【摘要】介绍北京地铁八通线路基设计概况、工程地质条件以及设计原则等,着重从路基填筑标准、整体道床路基处理、碎石道床与整体道床过渡段路基设计、路基挡土墙结构及附属工程等方面对设计工作进行了分析总结。
【关键词】路基填筑 整体道床路基 路基过渡段 装配式挡土墙
1 路基概况
北京地铁八通线路基段长度7.31 km , 约占全线38 % , 其中碎石道床路基6.24 km ; 铺设整体道床路基0.087 km ; 设置挡土墙0.67 km ; 车站路基0.31 km ; 设置整体道床与碎石道床之间路基过渡段7 处。
2 工程地质条件
八通线工程位于永定河冲洪积扇东部边缘地带, 地质构成主要有人工堆积层、原公路路面及路基、第四纪沉积层等。人工堆积层需换填,原公路路面及路基或第四纪沉积层地基承载力均大于160 kPa , 可作为路基持力层。
除个别处有埋深大于3 m 的地下水外,沿线未见地下水。地震基本烈度8 度,地面以下20 m 饱和土和砂土均不液化。土壤最大冻结深度为0.8 m 。
3 设计原则
(1) 路基在静、动荷载及各种不利地质、气象和水文条件作用下,有足够的强度和耐久性。
(2) 路基面宽度应有足够的安全空间,以保证行车安全和便于线路维修养护。
(3) 路基支挡结构稳定可靠,型式美观。
(4) 路基排水与车站、桥梁及市政设施相结合,充分利用既有排水管涵。
4 路基工程设计要点
4.1 碎石道床地段土质路基填筑标准
八通线的车辆荷载及速度,按国家铁路的分类标准,属于中、轻型铁路,但城市轨道交通工程与普通铁路又有一定的区别。本线一次性铺设无缝线路、行车密度大、使用寿命及安全可靠度要求高等,对路基提出了更高的要求。图1 所示为根据线路设计标准确定的一般路基的分层厚度。本线路基分层中基床表层厚度确定为0.50 m 、基床底层1.50 m 。
为减少路基后期的沉降,获得较高的安全储备,确保线路平稳可靠,路基各层设计对土质要求严格,并采用了较高的压实标准。
路基基床表层规定选用A 组或B 组填料,且颗粒粒径不得大于150 mm 。基床底层优先选用A 、B 组填料,若A 、B 组填料缺乏,可采用C 组填料,但需加强压实。
图1 碎石道床地段非渗水土路基标准横断面(单位:m)
图2 整体道床地段路基设计横断面(单位:m)
对细粒土和粘砂、粉砂采用压实系数或地基系数作为控制指标,压实系数(重型击实试验) 为: Kh ≥0.93 (基床表层) 、Kh ≥0.91(基床底层);地基系数为: K30 ≥ 93 MPa/m(基床表层) 、K30 ≥85 MPa/m(基床底层) 。
对于砂砾类土或碎石土等粗粒土则采用地基系数或相对密度作为控制指标, 砂砾类土的地基系数为K30 ≥110 MPa/m(基床表层) 、K30 ≥90 MPa/m( 基床底层);碎石土的地基系数为K30 ≥130 MPa/m( 基床表层) 、K30 ≥110 MPa/m(基床底层); 砂砾类土和碎石土的相对密度为: Dr ≥0.75(基床表层) 、Dr ≥0.70(基床底层) 。上述压实标准比普通铁路Ⅰ 、Ⅱ 级线路的路基压实标准稍微要高一点,但对本线来说是必要的。
4.2 整体道床地段路基处理
本线有两段曲线一部分位于高架桥上另一部分属于地面线,高架桥上采用的是整体道床。为使整个曲线范围内的轨道形式统一,同时为了便于今后的养护维修,该段曲线的地面线部分亦做成整体道床。与碎石道床不同,在地面线做整体道床需要对道床以下直至基底范围内进行特殊处理,以满足整体道床对其下基础的强度及刚度要求。
路基顶面由列车动载及轨道结构静载产生的应力并不大,但整体道床地段路基顶面需提供较大的刚度才能保证整体道床轨道结构的正常使用。图2 所示为整体道床地段的路基设计横断面,路基最上部为一层钢筋混凝土板,往下是素混凝土层,再下是一层二灰砂砾层,最后,在二灰砂砾与天然基底之间全部填筑三七灰土。如此设计的整体道床地段路基,能把路基的刚度从上部的整体道床刚度逐步递减到下部的天然基底刚度,同时也使线路上部荷载均匀分散地传递至基底。
4.3 整体道床与碎石道床过渡段路基设计整、碎道床过渡段路基设计问题实质上主要是线路下部基础的沉降如何过渡的问题,过渡段的设计也就是在碎石道床与整体道床结构相衔接的一定长度范围内,通过加强路基以使土质路基与高架桥之间的沉降差逐渐过渡。
过渡段路基设计通常有以下几种方法:加筋土法、桩基础处理法、砂砾碎石类优质填料处理法及刚性板法等。结合本线特点及地质条件研究分析,本线过渡段路基采用级配砂砾填筑与在路基顶面设置钢筋混凝土板两种方法进行处理,图3 所示为典型的整、碎过渡段路基纵断面图。
图3 典型整碎过渡段路基纵断面图
4.4 路基挡土墙结构设计
八通线地面线大部分地段填土高度较小,但高架桥两端路堤填土较高,且位于京通快速路隔离带范围内的线路路基填土宽度受隔离带宽度的限制,因此高架桥两端高填土地段需设置路基支挡结构及挡土墙。
为满足城市景观要求,加快施工进度,路基支挡结构采用部分预制装配式挡土墙,挡墙由三部分组成:现浇基础、预制墙面板以及现浇帽石,挡土墙基底设凸榫,预制墙面板通过联接钢板和钢筋与现浇基础的预埋钢板焊接,使挡土墙的现浇部分和预制部分联结为一个整体(见图4) 。
图4 部分预制装配式钢筋混凝土挡土墙构造图
局部地段挡土墙顶设声屏障,为使线路结构物美观,也为了施工方便,声屏障把挡土墙作为其基础,不再单独设基础,挡土墙结构根据由声屏障增加的风力等荷载作稳定性和强度检算,进行必要的加固设计。
5 路基附属工程
路基附属工程主要包括路基边坡防护和路基排水工程。
5.1 路基加固和绿化工程以及线路防护设施
考虑城市绿化美化环境的要求及路基加固的需要,一般土质路基边坡采用六边形混凝土框格种草护坡,以维护路基边坡的稳定并有利于沿线管线的铺设; 整体道床地段路基边坡采用浆砌片石进行护坡; 用地界范围内空地均种植草皮进行绿化。
由于地铁采用接触轨供电,且列车高密度运行,为保证线路的正常运营,全线地面线地段均设置线路防护拦。
5.2 路基排水工程
路基排水根据沿线的地形地势、气象水文条件及线路的平纵断面,结合车站、桥梁及市政设施而设计, 充分考虑城市规划对排水系统的影响,充分利用既有排水管涵。
位于京通快速路中央隔离带内的地面线一般路基两侧坡脚的天然护道外均设浆砌片石矩形排水沟,将沿线地表水引排至既有公路或附近的排水系统。
6 结语
八通线路基在总结北京城铁路基设计的基础上进行了优化设计,针对线路标准及一次性铺设无缝线路的要求,采取了适当的设计标准。通过施工过程的严格控制如填料质量及填筑标准的把关等,全线地面线路基顺利按期竣工,为后续铺轨工作的展开及将来长期运营的安全稳定奠定了良好的基础。
