客货共线铁路路基基床底层承载力分析

客货共线铁路路基基床底层承载力分析王应铭【摘要】When designing the subgrade of mixed passenger and freight railway, it is not unusual to face the problem of a low embankment or an excavation cutting in which the filling height is less than the thickness of subgrade bed. Considering this reason, for the natural subsoil within the range of the bottom layer of subgrade bed, there are two evaluation indexes in the current design code: the specific penetration resistance of static sounding, and the basic bearing capacity of natural subsoil;still more, if not meeting the two evaluation indexes, the methods of earth replacement, earth improvement or earth strengthening treatment should be utilized. However, these evaluation indexes were questioned by many designers when using them. The purpose of this paper was to analyze and solve this problem. This paper calculated the dynamic load and the stress at the sleeper bottom corresponding to different design speeds of class I and classIIrailways. And then this paper worked out the stresses at different depths above and below the top surface of bottom layer of subgrade bed by using Boussinesq formula. Finally a new standard value of basic bearing capacity of the bottom layer of subgrade bed was determined in this paper according to the relationship between dynamic strength and static strength. It is suggested that the index about specific penetration resistance of static sounding should be abolished after this new standard value has been adopted in design code.%在客货共线铁路路基设计中，经常遇到填土高度小于路基基床厚度的低路堤、挖方路堑，现行设计规范规定了基床底层范围内的天然地基静力触探比贯入阻力、天然地基基本承载力两项判定指标，如不满足该两项标准，就应进行换填、改良或加固处理。

很多设计者在使用该标准时提出了疑问，本文旨在对此问题进行分析落实。

通过计算玉、域级铁路不同设计速度对应的动荷载和轨枕底部应力，采用布辛尼斯克公式算出了基床底层顶面及其以下不同深度处的应力，并根据动强度与静强度的关系确定出了基床底层的基本承载力新标准值，建议设计规范采用该新值后取消静力触探比贯入阻力指标。

【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P1-3,4)【关键词】铁路路基;基床;承载力【作者】王应铭【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U213.1客货共线铁路路基的基床总厚度为2.5 m［1］(基床表层厚0.6 m，基床底层厚1.9 m)，基床在路基结构中处于路基结构的最上部，是主要的受力结构。

路基基床直接承受着铁路轨道结构传递下来的列车动荷载的反复作用，同时受温度、降水、干湿循环及冻融循环等因素的影响，其工程特性易受以上因素的影响而发生变化，个别甚至会出现翻浆冒泥等基床病害，对行车安全和运输效率等产生影响。

为减少基床病害对铁路运输产生的影响，减少运营期间的养护维修量和费用，保证运营安全，在2005年发布实施的《新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定》［2］(铁建设函［2005］285 号)、《铁路路基设计规范》(TB10001—2005)中，根据多年来的铁路工程实践经验，对低路堤、路堑基床底层的静力触探比贯入阻力值、天然地基基本承载力大小进行了规定，但设计人员在使用上述规范的过程中提出了疑问，认为两指标不完全匹配，并且对天然地基的承载力要求有点偏高。

为落实该问题，借《铁路路基设计规范》全面修编的机会，想对基床底层的标准进行探讨完善，以使规范规定更趋合理。

1 基床标准现状1.1 基床标准总体情况经对《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》、《铁路路基设计规范》(TB10001—2005)两标准中有关基床条文的对比分析，并结合具体铁路项目的实际设计情况，目前基床的设计标准思路可以归纳如下。

(1)对路基面高于地面大于2.5 m(基床总厚度)的路堤，由于基床表层和底层全部位于地表以上，设计规范规定用合格填料进行填筑，合格填料的具体要求和压实标准在规范中有明确的规定。

(2)对路基面离地面的高度小于2.5 m(基床总厚度)的低路堤，路堤基床表层的填料类别和密实度必须满足规定要求，基床底层(厚度1.9 m)的部分或全部位于地面以下，规范对地面以下部分基床底层范围的天然地基提出了静力触探比贯入阻力ps、天然地基基本承载力σ0两项判定指标，如不满足该两项标准，就应进行换填、改良或加固处理。

(3)土质路堑的基床规定与路基面距地面小于2.5 m(基床总厚度)的低路堤的情况相同。

(4)在《铁路特殊路基设计规范》［1］中，为节约投资，对基床底层的换填厚度进行了适当限制。

要求软土路堤高度不宜小于基床厚度，并强调强膨胀土(岩)处理厚度应大于气候剧烈影响层且不宜小于基床底层深度外，其余不小于0.5 m或1 m。

1.2 低路堤基床底层标准规定对高度小于基床总厚度2.5 m的低路堤，其基床底层厚度范围内的天然地基要满足以下条件之一。

(1)静力触探比贯入阻力Ps值:Ⅰ级铁路不得小于1.5 MPa，Ⅱ级铁路不得小于1.2 MPa。

(2)天然地基基本承载力σ0:Ⅰ级铁路不小于0.18 MPa，Ⅱ级铁路不小于0.15 MPa。

1.3 路堑基床底层标准规定路堑基床底层厚度范围内天然地基要满足以下条件之一。

(1)静力触探比贯入阻力Ps值:Ⅰ级铁路不得小于1.2 MPa(时速200 km为1.5 MPa)，Ⅱ级铁路不得小于1.0 MPa。

(2)天然地基基本承载力σ0:Ⅰ级铁路不小于0.15 MPa(时速200 km为0.18 MPa)，Ⅱ级铁路不得小于0.12 MPa。

1.4 路基基床底层处理判定标准汇总及问题现行基床底层换填等处理的判定标准汇总见表1。

表1 基床底层处理判定标准汇总铁路标准路基基床类别ps/kPa σ0/kPa低路堤基床底层≥1 500 ≥180 160 km/h及以下Ⅰ级铁路Ⅱ级铁路200 km/hⅠ级铁路路堑基床底层≥1 200 ≥150低路堤基床底层≥1 200 ≥150路堑基床底层≥1 000≥120低路堤基床底层≥1 500 ≥180路堑基床底层≥1 500 ≥180按照《铁路工程地质原位测试规程》(TB10018—2003)所列出的天然地基基本承载力σ0与比贯入阻力ps的关系式进行试算发现:现行规定中的σ0与ps两值的关系接近《铁路工程地质原位测试规程》所列黏性土(Q4)、软土的关系式，但规程规定软土的关系式对应的ps值域为ps=85～800 kPa，因此可视为原规定只针对黏性土(Q4)，其数值关系为σ0=5.8－46，按此式进行反算发现:当σ0=120 kPa 时，其对应的ps=820 kPa，该值小于现行规定值ps=1.0 MPa，其余均满足公式要求。

此外，从表1中看出现行标准对路堤基床底层的规定高于路堑。

2 基床底层标准修改的设想在《铁路路基设计规范》全面修编中，有必要对以下两种判定标准进行分析。

(1)天然地基基本承载力σ0判定指标保留天然地基基本承载力σ0判定指标，取消静力触探比贯入阻力Ps，并对天然地基基本承载力σ0的具体值进行计算重新核对。

(2)用基床底层范围内的天然土质、密实度满足规范要求作为判定标准比照基床表层的规定，基床底层范围内的所有填料类别和压实标准应该满足规范要求，不满足时应全部采用换填等处理措施。

采用该标准可以彻底解决基床病害问题，但会增加一定的工程投资。

3 基床底层基本承载力计算确定3.1 列车荷载(图1)图1 “中—活载”图式(单位:m)3.1.1 v≤120 km/h客货共线铁路轮荷载《铁路轨道设计规范》［4］规定，车轮动荷载以当量静荷载最大可能值表达，直线地段垂直当量静荷载按下式计算式中 Q——车轮作用于钢轨上的垂直当量静荷载，kN;P0——静轮重，kN;v——行车速度，km/h;α——速度系数，α=0.6v/100。

3.1.2 120 km/h＜v≤160 km/h客货共线铁路轮荷载式中 Q——车轮作用于钢轨上的垂直当量静荷载，kN;P0——静轮重，kN;v——行车速度，km/h;α，α1——速度系数，α=0.6v/100，α1=0.3Δv1/100。

3.1.3 v=200 km/h客货共线铁路轮荷载《预应力混凝土枕设计方法》按下式计算Ⅲ型轨枕上的动压力式中 Q——车轮作用于钢轨上的垂直当量静荷载，kN;P0——设计轴重;α——综合动载系数，重载轨道取1.5。

3.1.4 德国铁路最大轮荷载《铁路土工建筑物手册》［5］介绍的德国铁路最大轮荷载计算式为式中 Q——考虑车轮在曲线上运行时产生附加荷载后的单轮荷载Q=1.2Qstat，kN;Qstat——单轮静荷载，kN;S*——上部建筑的状态、行车速度影响系数S*=nφn——上部建筑和轨道质量的差异系数:n=0.10(很好)，n=0.20(好)，n=0.30(中等);φ——速度系数，取决于列车的速度和列车的类型，见表2。