張呼客專路基工程設(shè)計原則

韓春良

（包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014040）

張家口至呼和浩特客運專線鐵路位于華北北部，呈東西走向。線路東起河北省張家口市，經(jīng)河北省萬全縣、懷安縣、尚義縣后進入內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，經(jīng)興和縣、察右前旗、烏蘭察布市、卓資縣，西迄于呼和浩特市。設(shè)計正線全長286.044km，其中河北省境內(nèi)75.714km，內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)210.330km。

張呼（張家口-呼和浩特）鐵路全線按客運專線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，路段設(shè)計行車速度為250km/h，基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)留進一步發(fā)展條件。

張呼客專全線松軟土、季節(jié)性凍土分布廣泛，路基工程設(shè)計難度較大，這里主要介紹張呼客專路基工程設(shè)計原則。

1 坡面防護工程

張呼客專全線路基邊坡均設(shè)防護工程。對防護形式的選擇，在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和防護效果的前提下，應(yīng)充分重視環(huán)境保護和植被恢復(fù)的理念，確立“穩(wěn)定邊坡，防止碎落，易于植被”的路基防護宗旨。

1.1 路堤邊坡防護

1.1.1 路堤邊坡高度H＜3m時，邊坡采用預(yù)制混凝土空心磚內(nèi)種植灌木防護。

1.1.2 當(dāng)路堤高度H≥3m時，在路堤的基床表層以下兩側(cè)邊坡中，水平鋪設(shè)寬度不小于3m的雙向拉伸土工格柵（5%應(yīng)變時抗拉強度不小于25kN/m，層距為0.6m）。

1.1.3 為減少集中降水等引起的路基面積水沿路堤邊坡散排造成對邊坡的沖刷破壞，邊坡高度H≥3m時，結(jié)合沿線石料分布情況，于路肩以下分別采用帶排水槽的拱形骨架或預(yù)制混凝土空心磚護坡防護，骨架或空心塊內(nèi)種植灌木防護。

1.1.4 當(dāng)路堤填料為改良土或其它不適宜植物生長的填料時，于邊坡幫填0.3m厚的種植土，以確保綠化成活。

1.1.5 浸水地段，設(shè)腳墻基礎(chǔ)漿砌片石護坡，護坡頂高程＝設(shè)計洪水位+波浪侵襲高+雍水高+0.5m。

1.1.6 地勢平坦,縱向排水條件困難且地基為凍脹性土層的路堤地段，兩側(cè)邊坡設(shè)防凍脹護道，護道寬度及高度不小于所經(jīng)地區(qū)季節(jié)最大凍深。

1.2 路塹邊坡防護

路塹邊坡采用分級大平臺邊坡形式。根據(jù)工點工程地質(zhì)條件，盡量不使用大型支擋結(jié)構(gòu)，貫徹執(zhí)行“緩邊坡、大平臺、少支擋、增強綠色景觀”的設(shè)計理念。

1.2.1 土質(zhì)及易風(fēng)化的軟質(zhì)巖石路塹邊坡，依據(jù)挖方高度分別采用帶截排水槽的預(yù)制混凝土空心磚和拱形骨架護坡并結(jié)合種草兼植灌木進行防護。具體防護措施為：

1.2.2 邊坡高度H＜3m時，采用植被防護；

1.2.3 邊坡高度3≤H＜6m時，邊坡采用預(yù)制混凝土空心磚內(nèi)植草兼種灌木防護；

1.2.4 邊坡高度H≥6m時，采用帶排水槽的拱形骨架護坡并結(jié)合種草兼植灌木防護；

1.2.5 弱膨脹巖土路塹邊坡防護

張集客專部分線路地區(qū)處于第四系上、中更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土、全新統(tǒng)殘積粉質(zhì)黏土和泥巖全風(fēng)化層，具弱膨脹性。挖方邊坡設(shè)計遵循了“緩坡率、寬平臺、加固坡腳、加強排水和適宜的坡面防護相結(jié)合”的原則，邊坡高度不大于6m，邊坡坡率1：1.5～1.75；超過6m時，設(shè)2.0m寬平臺并設(shè)置平臺截水溝，高度6m為以上邊坡坡率1：1.75～1：2.0。邊坡采用截水拱形骨架內(nèi)植草兼植紫穗槐防護，挖方邊坡有地下水出露時主骨架間隔作邊坡支撐滲溝。基床底層范圍內(nèi)換填不小于2.3m厚的A、B組填料，基床表層以下和換填底面設(shè)0.2m厚中粗砂墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)一層兩布一膜防滲復(fù)合土工膜。

2 地下水處理工程

低填及挖方地段基床厚度范圍內(nèi)有地下水出露時，在路堤邊坡兩側(cè)排水溝和路塹側(cè)溝以下設(shè)置降水滲溝，將路基基底范圍內(nèi)的地下水降至基床厚度以下且不小于當(dāng)?shù)赝翆蛹竟?jié)最大凍深后，引排出路基以外，出水口設(shè)置保溫措施。

3 地基加固處理工程

3.1 松軟土（軟土）地基處理

張呼線沿線軟土主要分布于丘陵低洼地區(qū)，且多以夾層形式存在，其上下均分布有中、高壓縮性松軟土分布，路基需要解決的主要是地基壓縮層的壓縮變形問題，因此結(jié)合地下水位情況，分別采用以下措施進行處理：

3.1.1 當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^淺，地層土壤含水量大于25%，處理厚度小于3m時，采用挖除換填A(yù)、B組填料或水泥改良土；地下水位較深，且土壤含水量小于25%時，采用強夯處理，夯坑內(nèi)回填碎石找平；

3.1.2 地基處理厚度3m-8m時，采用水泥土攪拌樁加固地基，當(dāng)?shù)鼗翆雍啃∮?5%，采用濕法施工，否則采用干法（粉噴）施工；

3.1.3 當(dāng)處理厚度大于8m時，采用CFG樁進行加固。

3.1.4 復(fù)合地基頂面設(shè)置厚度0.5m的碎石墊層。

3.1.5 復(fù)合地基頂面的墊層中鋪設(shè)二層雙向土工格柵，其抗拉強度不小于120kN/m。

3.2 沉降估算

3.2.1 總沉降S總：單線列車活載、無碴軌道荷載及路堤填料荷載作用下地基壓縮層內(nèi)的總沉降量，包括加固區(qū)沉降量S1及加固區(qū)下臥層沉降量 S2，即 S總=S1+S2。

3.2.2 S1沉降計算按地基的復(fù)合壓縮模量值采用分層總和法進行

3.2.3 下臥層S2采用分層總和法計算。

3.2.4 施工期沉降S施工：施工期沉降量假定在施工完成以后6至12個月內(nèi)全部完成，計算方法同總沉降量計算。

3.2.5 路基工后沉降：總沉降量S總中扣除施工期沉降S施工后的剩余部分：S工后＝S總－S施工。

3.3 路堤堆載預(yù)壓

為加速地基的前期沉降，減少路堤的工后沉降，縮短路基地基處理的建設(shè)工期，在路堤地段基床底層頂面堆載預(yù)壓土方，堆載預(yù)壓時間一般不少于6個月（嚴(yán)禁在冬季預(yù)壓）。堆載預(yù)壓期間應(yīng)進行沉降觀測，并進行路基工后沉降推測，當(dāng)推測工后沉降滿足要求后方可卸載。

3.4 路基沉降觀測

所有路基每隔50m應(yīng)布設(shè)一監(jiān)控斷面，監(jiān)測地基和路基本體沉降變形，點繪沉降曲線進行路基工后沉降分析，并作為竣工驗收資料移交運營管理單位。對高路堤、深厚軟基、重大橋頭過渡段等重點監(jiān)控斷面應(yīng)長期觀測下去，以利運營養(yǎng)護維修和積累資料。監(jiān)控斷面上的觀測標(biāo)志設(shè)置為：

3.4.1 路基兩側(cè)坡腳各埋設(shè)一個混凝土觀測樁，以觀測路基外地面沉降。

3.4.2 在路基基底的地面處設(shè)置一處組合沉降板，觀測路堤基底地面的沉降。

3.4.3 在兩側(cè)路肩各埋設(shè)一至兩處混凝土觀測樁，觀測路基頂面的沉降。

3.4.4 所有軟土（松軟土）路基工點，均埋設(shè)觀測儀標(biāo)，對地基水平和垂直位移進行監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，進行動態(tài)設(shè)計，保證路基穩(wěn)定和工后沉降滿足要求。

4 季節(jié)性凍土路基

在凍脹性地基土上填筑路基，必須滿足路堤的穩(wěn)定和變形要求。首先路基高度應(yīng)大于季節(jié)最大凍深。同時路基凍深范圍內(nèi)必須采用非凍脹性填料填筑并加強相應(yīng)的隔排水措施。當(dāng)不滿足以上條件時路基進行處理：

4.1 低矮路堤

路堤填土高度小于季節(jié)最大凍深且地基土為凍脹土?xí)r，結(jié)合地基土層的凍脹性質(zhì)，對凍脹范圍土層進行挖除換非凍脹性A、B組填料，為防止地表水下滲，于路基基底和換填底部鋪設(shè)一層防滲復(fù)合土工膜。當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^淺時，于路基兩側(cè)設(shè)置滲水盲溝等降低地下水措施，使地下水位降至最大季節(jié)凍深以下后，再進行換填等處理。

4.2 路塹

當(dāng)挖方地段基床范圍內(nèi)為凍脹性土或風(fēng)化巖時，路塹斷面采用“路堤式路塹”結(jié)構(gòu)形式，季節(jié)最大凍深范圍內(nèi)采用非凍脹性A、B組填料填筑，并在基床表層以下和換填底部鋪設(shè)一層防滲復(fù)合土工膜。當(dāng)?shù)叵滤雎痘蚵裆钶^淺時，于兩側(cè)側(cè)溝處設(shè)置縱向滲水盲溝等降低地下水措施，使地下水位降至最大季節(jié)凍深以下后，再進行以上處理。

4.3 路堤邊坡

當(dāng)填土高度大于季節(jié)最大凍深時，且地基土為凍脹性土?xí)r，于路堤坡腳處設(shè)防凍脹護道，以消除凍脹力對路堤邊坡穩(wěn)定性的影響。

5 路基土石方調(diào)配原則

5.1 路堤填料優(yōu)選附近取土場中的A、B組填料，當(dāng)沿線無A、B組填料時，盡量利用挖方，不足部分取自集中取土場運往集中拌和站進行改良，采用挖掘機挖土，自卸汽車運輸。

5.2 路塹挖方：全線挖方地層主要為粉質(zhì)黏土和風(fēng)化泥巖，屬C、D組填料，不能直接做為路基填料，C組填料應(yīng)先考慮縱向利用運往集中拌和站進行改良，如有棄方優(yōu)先滿足區(qū)間內(nèi)地基處理路堤地段做為臨時堆載預(yù)壓土方，預(yù)壓完成卸載后棄至取土場，剩余挖方棄方直接棄往取（棄）土場。路塹挖方：采用挖掘機挖土、自卸汽車運輸。

6 土地利用

張呼客運專線設(shè)計已高度重視節(jié)約用地、少占良田，采取必要的工程措施減少土地資源的占用。

6.1 征收用地寬度

路堤地段征收土地界寬度：排水溝、護道或坡腳矮擋墻邊緣外不小于3m路基兩側(cè)兼作排水的取土坑、棄土場（堆）時，其邊緣外不小于2.0m；

路塹地段征用土地界寬度：天溝外不小于2m，如無天溝時，距塹頂邊緣外不小于5m。

6.2 臨時用地

取棄土場占地為臨時用地。

6.3 回購用地

與既有線并行地段，新建鐵路占用耕地的既有鐵路用地部分按回購用地計列。

［1］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].中國鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].中國鐵道出版社，2005.

［3］解寶柱.鐵路路基(教材)[M].中國鐵道出版社，2013.

［4］關(guān)于加快推進內(nèi)蒙古鐵路建設(shè)的會議紀(jì)要[Z].2010.