【摘要】介紹北京地鐵八通線路基設計概況、工程地質條件以及設計原則等,著重從路基填筑標準、整體道床路基處理、碎石道床與整體道床過渡段路基設計、路基擋土墻結構及附屬工程等方面對設計工作進行了分析總結。
【關鍵詞】路基填筑 整體道床路基 路基過渡段 裝配式擋土墻
1 路基概況
北京地鐵八通線路基段長度7.31 km , 約占全線38 % , 其中碎石道床路基6.24 km ; 鋪設整體道床路基0.087 km ; 設置擋土墻0.67 km ; 車站路基0.31 km ; 設置整體道床與碎石道床之間路基過渡段7 處。
2 工程地質條件
八通線工程位于永定河沖洪積扇東部邊緣地帶, 地質構成主要有人工堆積層、原公路路面及路基、第四紀沉積層等。人工堆積層需換填,原公路路面及路基或第四紀沉積層地基承載力均大于160 kPa , 可作為路基持力層。
除個別處有埋深大于3 m 的地下水外,沿線未見地下水。地震基本烈度8 度,地面以下20 m 飽和土和砂土均不液化。土壤最大凍結深度為0.8 m 。
3 設計原則
(1) 路基在靜、動荷載及各種不利地質、氣象和水文條件作用下,有足夠的強度和耐久性。
(2) 路基面寬度應有足夠的安全空間,以保證行車安全和便于線路維修養護。
(3) 路基支擋結構穩定可靠,型式美觀。
(4) 路基排水與車站、橋梁及市政設施相結合,充分利用既有排水管涵。
4 路基工程設計要點
4.1 碎石道床地段土質路基填筑標準
八通線的車輛荷載及速度,按國家鐵路的分類標準,屬于中、輕型鐵路,但城市軌道交通工程與普通鐵路又有一定的區別。本線一次性鋪設無縫線路、行車密度大、使用壽命及安全可靠度要求高等,對路基提出了更高的要求。圖1 所示為根據線路設計標準確定的一般路基的分層厚度。本線路基分層中基床表層厚度確定為0.50 m 、基床底層1.50 m 。
為減少路基后期的沉降,獲得較高的安全儲備,確保線路平穩可靠,路基各層設計對土質要求嚴格,并采用了較高的壓實標準。
路基基床表層規定選用A 組或B 組填料,且顆粒粒徑不得大于150 mm 。基床底層優先選用A 、B 組填料,若A 、B 組填料缺乏,可采用C 組填料,但需加強壓實。
圖1 碎石道床地段非滲水土路基標準橫斷面(單位:m)
圖2 整體道床地段路基設計橫斷面(單位:m)
對細粒土和粘砂、粉砂采用壓實系數或地基系數作為控制指標,壓實系數(重型擊實試驗) 為: Kh ≥0.93 (基床表層) 、Kh ≥0.91(基床底層);地基系數為: K30 ≥ 93 MPa/m(基床表層) 、K30 ≥85 MPa/m(基床底層) 。
對于砂礫類土或碎石土等粗粒土則采用地基系數或相對密度作為控制指標, 砂礫類土的地基系數為K30 ≥110 MPa/m(基床表層) 、K30 ≥90 MPa/m( 基床底層);碎石土的地基系數為K30 ≥130 MPa/m( 基床表層) 、K30 ≥110 MPa/m(基床底層); 砂礫類土和碎石土的相對密度為: Dr ≥0.75(基床表層) 、Dr ≥0.70(基床底層) 。上述壓實標準比普通鐵路Ⅰ 、Ⅱ 級線路的路基壓實標準稍微要高一點,但對本線來說是必要的。
4.2 整體道床地段路基處理
本線有兩段曲線一部分位于高架橋上另一部分屬于地面線,高架橋上采用的是整體道床。為使整個曲線范圍內的軌道形式統一,同時為了便于今后的養護維修,該段曲線的地面線部分亦做成整體道床。與碎石道床不同,在地面線做整體道床需要對道床以下直至基底范圍內進行特殊處理,以滿足整體道床對其下基礎的強度及剛度要求。
路基頂面由列車動載及軌道結構靜載產生的應力并不大,但整體道床地段路基頂面需提供較大的剛度才能保證整體道床軌道結構的正常使用。圖2 所示為整體道床地段的路基設計橫斷面,路基最上部為一層鋼筋混凝土板,往下是素混凝土層,再下是一層二灰砂礫層,最后,在二灰砂礫與天然基底之間全部填筑三七灰土。如此設計的整體道床地段路基,能把路基的剛度從上部的整體道床剛度逐步遞減到下部的天然基底剛度,同時也使線路上部荷載均勻分散地傳遞至基底。
4.3 整體道床與碎石道床過渡段路基設計整、碎道床過渡段路基設計問題實質上主要是線路下部基礎的沉降如何過渡的問題,過渡段的設計也就是在碎石道床與整體道床結構相銜接的一定長度范圍內,通過加強路基以使土質路基與高架橋之間的沉降差逐漸過渡。
過渡段路基設計通常有以下幾種方法:加筋土法、樁基礎處理法、砂礫碎石類優質填料處理法及剛性板法等。結合本線特點及地質條件研究分析,本線過渡段路基采用級配砂礫填筑與在路基頂面設置鋼筋混凝土板兩種方法進行處理,圖3 所示為典型的整、碎過渡段路基縱斷面圖。
圖3 典型整碎過渡段路基縱斷面圖
4.4 路基擋土墻結構設計
八通線地面線大部分地段填土高度較小,但高架橋兩端路堤填土較高,且位于京通快速路隔離帶范圍內的線路路基填土寬度受隔離帶寬度的限制,因此高架橋兩端高填土地段需設置路基支擋結構及擋土墻。
為滿足城市景觀要求,加快施工進度,路基支擋結構采用部分預制裝配式擋土墻,擋墻由三部分組成:現澆基礎、預制墻面板以及現澆帽石,擋土墻基底設凸榫,預制墻面板通過聯接鋼板和鋼筋與現澆基礎的預埋鋼板焊接,使擋土墻的現澆部分和預制部分聯結為一個整體(見圖4) 。
圖4 部分預制裝配式鋼筋混凝土擋土墻構造圖
局部地段擋土墻頂設聲屏障,為使線路結構物美觀,也為了施工方便,聲屏障把擋土墻作為其基礎,不再單獨設基礎,擋土墻結構根據由聲屏障增加的風力等荷載作穩定性和強度檢算,進行必要的加固設計。
5 路基附屬工程
路基附屬工程主要包括路基邊坡防護和路基排水工程。
5.1 路基加固和綠化工程以及線路防護設施
考慮城市綠化美化環境的要求及路基加固的需要,一般土質路基邊坡采用六邊形混凝土框格種草護坡,以維護路基邊坡的穩定并有利于沿線管線的鋪設; 整體道床地段路基邊坡采用漿砌片石進行護坡; 用地界范圍內空地均種植草皮進行綠化。
由于地鐵采用接觸軌供電,且列車高密度運行,為保證線路的正常運營,全線地面線地段均設置線路防護攔。
5.2 路基排水工程
路基排水根據沿線的地形地勢、氣象水文條件及線路的平縱斷面,結合車站、橋梁及市政設施而設計, 充分考慮城市規劃對排水系統的影響,充分利用既有排水管涵。
位于京通快速路中央隔離帶內的地面線一般路基兩側坡腳的天然護道外均設漿砌片石矩形排水溝,將沿線地表水引排至既有公路或附近的排水系統。
6 結語
八通線路基在總結北京城鐵路基設計的基礎上進行了優化設計,針對線路標準及一次性鋪設無縫線路的要求,采取了適當的設計標準。通過施工過程的嚴格控制如填料質量及填筑標準的把關等,全線地面線路基順利按期竣工,為后續鋪軌工作的展開及將來長期運營的安全穩定奠定了良好的基礎。
