附近時，在列車動荷載作用下，基床土動強度會降低，易引起基床發生變形。無砟軌道對基床動力穩定性要求極高，因此，為防止基床病害必須設置地下排水工程。路基工程防排水第64頁/共74頁路基工程防排水遂渝線無