尤昌龍

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844)

路基是有生命力的結構物
——我國高速鐵路路基建設取得的成就和需要繼續(xù)解決的問題

尤昌龍

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844)

系統(tǒng)歸納總結我國高速鐵路路基技術體系形成、發(fā)展、完善的歷程和高速鐵路路基建設10年來在地基處理、路基結構層設計和填筑、路堤式路塹、過渡段、路基邊坡支擋防護和防排水、路基結構與附屬電纜溝槽和接觸網支柱等基礎的系統(tǒng)集成、沉降變形觀測與評估等方面變革和發(fā)展取得的成就，指出正是高速鐵路對路基工程剛度和變形的嚴苛要求，促進了我國高速鐵路路基技術的革命性變革和不斷進步，強化了路基結構物的建造理念，凝聚了路基結構物的生命力；同時，在非飽和土、膨脹土(巖)等方面闡釋路基建設過程中仍需繼續(xù)研究解決的問題。希冀本文有助于我國高速鐵路路基技術體系的不斷完善、創(chuàng)新發(fā)展，進一步提升我國高速鐵路路基建造水平，增強滿足列車安全、高速、舒適運營的生命力。

高速鐵路；路基工程；技術體系；結構物

自秦沈客運專線開通以來，我國相繼建設開通運營了京津城際、京滬、京廣、哈大、鄭西、石太、滬杭、寧杭等高速鐵路，2014年開通的有滬昆(上海—杭州—南昌—長沙—貴陽—昆明)杭州—懷化南段、蘭新二線(蘭州—烏魯木齊)、成綿樂、青榮城際等高速鐵路。至2014年底，我國已開通的時速300 km以上高速鐵路總里程為8 078 km，其中路基長度為1 671 km；設計速度250 km/h、實際開通200 km/h以上的高速鐵路達16 500 km以上，路基長度為5 416 km。

歷經2005年～2014年近10年的高速鐵路建設、運營實踐，歷經“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”期間三代鐵路人的科技攻關和對高速鐵路的不斷的認識、實踐、再認識、再實踐，我國已經建立了系統(tǒng)、成熟的高速鐵路路基技術體系，形成了扎實、穩(wěn)定的高速鐵路路基基礎。本文力圖通過10年建設回顧，總結高速鐵路路基建設取得的成果和經驗教訓，對今后鐵路路基建設需要重點關注的問題進行探討，以期促進我國高速鐵路路基技術的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新，進一步夯實承載列車安全、高速、舒適運營的路基基礎。

1 高速鐵路路基技術標準體系不斷完善發(fā)展

早期，我國鐵路路基服務于速度120 km/h以下的客貨共線鐵路，路基技術標準相對較低，路基翻漿冒泥、不均勻沉降變形等影響線路平順性、安全性的問題時常發(fā)生，路基按土石方工程對待；提速改造期間，逐漸認識到了路基結構層對路基安全穩(wěn)定和變形的影響，強化了路基基床結構。自秦沈客運專線建設以來，我國鐵路首次提出了路基結構物的理念[1]，采用了對應重型擊實標準的壓實系數K和剛度系數K30控制路基的壓實質量；高速鐵路建設時代，強調了重型路基壓實標準的應用和分層填筑控制標準，強化了路基結構物的建設、設計、管理理念，制定了路基填料A、B、C、D組分類標準和系列路基技術標準和規(guī)范[2-5]，建立了完善的高速鐵路路基技術體系，其歷程按階段劃分如下。

1.1 初期的路基建設思想——普速鐵路時代

1997年第一次大提速前，主要以保證路基安全穩(wěn)定、能夠承載列車安全運營為主要技術思想?；诋敃r施工機械的壓實能力和思想認識水平，沒有對填料進行系統(tǒng)分類控制，按輕型擊實標準控制路基壓實質量，按不大于30 cm控制軟土路基工后沉降。

1.2 高速鐵路的雛形階段——提速時代

重點以滿足時速120～160 km的列車安全運營為主，開始強化路基基床結構和強度控制標準。引進了路基剛度系數K30檢測路基結構層的強度，同時對容易產生剛度突變、變形差異的過渡段進行了初步研究，提出了路基結構層以及路基與橋涵過渡段的加固方法。這一階段的代表鐵路為廣深160 km/h準高速鐵路和不斷升級改造的京廣、京滬、京山鐵路。

1.3 理論研究和試驗研究階段

楊燦文、盧肇鈞、周鏡、彭澤仁等老一輩路基、巖土工程專家組織開展了“八五”、“九五”、“十五”期間的科研攻關和現場試驗研究等工作，提出了路基結構層設計、松軟土定義、路基填料分類和分層壓實標準等，提出了路基工后沉降指標、剛度指標以及過渡段設計、建設理念等[6-8]。其主要思想：速度200 km/h客運專線路基工后沉降小于15 cm，初年沉降速率小于4 cm，路橋涵結構間差異沉降小于8 cm，路基本體、基床底層的壓實系數分別為0.90、0.95，基床表層壓實后的孔隙率小于0.18，路基各結構層的剛度指標按K30指標控制，上述標準的建立為我國建立高速鐵路路基技術體系夯實了基礎。

1.4 實踐應用階段——秦沈客運專線等

(1)秦沈客運專線是我國第一條獨立自主設計、建造、運營的時速200 km的高速鐵路，其中在山海關至綏中北按時速300 km的標準建設了66.8 km的高速鐵路試驗段。其建設始于1999年10月16日，正式開通于2003年1月1日，2002年8月，我國獨立研制的“中華之星”高速列車在該區(qū)段跑出了321.5 km/h的當時中國第一速。

在該條線路的建造過程中，開展了27項高速鐵路路基試驗研究項目，其內容涵蓋勘察、設計、施工和科研成果驗證等；通過秦沈客運專線的建造工程實踐，首次提出了路基結構物的理念，明確了路基不同結構層的路基壓實標準；首次將路基重型擊實標準和路基填料分類標準應用于該鐵路的建設過程中[9]。

(2)京滬高速鐵路昆山試驗段。2002～2003年，鐵道部高速辦、科技司聯合組織開展了京滬高速鐵路昆山試驗段足尺現場施工試驗研究工作，共開展了軟土地基處理、路基填料分類選用、壓實質量檢測、動應力響應等22個獨立子課題的現場足尺試驗研究；同時分別在同濟大學安亭校區(qū)和江蘇泰興等組織開展了CFG樁處理軟土地基和石灰土改良土路基填筑施工足尺試驗，進一步明確和驗證了相關地基處理、路基填料分類填筑壓實、沉降變形觀測及控制值等技術標準。

(3)秦沈客運專線和京滬高速鐵路昆山試驗段等足尺試驗成果，不斷豐富和完善了我國高速鐵路路基技術標準體系，2003年，鐵道部高速辦組織鐵三院、鐵四院、鐵科院等編制完成了《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》(鐵建設[2003]13號)[10]，首次明確了時速300 km高速鐵路路基技術標準，其主要參數如下：雙線路基寬度13.8 m，線間距5 m，路肩寬度1.4 m，基床表層厚度0.7 m、基床底層厚度2.3 m；路基工后沉降量小于10 cm，初年沉降速率小于3 cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降不應大于5 cm。路基填筑壓實標準采用重型擊實標準，路基填料則采用A、B、C組填料或C組填料改良土；同時明確A、B組填料最大粒徑對應于路基本體最大填料粒徑不大于15 cm，基床底層填料最大粒徑不大于10 cm，基床表層填料為級配碎石，填料最大粒徑不大于3 cm且滿足級配良好要求[10]。

1.5 總結提煉階段——暫規(guī)國際咨詢

2003年～2004年，鐵道部邀請德國、法國、日本三國高速鐵路專家對我國編制的京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定2003年版和京滬高速鐵路的部分區(qū)段設計圖進行了國際咨詢。咨詢的重點內容包括：路基結構層、分層填料構成和壓實標準、路基安全穩(wěn)定系數、路基工后沉降標準、路橋(涵、隧)過渡段構成和設計理念等。

通過國際咨詢并結合我國“八五”、“九五”期間的研究成果，進一步確立了我國路基結構形式和路基填料分類原則和壓實標準，明確了時速350 km有砟軌道的路基工后沉降標準，即路基工后沉降量不大于5 cm，初年沉降速率不大于2 cm，路橋(涵、隧)過渡段差異沉降不大于3 cm；明確了過渡段填料應采用摻加3%～5%水泥的級配碎石并按基床底層、基床表層標準填筑的原則；針對列車運營時速超過325 km會引起有砟軌道道砟飛濺擊打列車的問題，我國決定時速350 km以上的高速鐵路采用無砟軌道。在此基礎上，形成了《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》2004年版[11]，進一步完善了我國高速鐵路路基技術體系。

1.6 應用實踐階段—京津城際

2005年7月4日，我國開始建設第一條時速350 km的京津城際高速鐵路，2008年8月1日，該線的正式運營從此拉開了我國高速鐵路建設發(fā)展的序幕。相對于以往有砟高速鐵路不同，該線采用了相對于有砟軌道路基對路基剛度、變形、工后沉降變形指標及過渡段標準更加嚴格的無砟軌道。根據無砟軌道鋪設技術條件要求，我國在《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》(鐵建設[2004]157號)[11]的基礎上發(fā)布了《客運專線無砟軌道鐵路設計指南》(鐵建設[2005]754號)[12]和《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》(鐵建設[2006]158號)[13]等技術條件和技術標準，明確了鋪設無砟軌道的路基地段的技術條件和技術標準，即路基工后沉降小于15 mm、路基與橋涵等結構物間的差異沉降小于5 mm。

從高速鐵路萌芽時期的路基工后沉降量小于15 cm到現在的小于15 mm、從最初的過渡段與橋涵等結構物間工后差異沉降小于5 cm到現在的小于5 mm，路基的技術條件和技術標準產生了數量級的跨越式變革，這一變革帶來了路基設計、施工、管理等方面的巨大變革，對于我國鐵路路基工程而言無疑是一次革命性的變革，促使我們用現代巖土工程理論從地基處理、路基填料生產和填筑、路基支擋防護、路基變形控制等方面重新審視無砟軌道高速鐵路路基建設的發(fā)展。

為確保上述指標滿足鋪設無砟軌道的要求并為京滬高速鐵路建設夯實技術基礎，鐵道部組織在京津城際、武廣客專等在建高速鐵路中開展了路基沉降變形觀測與評估技術研究、深厚軟土地基處理控制工后沉降變形研究、路基填料控制技術標準研究等驗證性研究工作。

1.7 成熟發(fā)展階段——高速鐵路建設階段

(1)京津城際、武廣高速鐵路建設階段。京津城際、武廣高速鐵路路基建設的實踐和對全線不同類型地形地貌條件下不同類型地基處理條件及其對應的不同路基高度相應的大量的沉降變形觀測數據的統(tǒng)計分析結果表明，采用當前的地基處理方案和路基填筑壓實標準可以滿足路基工后沉降小于15 mm、過渡段差異沉降小于5 mm控制標準的需要，且針對不同類型的地基處理方案存在一定的優(yōu)化空間。在此基礎上，我國進一步優(yōu)化、完善了不同類型和地質條件下的地基處理方案和路基填料壓實控制技術標準。

(2)京滬高速鐵路建設階段。2008年我國開始了舉世矚目的京滬高速鐵路建設，該線全長1 318 km，沿線穿越京、津、冀、魯、蘇、皖、滬7省市，穿越海河、黃河、淮河、長江四大水系，其山前沖洪積、濱海相軟土、松軟土、液化砂土、巖溶等特殊地基處理類型具有東部地區(qū)的典型特征。在系統(tǒng)總結、消化吸收國內外路基建設的實踐、經驗的基礎上，建設期間針對CFG、PHC樁等地基處理和軌道板與路基相互作用狀態(tài)等進一步開展了系列科學試驗驗證研究，進一步總結歸納了高速鐵路路基建設取得的技術成就，規(guī)范了路基填料、壓實、檢測等技術流程和技術標準。在此基礎上，鐵道部組織完成了《鐵路工程地基處理技術規(guī)程》[2]、《高速鐵路路基工程施工技術指南》[3]、《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》[4]等規(guī)范和標準等，形成了具有中國特色和烙印的《高速鐵路設計規(guī)范》(TB10621—2009)[5]。

至此，我國高速鐵路路基技術體系經歷了系統(tǒng)、完整的科研、試驗、實踐、總結、再實踐、再總結、再提煉創(chuàng)新發(fā)展的技術階段，我國高速鐵路路基技術體系已經日臻完善。

2 我國高速鐵路路基建設取得的成就

不論是無砟軌道路基還是有砟軌道路基，路基剛度和工后沉降滿足列車安全、高速、舒適運營的要求是路基工程永恒不變的主題，也是巖土工程永恒不變的主題。限于篇幅，主要著重于無砟軌道路基。

(1)路基剛度標準

滿足路基剛度要求的路基填筑壓實標準(無砟軌道，不含化學改良土)見表1[5]。

表1 高速鐵路路基填筑壓實標準

注：1.K采用重型擊實標準；2.Evd用于基床底層和基床表層；3.Ev2通常用于無砟軌道路基，可與K30互用，通常采用一種指標，由設計人員掌握。

(2)路基工后沉降量標準

從2005～2014年的高速鐵路建設實踐和大量的路基壓實質量檢測數據和沉降變形觀測數據分析來看，所建造路基的剛度和工后沉降變形指標滿足設計和規(guī)范要求，滿足了列車安全、高速、舒適運營的要求。具體總結如下。

2.1 地基處理

地基處理的目的：確保路基具有堅實的基礎，滿足路基剛度和變形要求。

2.1.1 軟土、松軟土地基處理

(1)傳統(tǒng)方法。換填處理、排水固結法(插塑板、袋裝沙井、抽真空，聯合堆載預壓法等)、強夯和強夯置換、振沖擠密碎石樁和振沖擠密砂樁、粉噴樁、漿噴樁、高壓旋噴樁等。從當前的觀測數據統(tǒng)計分析來看，除排水固結法外，粉噴樁、漿噴樁、高壓旋噴樁處理淺層軟土、松軟土地基至硬土層且歷經至少6個月的堆載預壓或靜置期，其工后沉降可以滿足小于15 mm的要求。

(2)新方法。主要為CFG樁、PHC管樁樁網復合地基、樁筏板結構、樁板結構等。CFG樁處理地基以往主要用于房屋建設等工程，沒有在鐵路建設中得到應用。京津城際建設中首次采用CFG樁結合筏板結構處理亦莊、武清車站深厚軟土、松軟土互層路基取得了成功[14]，開創(chuàng)了CFG樁筏板結構在鐵路建設中應用的先河；PHC管樁主要利用了其具有較高的抗剪強度和較高的單樁承載能力，且能與雙層高強土工格柵+碎石褥墊層、10 cm厚碎石找平層+筏板、與筏板剛性連接等形成地基處理結構物的特點，達到承載路基、保證路基工后沉降變形滿足小于15 mm要求的目的。

京津、京廣、鄭西、京滬等高速鐵路的實踐和大量觀測數據分析總結表明，采用剛性樁處理至設計的基底硬層輔以筏板基礎結構、60 cm雙層高強土工格柵碎石褥墊層、樁板結構等，均可以滿足路基工后沉降變形15 mm的要求。從京津城際、京滬高速、京廣、鄭西、哈大、津秦、寧杭、杭甬、滬昆、蘭新等線的建設實踐上來看，CFG樁處理地基適用于所有松軟土地基和部分軟土、松軟土互層且存在硬土層的地基，但不適用于溫州、寧波、福州、廣州等沿海深厚淤泥質軟土以及泥炭質淤泥質軟土地基。剛性樁處理地基“遇強不弱、遇弱不強”。

2.1.2 濕陷性黃土地基

地基處理的目的主要為消除黃土的濕陷性，滿足路基工后沉降變形要求。傳統(tǒng)的方法著重于消除黃土的濕陷性，對控制路基的工后沉降沒有類似嚴格的要求。為消除黃土地基的濕陷性、確保工后沉降滿足15 mm的要求，鄭西客專在傳統(tǒng)處理方法的基礎上創(chuàng)造性地開發(fā)了“孔內柱錘沖擴擠密灰土樁法、CFG結合灰土擠密樁的長短樁法”等新工藝、新方法[15]。長短樁法工法原理：灰土擠密短樁用以消除黃土地基濕陷性、增強處理層的強度，長樁則用以處理深厚松軟黃土地基，保證路基工后沉降滿足小于15 mm的要求(這主要源于開工建設期間4個大型足尺試驗段取得的成果)。鄭西、大西、西寶、蘭新二線甘青段等高速鐵路的沉降變形觀測數據分析和建設、運營實踐表明，該方案是成功的、合理有效的。

2.1.3 巖溶地基

巖溶地基在我國廣泛發(fā)育，京滬、京廣、滬昆(上海至昆明)、南廣、貴廣等高速鐵路建設中經常遇到，其發(fā)育程度為弱～強，根據巖溶發(fā)育的特點，巖溶地基處理中常采用繞避、跨越、樁板結構或注漿處理等方法，對溶溝、溶槽中～弱發(fā)育的區(qū)段常采用注漿處理。鑒于巖溶地質條件的不確定性，巖溶地基注漿處理貫徹“先探后灌、探灌結合”的原則，在建設過程中加強地質核對和動態(tài)設計、施工管理等工作。其中地質核對和動態(tài)設計、施工管理是其創(chuàng)新點，通常利用Ⅰ序孔(先導孔)進行地質核查，根據地質核查結果進行Ⅱ、Ⅲ序孔設計和施工管理工作。

2.1.4 膨脹土地基

膨脹土地基往往受水環(huán)境影響后地基產生膨脹，其抗剪強度降低且嚴重時內摩擦角幾乎為零，其穩(wěn)定性降低，在地基中表現為地基吸水后失穩(wěn)滑裂、變形加大，路基容易發(fā)生滑坍或溜坍破壞，目前依然是路基建設過程中容易出現問題和不容回避的特殊地基。其常用的方法主要著重于：①清除換填A、B類碎石土或石灰改良土；②加強路基滲水盲溝排水和表面封堵工作，力圖使其保持穩(wěn)定的含水量。目前采用類似方案處理的合寧、合武、南廣等鐵路，基本上保持了良好的運營狀態(tài)。

2.1.5 凍脹土

該類地基通常分布于東北嚴寒地區(qū)，哈大高速鐵路為我國乃至全世界建立在高寒、季節(jié)性凍土地區(qū)的首條無砟軌道高速鐵路，目前正在建設的有哈齊、沈丹、吉圖琿、牡綏等高速鐵路。通過分析大量的凍脹變形觀測數據和現場試驗研究，基本上掌握了凍脹區(qū)路基凍脹發(fā)展、穩(wěn)定、凍融、穩(wěn)定變形規(guī)律，針對不同的線路采取了加強路基面防排水、路塹地段增設滲水盲溝排水、強化路基基床等措施，目前哈大、盤營客專的運營實踐表明，我國特色的路基防凍脹技術是成功的[16]，豐富了我國高速鐵路路基技術體系的內容。

2.1.6 液化砂土地基

基于其處理后沉降變形穩(wěn)定時間短、承載力容易提高等特點，采用傳統(tǒng)的振沖擠密碎石樁、強夯和強夯置換，CFG樁等。目的主要是消除砂土振動液化影響，提高其抗震能力，確保路基剛度和變形滿足要求。

2.2 路基填料與路基填筑

路基填筑壓實的目的：確保路基剛度和變形滿足鋪設無砟軌道的技術條件要求。①路基填筑完成后，其工后沉降滿足小于15 mm的要求，基床部分在列車動荷載的作用下動變形量不大于0.2 mm，在長期累計動荷載的作用下其塑性變形量不大于5 mm；②路基剛度指標滿足列車長期安全運營要求和過渡段剛度過渡要求。

2.2.1 路基結構層填料選用

眾所周知，土體是由空氣、水、土顆粒組成的三相體，其壓實質量取決于土體自身的顆粒組成和相應的壓實機械的壓實能力。其中土體顆粒組成和土體含水量是決定壓實質量的內因，壓實機械的壓實能力、平整度等是決定壓實質量的外因，外因通過內因而起作用。路基的變形直接相關于填料的類型和壓實狀況，且通過路基填料的力學特性和壓實密度即地基剛度系數K30、壓實系數K得以表現。因此土體顆粒特性是決定路基物理力學特性的內因，路基的壓實是土體強度得以提高的外因，外因通過內因而起作用。細粒含量越多、含水量越大、強度越小，這就是建設中要注重選擇A、B組填料、控制細粒含量和含水量的主因。

(1)基床表層：無砟軌道基床表層厚度0.4 m，有砟軌道基床表層厚度0.7 m。采用級配碎石，其級配曲線符合文獻[5]相關標準。

(2)基床底層：厚度2.3 m，填料類型為A、B組碎石、礫石類粗粒土或C組化學改良土，粗粒土最大粒徑不大于6 cm。

(3)基床以下路基：填料類型為A、B組碎石、礫石類粗粒土或C組化學改良土，粗粒土最大粒徑不大于7.5 cm。

所有路基填料均采用現場生產加工。

2.2.2 路基填筑施工的革命性變革

(1)壓實機械的變革帶動了壓實標準的變革

早期受制于壓實機械的壓實能力，路基的填筑壓實密度采用輕型擊實標準或與輕型標準相近的鐵路擊實標準。自秦沈客運專線建設以來，隨著壓實機械的壓實能力由最初的壓路機動荷載200 kN逐步升級為動荷載500 kN或600 kN以上的超重型壓路機，以及路基剛度、變形標準要求的提高，我國高速鐵路建設均采用重型擊實標準控制路基填筑質量，對應的路基填料的變革壓實后的路基穩(wěn)定性和抗變形能力逐漸提高。

(2)路基填料的革命性變革

①填料選擇的變革。填料選擇的變革突出表現為：填料材質的變化，從普通鐵路采用所有填料到高速鐵路規(guī)定采用A、B組碎石類、塊碎石類、砂礫類填料和C組塊碎石類填料以及C組化學改良土，路基填料實現了第一次革命，即首次明確了高速鐵路路基填料分類、使用標準。

②A、B組填料最大粒徑標準的重大變革。

高速鐵路建設的實踐中，路基A、B組填料粒徑經歷了2次重大變革。2008年以前采用的標準為：基床底層填料最大粒徑不大于10 cm，基床以下路基填料最大粒徑不大于15 cm；2008年以后采用的標準為：基床底層填料最大粒徑不大于6 cm，基床以下路基填料最大粒徑不大于7.5 cm。

受制于填料粒徑大小不均的影響，路基粗顆粒集料窩現象是路基工程長期客觀存在不可避免的問題，它直接影響到碾壓后路基剛度和變形的均勻性，同時由于局部粗顆粒含量較大、孔隙率較高，雨雪季時容易匯集雨雪水于此，嚴重時造成局部動水壓力較大影響路基的安全穩(wěn)定，或由于局部含水量大，冬季發(fā)生凍脹變形造成路基局部剛度、變形不均勻，影響路基高速運營時的安全性、平順性和舒適性。為此，京津城際、武廣高速建設期間均進行了現場試驗施工研究，尤其是武廣綜合試驗段，首次采用粒徑分梯度試驗研究(按粒徑15、13、10、7.5、6.0、5.0 cm分別進行填筑碾壓施工試驗)，路基本體填料采用最大粒徑為75 mm、基床底層填料采用最大粒徑60 mm，路基剛度、變形量的均勻性相對原來的標準提高了約50%，基本上消除了路基集料窩現象和填料粒徑不均勻性對路基剛度、變形不均勻性的影響。

2008年后路基填料粒徑標準的變化相應地帶動了填料生產的變革，是路基填筑發(fā)展過程中的革命性變革，路基填筑壓實檢測數據統(tǒng)計分析表明，路基的壓實均勻性得到極大改善，集料窩現象基本消除，是視路基為結構物的建設管理理念在路基發(fā)展過程中的真實體現。

2.2.3 路基質量檢測技術取得了重大進步

在以往路基檢測技術以壓實系數K、地基系數K30的的基礎上推廣應用了Evd和Ev2檢測技術、路基連續(xù)壓實檢測技術等，路基壓實質量控制水平等相對以往有了較大提高。

2.3 路塹

創(chuàng)新應用了路堤式路塹技術，加強了滲水盲溝排水、路基邊坡支擋防護等措施。

從京滬、哈大、武廣、鄭西等新建高速鐵路開通后的運營實踐成果分析，采用同等于路基基床厚度(2.7～3.0 m)路堤式路塹充分發(fā)揮了路堤技術的優(yōu)點，提高了其抵抗雨雪水滲透、抗凍脹、抗水害等自然災害的能力，有力地消除了路基翻漿冒泥等隱患，提高了路基整體結構強度和抗變形能力，是路基工程的創(chuàng)新技術。

2.4 過渡段

設置路基與橋涵、隧道及其他結構物間的過渡段的目的：確保路基與橋涵、隧道等形成的線下結構工程剛度指標、工后差異沉降指標滿足剛度和變形均勻過渡的原則，增強行車的平順性和舒適度。

在鐵道部組織開展的“八五”、“九五”、“十五”期間的科研課題中，有關過渡段的科研課題始終貫徹于路基相關課題中，隨著研究的不斷深入和現場足尺試驗的研究，我國路基過渡段設計原則基本上確定；同時在新建京津城際、武廣、鄭西、京滬等高速鐵路建設中陸續(xù)開展了系列現場試驗施工研究，進而確定了過渡段填筑施工工藝和設計方案優(yōu)化完善工作，我國的路基過渡段設計原則、設計方案、施工工藝、質量驗收標準等基本上成熟、穩(wěn)定。

(1)剛度過渡。過渡段采用摻加3%～5%水泥的級配碎石填筑，其中基床表層以下水泥摻量3%，基床表層水泥摻量5%，級配碎石的標準同基床表層；相應的壓實標準為：壓實系數K≥0.95，K30≥150 MPa/m、Evd≥50 MPa(路基碾壓完成后立即檢測)。過渡段基坑回填處理后Evd≥30 MPa。

(2)沉降變形過渡。路基與橋涵、隧道等結構物間的工后差異沉降小于5 mm控制。因過渡段基坑處理、路基填筑采用了摻加水泥的級配碎石填筑，且壓實標準較高，其填筑完成后的本體沉降變形一般在7 d內基本穩(wěn)定，因此，其沉降控制主要取決于過渡段區(qū)段的地基處理；通常該區(qū)段采用了相對強于臨近路基區(qū)段的地基處理過渡設計。

(3)沉降變形觀測和實踐驗證。為驗證設計措施的合理性，對過渡段地區(qū)采取了加密觀測措施。京津城際、武廣、京滬等線路的觀測實踐和數據分析以及通車后的軌檢數據分析表明，我國過渡段設計方法和施工方案合理、有效地解決了路基差異沉降和剛度過渡問題，提高了行車舒適度和安全性指標。

2.5 路基支擋、邊坡防護、防排水

路基支擋與邊坡防護、防排水等基本上是常規(guī)技術的發(fā)展應用，相對以往鐵路建設而言，高速鐵路設計、施工更加注重過程控制，重視施工過程中的地質核查、設計優(yōu)化等工作，防排水設計施工更加貼合實際。其革命性的變革文件：《鐵路邊坡防護及防排水工程建設、設計、施工質量驗收補充規(guī)定》(鐵建設[2009]172號)文[18]。

建設伊始，鐵路建設沿用了以往鐵路路基邊坡防護和防排水傳統(tǒng)的工作方法；石太客運專線交付運營后，出現了局部地段路基邊坡受水浸濕、浸蝕發(fā)生下沉影響行車安全問題，針對此問題，鐵道部組織相關專家分析了問題產生的原因，制定了加強過程控制、根據施工后的現場地形地貌、地質條件核對結果優(yōu)化鐵路路基邊坡支擋防護與路基防排水設計、施工管理的補充規(guī)定，即(鐵建設[2009]172號)文，該文首次明確了路基支擋與邊坡防護和路基防排水是路基工程結構的重要組成部分，明確了其結構安全使用壽命分別為60年、30年，從而徹底改變了以往路基邊坡支擋防護與防排水為路基附屬工程的理念，從而完善了路基結構物的建設、設計、施工管理理念，是鐵路路基建設的又一次重大的變革，是路基工程提升為結構物理念的第二次里程碑事件。

2.6 路基與站后工程接口

路基與站后工程接口主要包括埋設或附著于路基的通信、電力、綜合接地相關的結構物，主要包括綜合接地線、電纜溝槽、過軌、接觸網支柱基礎、聲屏障基礎等。為確保路基結構及其附著于路基上的其他結構物的安全穩(wěn)定，高速鐵路路基設計采取集成設計的理念，將上述站后結構工程與路基結構統(tǒng)一設計、統(tǒng)一由站前施工單位施工，提高了路基結構的安全穩(wěn)定性。

2.7 路基沉降變形觀測與評估

為驗證并確保路基滿足鋪設無砟軌道的鋪設技術條件，鐵道部發(fā)布的鐵建設[2006]158號文[13]明確要求所有鋪設無砟軌道的路基、橋梁、隧道均應進行沉降變形觀測與評估工作，確認相應區(qū)段滿足鋪設無砟軌道的路基沉降變形條件后方可允許鋪設無砟軌道。為此，京津城際、武廣高鐵等建設伊始，就按鐵建設[2006]158號文要求組織開展了沉降變形觀測與評估工作，目的在于驗證設計、施工方案的合理性、可靠性；京滬、哈大等高速鐵路則依據京津城際、武廣高鐵建設取得的成功經驗和觀測數據優(yōu)化了相應的設計文件，提高了路基建設的可靠性；高速鐵路建設以來的實踐經驗和觀測數據分析成果基本上證明了我國采取的設計理論、施工方案、建設管理是正確的，滿足了我國高速鐵路建設的需要，我國的高速鐵路路基堅實、可靠。我國高速鐵路路基沉降變形觀測數據分析和評估取得的成果類型如下。

(1)Ⅰ類：沉降變形曲線為較平滑、規(guī)律的收斂曲線，其工后沉降完全滿足設計要求。其主要地層為山前坡積土、黏土、粉土、粉砂土等松軟土地基，觀測過程中外部條件未發(fā)生改變；地基處理方案為粉噴樁、漿噴樁、CFG樁、PHC管樁并處理到硬土層；路基填筑高度3～5 m；該類型路基沉降變形穩(wěn)定時間一般為3～4個月，工后沉降變形量均滿足要求。

(2)Ⅱ類：沉降變形曲線表現為發(fā)生沉降變形突變的明顯拐點、呈臺階狀發(fā)展的收斂曲線，其工后沉降滿足設計要求。該類路基沉降變形發(fā)展過程中一般伴隨有加載、地基處理后受水浸泡、地基處理結構受環(huán)境影響發(fā)生變形調整等，路基在沉降突變后經歷2～3個月沉降變形穩(wěn)定，其工后沉降滿足設計要求。該類曲線常見于非飽和土路基或路基周圍環(huán)境突變的路基。

(3)Ⅲ類：路基填筑完成6個月后沉降變形曲線未見穩(wěn)定，后期逐漸趨于穩(wěn)定。此類曲線常見于深厚軟土、軟土與松軟土互層地基路基，或受水條件影響的濕陷性黃土地基或干旱、半干旱深厚松軟土地基路基。這是在建設過程中予以重點關注的路基，一般需延長預壓期或增強地基處理措施。

3 需要進一步解決的問題

經過近10年的高速鐵路建設實踐，我國建設了京滬、京廣、哈大等一系列長大高速鐵路干線，形成了系列高速鐵路技術規(guī)范和標準，建立了我國高速鐵路路基技術體系。但我國幅員遼闊，鐵路線縱橫捭闔于全國各地，從海相、瀉湖相、河相的淤泥質軟土，山前沖淤積軟土、松軟土、沖洪積土到濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土、戈壁土、凍土以及軟巖、膨脹巖等特殊巖土，幾乎在全世界分布的各種類型的巖土在我國鐵路建設中都已遇到，其分布的不均勻性、工程地質的復雜性，決定了我國路基工程技術特點的多樣性和復雜性。

在建設哈大高速鐵路期間，遇到了嚴寒地區(qū)特有的路基凍脹問題；在蘭新二線戈壁土地基路基的建設過程中，遇到了含有膨脹性礦物的戈壁土地基隆起變形問題；在巖溶地基路基建設和運營期間，遇到了巖溶路基因地下水波動引發(fā)的局部路基變形問題；在濕陷性黃土地基路基建設過程中，遇到了局部黃土地基因連續(xù)降雨引發(fā)的局部地段路基不均勻沉降問題；在區(qū)域性地面沉降地區(qū)，遇到了局部抽降水引發(fā)的路基沉降問題等[19]。所有這些問題，都是建設高標準的無砟軌道路基過程中遇到或發(fā)現的新問題，經過10年的建設實踐，基本上成功地解決了這些困擾、影響路基沉降變形穩(wěn)定的問題，但仍然有些問題亟待繼續(xù)創(chuàng)新、探索、研究、解決。

3.1 非飽和土地基

此類地基表現為路基建設前其地基承載力、工后沉降等指標均能滿足設計要求，但路基修建后，受周圍微地貌改變后的水環(huán)境影響引起新的沉降變形，影響軌道鋪設后線路的平順性，需要從非飽和土的機理方面、地基處理方案、工程效應以及周圍環(huán)境影響等方面研究其變形機理及其防治措施。

3.2 膨脹土地基的變形影響

這是路基工程長期以來不容回避的安全穩(wěn)定課題，其對于鐵路路基的影響常見于路塹地段。路塹開挖施工一般會影響地下水的遷移路徑，造成地下水沿路基坡面、路塹基底重新分布，往往受制于環(huán)境的變遷，其出現的特征具有不確定性，一般在工程完工或運營期間才表現出來，通常會造成局部坡面溜坍或局部地基隆起變形，影響軌道的平順性。需要從路塹環(huán)境、水環(huán)境、膨脹礦物的分布及其機理方面研究判斷其對路基工程的危害并制定防治方案。

3.3 軟巖、膨脹巖邊坡的安全防護問題

突出表現為邊坡不穩(wěn)定問題，建設過程中多因水環(huán)境影響或暴露于大氣環(huán)境中應力松弛、釋放等造成路基邊坡溜坍，為影響路基邊坡安全的隱形病害；長期以來尚未有徹底的解決方案。

3.4 水環(huán)境對路基及邊坡安全穩(wěn)定性的影響

此類問題多發(fā)生于路塹地段，往往由于路塹施工切斷了原來的地下水滲流路徑或由于局部地勢較低，誘發(fā)地下水滲流改變途徑或沿路塹基底出露或沿路塹邊坡出逸或沿路塹坡腳滲逸，造成路基基底、坡腳或路基邊坡應力重新分布或抗剪強度降低，引發(fā)路基病害。

3.5 非工程因素引發(fā)的路基沉降變形問題

突出的問題為臨近線路局部抽降水、新增建筑物或下穿路基引發(fā)的路基附加沉降變形問題，需要預測分析其對路基沉降變形產生的影響及其對軌道變形的影響，并采取相應的安全防控措施。

3.6 路基凍脹機理及其防治措施研究

盡管在哈大、哈齊等高鐵建設中進行了大量的試驗研究，并將相應的防凍脹措施成功應用于哈大、盤營高速和正在建設的哈齊、沈丹等高速鐵路中，但依然存在一些影響路基凍脹的因素需要繼續(xù)探討、研究。

3.7 巖溶地基因地下水波動產生的局部沉降變形問題

受制于巖溶分布和發(fā)育的不確定性影響，現有的巖溶路基防治技術措施不可能完全根治巖溶地基產生的危害，依然存在諸如地下水波動等影響巖溶路基局部變形的問題，需要從巖溶發(fā)育機理、處置措施和環(huán)境改善預防等方面進行系統(tǒng)研究。

3.8 路基健康診斷系統(tǒng)研究

路基的安全穩(wěn)定性和生命力是必須長期關注的問題，無論是軟土地基路基、膨脹土路基、濕陷性黃土地基路基還是山區(qū)斜坡軟土路基等均需要對其長期的安全穩(wěn)定性進行分析判斷，提高我國高速鐵路安全運營的保障能力。

4 路基是有生命力的結構物

正如任何生命體一樣，路基是具有生命力的結構物，它承載著列車循環(huán)往復、安全、高速、舒適運營的重任；它在經歷風霜雨雪、寒暑交替、春融冬凍等年復一年的春夏秋冬四季不同氣候、環(huán)境變化的影響，確保其生命力長久不衰是廣大鐵路建設者和運營養(yǎng)護維修者共同的責任和愿望。

地基基礎是延續(xù)其生命力的基礎條件，路基本體、基床底層、基床表層則是其軀干，它溫柔地承載著列車年復一年、日復一日的反復沖擊和激蕩；路基填料、含水量、壓實后的密實程度則是決定其生命力的源泉，路基邊坡支擋防護與防排水系統(tǒng)則是保護路基的盔甲，它們決定了路基抵抗自然侵蝕和影響的能力，路基過渡段則構建了路基與橋梁、與隧道等橫向結構物間的紐帶，它們共同構成了承載列車安全、高速、舒適運營的線下結構。

10年來，我們建設了5 000多km的高速鐵路路基，它承載了至少3代鐵路人的希望和愿望。路基是有生命力的結構物，它需要日常的安全維護和呵護，才能增強并延續(xù)其承載軌道、確保列車安全運營的生命力。

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The Subgrade is a Vital Structure—Achievements and Remaining Problems in Subgrade Construction of High Speed Railway

YOU Chang-long

(Engineering Management Center of China Railway Corporation， Beijing 100844, China)

This paper summarizes the formation， development and improvement of subgrade technical system and addresses the achievements in the past decade in terms of foundation treatment; subgrade structural design and reclamation; embankment cut; transitional section; support and water proof for subgrade slope; integrated foundation of subgrade structure with auxiliary cable channel and catenary post pit; observation and evaluation of settlement deformation. It is the high speed railway， which sets high requirements for subgrade engineering rigidness and deformation control， that has resulted in innovation and improvement of subgrade technology， in reinforcement of subgrade structure engineering concepts and prolonged life cycle of subgrade structures. The remaining problems are explained in perspectives of non-saturated soil and swelling soil encountered in subgrade engineering. It is hoped that this paper may serve to promote the improvement and development of subgrade technical system and the level of subgrade construction， and further vitalizes the operation of high speed trains in a safer， higher speed and more comfort manner.

High Speed railway; Subgrade; Technology System; Structure

2015-03-13

尤昌龍(1964—)，男，教授級高級工程師，工學博士，E-mail:ycljd@263.net。

1004-2954(2015)09-0001-08

U238； U213.1

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.001