高速铁路无砟轨道路基排水设计.pdf

2 0 1 3年 8月 第 4卷 第 4期 高速铁路 SP EED RAI LWAY 技术 T EC HN0I D G Y No 4， Vo 1 4 Au g 2 01 3 文章编号 ：1 6 7 4 _8 2 4 7 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 7 8 0 3 _】 Ej 同 速铁路无砟轨道路基排水设计 李井元丁兆锋 ( 中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要： 高速铁路无砟轨道铁路路基工程排水体系的构建与完善， 是保证路基工程动力特性和承载特性的长 期稳定性的前提之一。文章针对高速铁路排水设计的 目的及要求 ， 提出了高速铁路无砟轨道排水设计的一 般设计原则。高速铁路路基排水体系分为地表排水和地下排水两类。地表排水的目的是将路基两侧的汇水 分层次拦截引排至路基范围以外 ， 防止汇水浸入、 冲刷路基边坡或基床， 防止雨水淤积下渗 ， 软化路基结构。 地下排水的目的是拦截 、 排出地下水， 降低路基范围内的地下水位， 防止地下水侵入路基基床， 影响基床承载 力及稳定性。排水系统应保持完整性、 通畅性， 并与其它排水系统做好衔接 ， 设计中尤其需注意基础、 防渗及 末端设计。 关键词： 高速铁路； 无砟轨道 ； 排水设计； 路基 中国分类 号 ： U 2 1 6 4 1 4 文献标识码 ： A Dr a i n a g e De s i g n f o r Ba Ua s t l e s s Tr a c k S u bg r a d e o f Hi g h S p e e d Ra i l wa y LI J i n g - y u a n DI NG Zh a o - f e n g ( C h i n a R a i l w a y E r y u a n E n g i n e e ri n g G r o u p C o ， L t d ，C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co n s t r u c t i o n a n d c o n s u mma t i o n o f d r a i n a g e s y s t e m o f b a l l a s t l e s s t r a c k s u b g r a d e e n g i n e e rin g o f h i g h s p e e d r a i l wa y i s o n e o f t he pr e mi s e s t o e ns ur e t h e l o n g - t e r m s t a b i l i t y o f d y na mi c c h a r a c t e ris t i c s a n d b e a ring c h a r a c t e r i s t i c s o f s u b - g r a d e e n g i n e e rin g Thi s p a pe r p u t s f o r wa r d t h e g e n e r a l d e s i g n p r i n c i p l e f o r d r a i na g e d e s i g n a c c o r d i n g t o t he p u r po s e a n d r e qu i r e me n t for d r a i n a g e d e s i g n o f b all a s t l e s s t r a c k o f hi g h s p e e d r a i l wa yDr a i n a g e s y s t e m o f h i g h s p e e d r a i l wa y i s d i v i d e d i n t o s u rf a c e d r a i n a g e a n d s u b s u r f a c e d r a i n a g e T h e o b j e c t i v e o f s u rf a c e d r a i n a g e i s d r a i n a g e a n d i n t e r c e p t t h e w a t e r c a t c h me n t o n b o t h s i d e s o f t h e s u b g r a d e o u t s i d e o f t h e s u b g r a d e t o p r e v e n t wa t e r i mme r s i o n，s c o u r o f s u b g r a d e s l o p e o r s u b g r a d e b e d ， r a i n w a t e r d e p o s i t i o n i n f i l t r a t i o n ，s o f t e n i n g s u b g r a d e s t ruc t u r e T h e o b j e c t i v e o f s u b s u r f a c e d r a i n a g e i s t o d r a i n a n d i n t e r c e p t g r o u n d wa t e r ，r e d u c e g r o u n d wa t e r l e v e l wi t hi n t he s c o p e o f s ub g r a d e，p r e v e n t t he i n g r e s s o f g r o u n d w a t e r i n t o s u b g r a d e b e d，a f f e c t t he b e a r i n g c a p a c i t y a n d s t a b i l i t y o f s u b g r a d e b e dDr a i n a g e s y s t e m s ha l l ma i n t a i n i n t e g r i t y ，s mo o t h n e s s ，a n d g o o d j o i n w i t h o t h e r d r a i n a g e s y s t e mS p e c i a l a t t e n t i o n s h a l l b e p a i d t o t h e d e s i g n o f f o u n d a t i o n ， s e e p a g e c o n t r o l a nd t e r mi na 1 Ke y wor ds ： h i g h s p e e d r a i l wa y；b all a s t l e s s t r a c k；d r a i n a g e de s i g n；s u b g r a de 引言 泥、 路基下沉、 挤出变形等病害， 严重影响铁路路基的 安全运营。高速铁路无砟轨道与普速有砟轨道相比， 西南山区既有线路基病害调查资料显示， 排水不 对路基排水设计要求更为严格。秦沈客运专线土的动 畅是引起路基病害的重要原因之一 。由于排水系统不 健全 ， 雨水淤积， 路基长时间浸水 ， 强度急剧下降， 从而 导致铁路路基在行车作用下发生裂缝、 鼓包、 翻浆 冒 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 0 - 0 8 作者简介 ： 李井元 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 工程师。 力三轴试验结果表明， 随着土的饱和度的增加 ， 土的动 强度大大降低 ， 因此高速铁路无砟轨道路基排水体系 的构建与完善是保证路基工程动力特性和承载特性的 长期稳定性的前提之一， 设计中应把排水设计作为一 个重点 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 李井元 ， 等： 高速铁路无砟轨道路基排水设计 2 0 1 3年 8月 表 1 高速铁路无砟轨道与普速有砟轨道路基排水设计对比表 项 目 普速铁路有砟轨道 高速铁 路无 砟轨道 设 计使用年限 3 O年 6 0年 采用 钢筋混 凝土 ， 不得 材料 一 般采用素混凝 土 采用浆砌片石 设计 洪水频率 1 5 0 1 5 0 路 基面防排水层 不设置 应设 置 找平层或垫层 必要时可设置 应 设置 基础为松软土 应采取防渗漏等 应采取换填等 或特殊土 加 固措施 加固措 施 线间集水井 不设置 设置 高速铁路路基排水设施分为地表排水和地下排水 两类。地表排水主要采用排水沟 、 侧沟、 天沟、 截水沟 、 吊沟和急流槽等结构 。地下排水主要采用 明沟、 盲沟 、 渗沟、 排水管 、 渗水隧道、 仰斜式钻孔等结构 。 2 地表 排水 高速铁路 无砟 轨道路 基地表 水排水 的 目的有 2 个 ： 一个是通过排水沟 、 侧沟、 天沟 、 边坡平台截水沟将 路基两侧的汇水分层次拦截引排至路基范 围以外 ， 防 止 水浸入 、 冲刷路基边坡或基床 ； 另一个是通过集水 井 、 骨架截水槽将路基范围内的雨水排 向路基两侧 ， 防 止雨水淤积下渗 ， 软化路基结构 。 高速铁路路基排水沟、 侧沟及天沟 的设计要满足 过水能力以及材料耐久性两方面的要求 。排水为满足 过水能力的需要， 应根据流量计算， 选择合理的沟型、 截面尺寸及排水坡率 。一般情况下截面面积相同的条 件下 ， 梯形沟的过水能力大于矩形沟 ， 但矩形沟用地 比 梯形沟节约。因此沟的截面形式的选择应综合考虑过 水能力及用地两方面的因素。为满足耐久性 的需要 ， 应根据侵蚀性等 级合理 的选择合 适 的混凝 土强度等 级 ， 以满足耐久性需要。地表排水可按 以下原则进行 设计。 ( 1 ) 侧沟 、 排水 沟、 天沟及截水 沟按 1 5 0频 率设 计 ， 沟顶高出设计水位 0 2 IT I 。纵坡不小于 2 ， 单面 排水坡段长度不宜大 于 4 0 0 m， 必要 时应增设 横 向排 水设施引入 自然沟渠或涵洞 ， 不得直接排人农 田。 ( 2 ) 地面横坡明显地段， 排水沟可在路堤上方一 侧设置 ， 若地面横坡不明显 ， 在路基两侧设置 。排水沟 平面尽量随地形而走， 采用直线型， 在水沟转弯的地方 应该平缓过渡， 其半径不小于 1 0 2 0 111 。排水沟均采 用梯形沟 ， 一般沟底宽 0 6 I T I ， 沟深 0 6 m， 最小沟截面 尺寸 为 底 宽 0 4 1 1 1 ， 沟 深 0 6 m， 沟 边 坡 坡 率 均 采 用1 ： 1 。 ( 3 ) 当路基边坡采用截水骨架护坡时， 主骨架作 为路堤顺边坡方 向的排水槽引排坡面水流进入侧沟或 排水沟 ； 当路堤边坡采用撒草籽 间植低矮灌木护坡时 ， 每间隔 l 01 5 m设置一个混凝土预制构件排水槽 ， 槽 深 0 1 m， 槽宽 0 3 m。 ( 4 ) 路堑侧沟一般采用底宽 0 6 m， 沟深 0 8 m的 钢筋混凝土矩形沟 ， 厚 0 2 I l l 。长大拉槽路堑地段根 据设计流量加大侧沟截面尺寸。边坡平台截水沟尺寸 采用底宽 0 4 0 11 1 、 沟深 0 4 0 m 的矩形断面 ， 截水沟采 用混凝土浇筑 。 ( 5 ) 无砟轨道地段线 间排水 ： 线间表 面采用0 1 m 厚 C 2 5细石混凝土防水层封 闭， 顺线路纵坡方 向设置 线间钢筋混凝土集水井， 再流人预埋在基床底层的横 向排水管 ( 6 2 o o H D P E双壁波纹管) ， 然后排人侧沟或 路堤外， 横向排水管每处分线路左右两侧各设置 1 根。 ( 6 ) 路堑地面横 坡明显地 段 ， 在上方一侧设 置天 沟； 地面横坡不 明显地段 ， 宜在路堑顶两侧设 置天沟 ； 设有平 台截水沟 的路堑边坡均应 设置天沟引排坡 面 水。当路堑顶部无弃土堆时， 天沟内边缘至堑顶距离 不宜小于 5 m， 当沟 内进行加 固防渗 时， 不小于 2 m。 1 1 口 边 坡 坡 率： 。堑顶坡面较陡的天沟 ， 采用矩形 ， 底 宽一 0 6 m， 沟深 0 6 m。 3地下排水 地下排水 的目的是拦截 、 排出地下水 ， 降低路基范 围内的地下水位 ， 防止地下水侵入路基基床 ， 影响基床 承载力及 稳定性。根据地下水 的分布特征可设 置 明 沟 、 盲沟 、 边坡 支撑渗沟 、 渗水盲沟、 深 ( 浅 ) 层 排水斜 孔等排水设施。特别对顺层路堑、 地下水发育路堑和 膨胀土( 岩) 路堑应加强引排水措施 的设计 。 地下排水设施的要求跟地表排水一样应满足过水 能力及材料耐久性两方面的要求 ， 可按 以下原则进行 设计。 3 1 纵向盲沟 地下水发育的路堑地段一般需要设置纵向( 局 部地方设置横向) 盲沟。盲沟高为0 8 1 2 m、 宽为 1 0 1 2 In ， 采用土工布包裹碎石， 渗沟底部设置 + 3 1 5 P V C 带孔双壁波纹渗水管， 底部设混凝土基础。 纵向盲沟每隔3 0 m或在平面、 坡度变化较大处设置一 个检查井。 3 2 边坡支撑渗沟 支撑渗沟一般设置于膨胀土路堑边坡， 以防止膨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 李井元， 等 ： 高速铁路无砟轨道路基排水设计 2 0 1 3年 8月 胀土遇水膨胀破坏边坡加 固防护工程 ， 引起 边坡局部 失稳、 溜坍等病害。支撑渗沟设置间距一般为 1 0 1 5 m， 当渗沟加 固与截水 骨架 护坡 同时采用 时， 渗沟 设 在 主 骨 架 处 。渗 沟 宽 1 5 i n ， 排 水 层 最 小 厚 度 1 0 m 。 边坡渗沟的排水层采用筛选洗净的碎石、 砾石， 若 路基边坡较陡时采用 片石充填 ； 排水层与渗水 的沟壁 之间需设置反滤层 ， 反滤层采用砂砾石和卵砾石 ， 各层 厚 0 1 5 m。渗沟顶部覆 以单层干砌片石 ， 厚 0 3 i n ， 表 面用水 泥砂浆 勾缝。渗沟底 部采 用混 凝土 封 闭， 厚 0 3 i n ， 外部包裹一层不透水土工布。 3 3 深( 浅 ) 层排水斜孔 当路堑边坡地下水发育较深或构造破碎带 、 储水 层等集 中发育地下水时 ， 通过设置深( 浅) 层排水斜孔 引出、 排出地下水， 增强边坡、 不良地质体的稳定性； 排 水斜孔孔径一般采用 1 i 0 m m， 钻孑 L 仰角一般为 1 0 。一 1 5 。 ， 困难时不小 于 5 。 ， 内置 + 5 0 P V C软式透水管 ， 管 内充填 中粗砂。孑 L 位布置 、 长度可根据含水层水文地 质情况而定 。 4 排水沟的基础、 防渗及末端设计 _ 函 千 里 之 堤 溃 于 蚁 穴 ， 为 确 保 排 水 系 统 可 靠 性 以 及 安全性， 排水系统在保证完整性、 通畅性的同时， 应尤 其注意基础、 防渗及末端设计 。 4 1 基础设计 排水系统径路区域应保证长期稳定 ， 其 基底处理 应进行专门设计， 并设置找平层及垫层， 基础底部的松 软土或特殊土应采取换填等措施处理。 4 2 防渗设计 路基排水设施均采取防冲刷 、 防渗的加固措施 ， 一 般采用混凝土及其它加固措施进行加固。当采用预制 拼装结构时， 接缝处水 泥砂浆 的强度等级应不低 于 M1 5 4 3 末端设计 排水设备应与桥涵、 隧道、 车站等排水设备衔接配 合 ， 有足够的过水能力。设计路基排水设施时 ， 要与水 土保持及农田水利的综合利用相结合； 城市地区还应 与地方排灌、 排污系统密切结合。天沟不应向路堑侧 沟排水 ， 受地形控制需排入侧沟时， 必须设置急流槽 。 5 结论 高速铁路的路基设计 中， 排水 系统 的合理布置是 影响铁路质量的重要因素之一， 应引起设计者的足够 重视。为保证路基工程动力特性和承载特性的长期稳 定 ， 必须构建完善的高速铁路无砟轨道铁路路基工程 防排水体系。排水系统应保持完整性、 通畅性， 并与其 它排水系统做好衔接， 设计中尤其需注意基础、 防渗及 末端设计 。在满足铁路排水 系统设置需要 的情况下 ， 应保证 自然水系的畅通。 参考文献 ： 1 T B 1 0 6 2 1 2 0 0 9高速铁路设计规范 ( 试行 ) s T B 1 0 6 2 1 2 0 0 9 C o d e f o r D e s i g n o f H i g h S p e e d R a i l w a y S T B 1 0 0 0 1 2 0 0 5铁路路基设计规范 S T B 1 0 0 0 1 2 0 0 5 C o d e f o r D e s i g n o n S u b g r a d e o f R a i l w a y S 铁建设E 2 0 o 9 1 7 2号， 铁路边坡防护及防排水工程设计补充规定 s T i e J ia n S h e 2 0 0 9 N o 1 7 2 ， A d d i t i o n a l P r o v i s i o n f o r D e s i g n of R a i l - w a y S l o p e P r o t e c t i o n a n d Wa t e r p r o o f and D r a i n a g e E n g i n e e r i n g S 刘超 铁路车站广场排水设计探讨 J 铁道建筑技术 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 737 5 L I U C h a o Di s c us s i o n o n De s i gn o f Ra i l wa y S t a t i o n S q u a r e Dr a i n ag e J R a i l w a y C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 7 3 7 5 杨军 客运专线 路基 防排 水设计 研究 J 北京 ： 铁 道工程 学报 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 5 2 5 5 YANG J u nRe s e a r c h o n De s i g n of Wa t e r p r o o f a n d D r a i n a g e f o r S u b - g r a d e o f P a s s e n g e r De d i c a t e d R a i l w a y J J o u rnal of R a i l w a y E n g i n e e fi n g S o c i e t y ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 5 2 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m