高鐵知識(shí)丨路基工程對(duì)高鐵平穩(wěn)性起著什么作用？

大家可能都知道

我國(guó)的高鐵不僅運(yùn)營(yíng)里程和速度獨(dú)冠全球

而且以運(yùn)行平穩(wěn)著稱

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當(dāng)然，保證高鐵平穩(wěn)運(yùn)行的原因可能很多

高鐵動(dòng)車組制造技術(shù)先進(jìn)

鋼軌打磨的平整

…

但是有一個(gè)至關(guān)重要的因素不能忽略

因?yàn)槲覀冃薜穆肪秃芷巾槹。?/span>

目前，鐵路工程最基本的形式有

橋梁工程

隧道工程

路基工程

我們今天就來(lái)說(shuō)說(shuō)

實(shí)現(xiàn)線路平順難度最大的

路基工程

是如何通過(guò)那些精妙嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)

保障高鐵線路的平順

路基設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)精確到毫米

路基是一種土石結(jié)構(gòu)，分為

填方路基（也稱路堤）

挖方路基（也稱路塹）

半填半挖路基（我沒有別稱）

你們所看到的高鐵可絕不是把軌道鋪在平地上那么簡(jiǎn)單，這里面可有大學(xué)問。

首先，高鐵的地基必須要保證足夠的強(qiáng)度和剛度，所謂“基礎(chǔ)不牢，后患無(wú)窮”。路基結(jié)構(gòu)采用優(yōu)質(zhì)填料分層壓實(shí)，擁有牢固的基礎(chǔ)和通暢的排水，此外還要經(jīng)受住天寒地凍和雨水沖刷等惡劣氣候的考驗(yàn)。

高速鐵路列車運(yùn)行速度可以達(dá)到或超過(guò)飛機(jī)起飛時(shí)的速度，路基作為高速鐵路列車運(yùn)行的基礎(chǔ)，如果路基不平順就會(huì)引起軌道不平順，使列車產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和顛簸，影響列車高速、平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

中國(guó)高鐵最快運(yùn)營(yíng)速度350km/h，飛機(jī)起飛的時(shí)速一般為250-350km/h

其次，填筑后的路基就像任何建筑一樣都會(huì)下沉，軌道系統(tǒng)可調(diào)的高度有限，所以路基下沉量要控制在毫米級(jí)。

實(shí)際上，我國(guó)的高鐵的很多標(biāo)準(zhǔn)都精確到毫米級(jí)

再次，鐵路軌道分別由橋梁、隧道、路基來(lái)支撐，由于它們的結(jié)構(gòu)不同，剛度和沉降規(guī)律也不同。為避免出現(xiàn)類似高速公路橋頭“跳車”現(xiàn)象，在他們連接處設(shè)置了過(guò)渡措施，控制鐵路的豎向差異沉降，尤其是無(wú)砟軌道路基差異沉降控制在5毫米內(nèi)。

無(wú)砟軌道路基差異沉降

高速鐵路路基選料原來(lái)這么嚴(yán)格

高速鐵路路基是通過(guò)填筑或開挖形成的土石結(jié)構(gòu)，路基填筑前或開挖后首先要經(jīng)過(guò)復(fù)雜和嚴(yán)密的計(jì)算來(lái)判斷路基沉降和穩(wěn)定是否滿足要求，否則要進(jìn)行地基處理,包括樁基、換填、強(qiáng)夯等措施。

路基分層填筑碾壓時(shí)，每一層壓實(shí)密度都要檢驗(yàn)合格，再進(jìn)行下一層施，以控制路基本身的變形。由于列車高速運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)自上而下逐步減小，因此路基不同部位對(duì)填料的要求是不一樣的，路基表層對(duì)填料的要求最高，向下逐層降低。

高速鐵路路基每層的填筑材料對(duì)土石的質(zhì)量、粒徑組成、石子大小、形狀、雜質(zhì)含量等有特殊要求，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)，所以說(shuō)并不是所有的土石都可以用來(lái)路基填筑。

路基的施工過(guò)程

來(lái)了大雨怎么辦，路基會(huì)被沖毀么？

高速鐵路路基為提高抵抗雨水沖刷等惡劣氣候的能力，保證路基邊坡穩(wěn)定，路基邊坡采用植物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的措施，并輔以系統(tǒng)的排水設(shè)施。大家看到四四方方的格柵或者是拱形的混凝土砌筑都是為了保持路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

拱形骨架護(hù)坡

利用植物的根系固定住邊坡的土壤不僅可以使路基邊坡更加牢固，還使鐵路線形成一條綠色的走廊，更有利于人與自然和諧發(fā)展，滿目綠色也成為了車窗外一道獨(dú)特的風(fēng)景。

路塹邊坡防護(hù)

高速鐵路路基遇到軟土怎么辦？ 

大江南北河道縱橫、溝塘遍布，很多地段存在淤泥和淤泥質(zhì)軟土，像“嫩豆腐”一樣，幾乎沒有什么承載力，如何讓“嫩豆腐”撐得住“硬鐵軌”？如何使路基在短時(shí)間內(nèi)下沉量趨于穩(wěn)定，讓列車跑起來(lái)？

這時(shí)就用到了一種獨(dú)特的地基處理技術(shù)——剛性樁。剛性樁在樁頂設(shè)置了一層鋼筋混凝土板或一張由碎石和土工織物組成的柔性網(wǎng)，就像埋在土里的一條板凳。

地基處理示意圖

不僅板凳腿起到支撐作用，板凳面也起作用，只是這“板凳”不止四條腿，有許多腿支撐，一條條板凳拼起來(lái)支撐路基。路基填筑完成后在其上堆載預(yù)壓，讓原本需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成的下沉現(xiàn)象在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生。通過(guò)對(duì)下沉量進(jìn)行觀測(cè)和評(píng)價(jià)，下沉趨于收斂后再鋪設(shè)軌道，既保證了“嫩豆腐”硬起來(lái)，后期又不會(huì)出現(xiàn)顯著下沉。

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）  

溶洞上如何修建高速鐵路路基？

巖溶是一種自然現(xiàn)象，鬼斧神工的溶洞，惟妙惟肖的鐘乳石都是很美的自然景觀，廣泛分布在西南、華東、中南地區(qū)。但高鐵路基下面躲藏了溶洞，會(huì)對(duì)路基的根基穩(wěn)定造成影響。

溶洞

在巖溶發(fā)育地區(qū)，首先還是要通過(guò)地質(zhì)勘察等手段判斷溶洞的位置，盡量繞避。但如果線路不得不通過(guò)時(shí)，就需要特殊的地基處理方法。

當(dāng)溶洞較大或串狀時(shí)，可采用板凳式樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，其由下部鋼筋混凝土樁基和上部的鋼筋混凝土板組成，通過(guò)承臺(tái)板將上部荷載傳到樁體，樁體把荷載傳遞到穩(wěn)固地層。

樁板結(jié)構(gòu)

當(dāng)溶洞較小時(shí)，可采用巖溶注漿的加固措施，即向溶洞里注入漿液填充，可避免溶洞頂板塌陷和變形，保證路基根基穩(wěn)定。

巖溶注漿法

寒冷地區(qū)如何修建高速鐵路路基？ 

我國(guó)東北地區(qū)冬季寒冷，水凝結(jié)成冰后體積會(huì)膨脹，冰融化后體積會(huì)收縮，凍融循環(huán)后土體強(qiáng)度會(huì)降低，因而在寒冷地區(qū)修筑高速鐵路需要解決路基的凍脹問題。

哈大高鐵路基成功實(shí)現(xiàn)在零下40℃穿越高緯度寒冷地區(qū)，預(yù)防路基凍脹的主要措施有：選擇防凍的填筑材料，提高路基本體防凍能力；做好路基表面防水和路基底部排水，避免因水出現(xiàn)凍融現(xiàn)象。

高鐵列車行駛在哈大高鐵路基上

好了，說(shuō)了這么多

最后還是要感謝廣大路基專業(yè)工程師

嚴(yán)謹(jǐn)精心的勘測(cè)設(shè)計(jì)

腳踏實(shí)地的科研創(chuàng)新