浅谈高速铁路的基础设计与路面施工技术

刘亚男

摘 要：随着中国在“十二五”期间加大对基础设施的建设力度和加快发展中西部经济的宏伟战略计划，发展高铁是拉动内需，带动地区发展，扩大生产力的有效途径，是加强城市间联系和交流的最直接方式。武广高铁、成渝高铁通车带来的巨大经济效应就是最好的例子。高铁的迅速发展，出现了很多技术难题，但对于深埋地下的下部基础结构，更是设计工作的难点中难点，直接关系到机车运营的安全。我通过在云桂线、长昆线两条高速铁路多个桥梁工点的设计，对桥梁基础设计提出一些思考和总结。随着经济的发展，水泥混凝土路面也越来越多。本方将从路面施工质量的主要因素入手，介绍了原材料、机械设备以及施工工艺等实际质量控制，深入细节，对施工质量控制方法进行了系统研究。研究表明，从原材料质量控制开始，正确的加工方式、合理的机械配置、成熟的施工工艺，结合良好的管理模式，是构筑水泥混凝土路面质量控制系统的必要元素。

关键词：桥梁设计；墩台基础；设计规定；混凝土、质量控制

1、桥梁设计的基本要求

首先，桥梁绝对高程是受整条铁路线路控制的，而线路的绝对高程是根据铁路线路的自然及人文环境条件所确定的。在山区中的桥梁要穿越高山峡谷，受自然环境的影响较大；在城市中的桥梁要满足使用功能和周围格局相协调的，这就是桥梁设计的大框架。桥梁的绝对高程确定了，桥梁的孔跨布置、墩台高度也随之确定了。梁的标准尺寸有32米、24米两种规格，

或者采用大跨度的连续梁结构，合理的跨度組合是确定孔跨布置的依据。合理的墩台高度是指承台的埋深既不使承台暴露的大气中遭到自然界的侵蚀，又能尽量的减少基坑的开挖工作量。接着就要确定下部基础的形式，或采用明挖扩大基础，或采用桩基础。当下部结构设计完毕，即是上部架梁（预制或现浇）、铺轨，以及附属设施的铺设、安装。

2、墩台基础设计的一般规定

桥梁基础类型一般采用扩大基础或桩基。基础基坑开挖深度小于6m且基本承载力≥0.6MPa

的岩石地基，无地下水或地下水较少，方可采用明挖扩大基础，否则采用桩基础。明挖基础采用双层或三层式扩大基础，各层构造尺寸应满足《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）第5.3.2条规定。陡坡地段一般采用桩基础，以减少基坑开挖深度。桩基地基为软质岩，基本承载力σo≤0.4MPa或极限抗压强度R≤4MPa，采用摩擦桩，大于上述值采用柱桩。柱桩桩长应综合考虑地质条件和施工条件根据计算确定。对桩径d=1.0m、d=1.25m的桩基础，当墩高小于20m时，最小桩长不得小于6m，当墩高大于等于20m时，最小桩长不得小于8m；对于桩径≥1.5m的，桩长依据计算确定。

3、混凝土

桩基承台厚度含承台+垫块厚度）原则上按2倍桩径选取。一般按墩底边缘起按35°扩散，

混凝土承台应满足刚性角要求，如果桩间距较大时，可采用增设垫块来满足刚性角要求或采用钢筋混凝土承台。采用钢筋混凝土承台时，墩台身距桩基础边缘扩散角不大于45°。增设垫块后并在刚性角满足要求的前提条件下，垫块最小襟边应落于墩底外缘和桩顶外缘的连线与承台顶面的焦点之外并取整。

（1） 桥梁基础错台设计，当基岩承载力σo>0.6MPa结合地基条件（地质构造、岩性、产状等），将切割错台线的倾角控制在25°～30°间，错台宽度一般不应小于1m。当岩石基底面倾斜较大而导致基础一角悬空时可采用加设垫块方法。垫块厚度一般选用1.5m为宜，垫块长度一般为基底长度的1/2，垫块较厚需错台时，垫块长度为基底长度的2/3设置。

（2） 桥梁基础埋深除按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）第1.0.9条规定办理及满足地质专业提出的要求外，并应满足：在岩石陡坡地段，基底外侧至岩石安全坡线的最小水平距离：对坚质岩石（σo≥0.6Mpa）不小于2.0m，对于软质岩石（σo=0.4～0.6Mpa）不小于

3m，并应视其风化破碎程度、岩层倾向，地形条件等决定必要的安全距离；对于一般无水的土质基底应通过检算决定，一般不应小于3m～5m，并注意陡坡是否存在冲刷塌坍危险（以土壤安息角或岸坡稳定线控制）。

（3）桩基布置形式：根据桥跨、墩高、地质、地震力等计算确定合理的桩基布置形式，对于墩高相差不大的桥梁，全桥桩基布置宜尽量一致；墩高相差较大的桥梁使桩基协调，满足承载力、线刚度的要求、满足施工经济的要求。

（4） 在岩溶发育地区处理方式：

1、对于基底下伏溶洞的处理，桩基穿越溶洞并满足桩底以下底板厚度不小于8m。

2、对有溶洞的桩基础，一般采用钻孔桩，对填充溶洞或半填充溶洞，抛填粘土夹片石处理按溶洞体积的2/3计量。其中粘土占1/3计，片石占2/3计。

3、对于采用钻孔桩的空溶洞，宜采用钢护筒跟进成孔，计列钢护筒个数（2m/个），若洞壁斜度较大，应考虑部分抛填片石数量。

（5） 位于河槽中的桥梁墩台基础，应考虑洪水冲刷，确定合理的基础埋置深度或设置成高桩承台。位于水中基础施工应根据其河道、施工水位、流速及场地等情况分别采用筑岛围堰，钢板桩围堰、吊箱钢围堰等水中基础施工方法。

4、墩台基础所处的自然条件

由于自然环境的千变万化形成了地貌和地质的千差万别，这就给确定合理的墩台高度带来了很大的麻烦，必须经过的多方的比较和计算确保在满足要求的情况下做到最经济，且便于施工。当承台处于河道、水库、鱼塘、峡谷中时，还要考虑行洪、通航、泥石流、山体滑坡、危岩落石的影响，需要进行全方位的可行性方案的评估。墩台可能位于：山地、农田、房屋、道路、河道等环境中，这是地面的情况，地下可能有溶洞、暗河、断层、软弱下卧层等一些列复杂的地质情况，这些给设计带来了相当大的困难。

5、水泥混凝土路面施工质量的控制因素

（1 ）准备工作

施工复测对被交道、收费站道路中心桩位置、水准点基点桩及其他测量资料进行复测对控制桩进行加固。原材料的准备集料：质地坚硬、清洁、无风化针片状颗粒、含泥量、有机质含量符合规范要求集料级配符合设计及规范要求水泥安定性、细度模数、初终凝时间等各项指标符合设计及规范要求石料：质地坚硬、清洁、密实、无风化极限抗压强度等各项物理力学指标符合设计规定几何尺寸等外观指标符合规范要求。

（2）混凝土配合比

将计划用于每一处机械化施工和小型配套机具施工的混凝土路面的水泥、碎（砾）石、砂、外加剂等材料，在用于工程之前5天，委托中心试验室按有关规定的标准方法要求进行原材料试验和混合料组成配合比设计，配合比设计应包括混凝土弯拉和抗压强度、集料级配要求、水灰比、稠度、水泥用量、质量控制等细节。及时将配合比设计报告单和总说明报送监理工程师认可。混凝土配合比设计经批准后，立即进行试拌。

（3）抽样检验

按有关规范要求频率做抽样检验，制作抗压和弯拉试件各二组，分别作7天、28天的抗压、弯拉强度试验。

（4）混凝土浇筑

1、基层准备：

在铺筑水泥混凝土面层前，应将基层上的浮石、杂物、尘土等全部

清除，保持表面整洁，并整理排水设施。基层如有车辙、松软及其他不符规定要求的部位。均应翻挖、清除，并以同类混合料填补，其压实厚度不得小于8cm，重新整型、碾压，并符合密实度的要求。

2、施工机械准备：

根据工程规模、施工质量和进度要求，配置合适的施工机械，其技术性能应满足混凝土路面施工的要求。并应将工地配置的各种施工机械的名称、机型、规格、数量等，列表报监理工程师认可。

3、模板以钢板材料制成，并配有合适的装置以保证模板连接牢固可靠，使在浇注混凝土时能经受捣实和饰面设备的冲击和振动。模板安装应顺直，无扭曲；相邻钢模应平头锁接方式紧密联接，不得漏浆；模板接缝在任何方向都应不能活动。模板高度应与混凝土路面厚度相同，误差为+0，-5mm。 用于胀缝和施工缝的模板，根据传力杆和拉杆的设计位置放样钻孔。模板接缝在任何方向都应不能活动。模板高度应与混凝土路面厚度相同，误差为+0，-5mm。用于胀缝和施工缝的模板，根据传力杆和拉杆的设计位置放样钻孔。模板在整个长度完全紧压在基层上，并正确地按完成后的路面边缘要求的坡度和纵向安置。模板要彻底清扫干净，并在每次浇注混凝土之前涂隔离剂。

4、钢筋设置：

钢筋网片、角隅钢筋、边缘钢筋的安设，均要符合有关规范的规定。

6、小結

通过以上各部分内容的介绍，对于常规桥梁基础设计有了一定的了解。桥梁设计的时候要综合以上各种因素，考虑周全，才能设计出优秀的工程。高速桥梁下部基础设计是桥梁结构安全的重要保障，只有下部结构设计安全、合理，才能保证列车运行的安全。