1 绪论
武广客运专线铁路韶关至花都段（如图1所示）线路长159.24km，路基长37.116km，桥隧比例高达76.7%，区间设有韶关车站、英德车站及清远车站。该段地处粤北艰险山区-北江峡谷地貌区（如图2所示），地势险峻，山高坡陡，沟谷深切，構造发育，地质条件复杂，工程十分艰巨，是我国首次在复杂山区建设的高速铁路。沿线岩性分布以软质岩和灰岩、花岗岩为主，不良地质及特殊岩土主要有岩溶、采空区、滑坡、顺层、软土松软土、膨胀土、危岩落石等，路基设计面临诸多技术难题：山区槽谷透镜（鸡窝）状软土地基路堤工后沉降控制，厚覆盖型岩溶塌陷预测及防治技术，路、桥（涵）、隧等线下构筑物之间刚度协调控制，利用全风化花岗岩作路堤填料的改良方法与填筑工艺，陡坡路基下挡工程横向位移控制标准及控制技术。
设计阶段，结合山区高速铁路的特点，开展了一系列有针对性的科研攻关，取得了多项创新成果并应用于设计实践。路基竣工5年多、通车运营4年多来，路基基床及过渡段结构稳定，状态良好，路基边坡稳定，排水系统完善、通畅，充分体现了设计的创新性、合理性、全面性和前瞻性。运营部门路基检测结果显示，与有砟轨道相比，线路养护维修工作量显著减少，乘客舒适度大幅提高，取得了巨大的经济效益和社会效益。为推动成果应用，方便今后类似工程参考，现将相关设计技术综述如下。
2 路基设计关键技术 2.1路堤填土变形控制技术
无砟轨道的高平顺性、高稳定性要求严格限制工后沉降和不均匀沉降，路基铺轨后的残余变形（工后沉降）不得大于15mm，路基与桥隧结构物之间的错台（差异沉降）不大于5mm，路基与桥隧结构物之间以及任意两段路基之间的不均匀沉降所产生的折角不大于1/1000[]。
路基工后沉降包括列车循环荷载作用下的基床累积变形、路堤自重作用下的压缩变形、路堤荷载作用下的地基长期沉降。为控制前两项即路堤填土的变形，本段设计采用了优质路基填料，并严格控制压实标准，即基床底层和路堤本体均采用优质的A、B组填料或改良土，压实标准除了常规地基系数K30、压实系数
K和孔隙率n外，还采用变形模量Ev2及动态变形模量Evd等多指标控制，明确提出：高度大于6m时提高路堤本体压实程度--采用与基床底层相当的压实标准。
2.2地基工后沉降及不均匀沉降控制技术
山区沟槽内透镜状软土地基，工后沉降及不均匀沉降难于控制。设计中根据地基条件，对包括软土、松软土、粉质粘土和岩层全风化层在内的非饱和土进行了大量室内土工试验，根据测得的力学参数进行了稳定和沉降计算，结合路堤填高、地基软弱土层的厚度及埋深，确定了地基处理技术原则：埋深3m以内的浅层地基主要采用挖除换填和强夯处理；3m～22m的软土、松软土主要采用水泥搅拌桩、CFG桩、旋喷桩等复合地基处理；深厚层软土、松软土地基采取钢筋混凝土桩网复合地基及桩板结构等措施处理。
2.2.1复合地基处理技术
对于处理深度大于3m的地基，一般采用复合地基处理加固。根据交通、地基及施工条件，综合采用了水泥土搅拌桩、旋喷桩和CFG桩，以及少量的螺纹钻孔灌注桩进行复合地基加固。
为确保复合地基加固区与桥台、涵洞等刚性基础和非加固区的平顺过渡，通过路基纵断面设计，设计在复合地基加固区的起终点划定了长度为10m的过渡区，对复合地基的桩间距和桩长进行必要调整。所有复合地基桩顶设置0.6m厚的加筋碎石垫层，垫层中铺设两层土工格栅。
水泥土搅拌桩用于路堤填高小于6m、埋深小于10m的软土地基和松软土地基加固；CFG桩用于桥路、涵路等过渡段地基，及路堤高度大于6m、处理深度大于10m小于22m的非过渡段地基，地基大多为非饱和土与松软土、软土的互层，或者为厚层非饱和土；旋喷桩用于部分表层分布薄层卵石土和块石土或施工场地上方分布高压线地段的地基加固。
2.2.2深厚层地基处理技术
当地基处理深度超过22m时，复合地基加固桩施工质量难以控制，经过大量理论及试验研究，提出了采用桩板梁结构和桩网结构的深厚层地基处理方法。
（1）桩板梁结构
桩板梁结构主要用于岩溶发育区深厚软土、松软土地基处理，能将岩溶塌陷与软土地基沉降问题一并解决，设计及施工阶段开展了桩板梁结构内力和变形的理论计算分析、数值仿真、室内缩尺模型试验、现场工程试验等研究，提出了端承类路基桩板梁结构的结构型式，设计桩及承台板的计算方法，以及承台板跨度5m～10m、承台板高度0.6 m～1.0m、托梁高度0.6m～1.0m的尺寸参数建议，成功实现了岩溶发育区深厚软土、松软土地基无砟轨道路基沉降的控制。经济比较分析表明，虽然桩板梁结构单价较高，但岩溶发育区取消了岩溶注浆整治工程及软土地基加固工程，比传统的加固措施略便宜，经济合理；由于采用的是端承类桩板结构，沉降量小，安全性高。此种新型地基处理技术为我国在岩溶软土地区建设高速铁路提供了坚实的理论基础及宝贵的实践经验，研究成果已在沪昆、成渝及西成等岩溶软土地区无砟轨道客运专线设计中广泛运用。经济效益及社会效益显著，成果工程意义重大，具有广泛的推广应用前景。
（2）桩网结构
高路堤深厚软弱地基尤其是桥头高路堤地基，设计采用了钢筋混凝土桩网结构，桩网结构均采用C30钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径60cm，桩间距2.0～2.5m，桩长22～35m。桩顶设边长为1.5m的正方形钢筋混凝土桩帽，上部设60cm厚的加筋碎石垫层。现场施工一般采用旋挖钻机或正、反循环钻机钻进，配合集中拌合站的混凝土罐车及混凝土泵输送混凝土灌注成桩。
2.3 厚覆盖型岩溶塌陷预测研究及综合整治技术
通过室内模型试验和现场试验，运用数值分析方法，研究了覆盖型岩溶区塌陷发育的基础条件及塌陷机理分析，岩溶塌陷危险性评价与预测方法，根据钻探和物探资料进行了岩溶塌陷评价分区。根据典型地层的渗流条件，研究了注浆孔扩散半径的影响，提出了覆盖型岩溶区塌陷防治设计原则和防治效果检验技术。
设计首次提出覆盖型岩溶大面积钻孔注浆施工孔位采用按孔间距由大到小分2序或3序布置的原则和方法。钻孔按施工顺序和用途分先导孔和注浆孔两类。对于岩溶极易塌陷区，原则采用7m→5m→3.5m的三序插点加密布置，对于岩溶易塌陷区原则采用7m→5m的两序插点加密布置。本项成果已纳入了《铁路工程地基处理技术规程》。
2.4路基与桥涵隧等结构物之间过渡段刚度协调控制技术
针对山区铁路桥路、涵路、隧路及路堤路堑过渡頻繁的特点，采用车-轨-路耦合动力分析、有限元空间数值模拟分析、综合实车试验等方法，研究了隧路过渡段动力特性及消除隧路分界点刚度突变及沉降\"落差\"的构造措施。总结归纳出了6种隧路过渡段类型：硬质岩过渡段、软质岩过渡段、全风化岩层及土层过渡段、半硬半软过渡段、复合地基过渡段、桥隧间短路基过渡段，并运用于设计中。研究并提出了客运专线隧路过渡段消除隧路分界点刚度突变及沉降\"落差\"的渐变厚度混凝土板、水泥稳定级配碎石、桥隧间刚性短路基、钢筋混凝土桩板结构等工程措施。首次在高速铁路路基施工图阶段全线采用路基纵断面图设计，通过横断面与纵断面的设计互补，对地基处理和过渡段等影响路基纵向刚度的因素进行优化匹配。
2.5花岗岩全风化层改良土填筑成套技术
武广线沿线分布大量的花岗岩全风化层，大多数具有结构松散、液塑限高、抗变形稳定性及水稳性差的特点，属于C、D组填料，不能直接用于高速铁路无砟轨道路基填料。通过现场取样，研究了室内原状土及改良土的物理力学和工程特性试验，研究对比了掺加水泥、石灰、水泥和石灰混合改良的方案，提出采用水泥改良，并针对路基基床底层和本体分别确定了掺合比建议。
通过现场填筑试验，从选料、改良配比、拌合、施工、检测等方面进行了全方位的研究，提出了满足高速铁路无砟轨道高速铁路路基要求的花岗岩全风化层改良土的最佳掺和料及配比、填筑施工工艺及参数、压实标准与质量检测方法等成套技术参数，指导现场填筑施工。研究提出花岗岩全风化层改良土路基填筑施工按3阶段、6区段、11流程施工，工作面控制在100 m较为合理。
设计提出了以压实系数、无侧限抗压强度为压实质量的主控指标，基床系数K30或二次变形模量EV2为压实质量的辅控指标，为制定适合我国高速铁路建设的路基填筑检测技术标准提供了宝贵的基础资料。
2.6 陡坡路基下边坡支挡横向位移控制技术
通过对陡坡路基桩板式路肩墙在设计荷载、动应力水平、桩顶位移及锚固地层等方面的计算分析和研究，提出了在墙高2～5m时采用均布荷载、墙高6m及以上采用换算土柱的设计荷载。室内足尺比例模型试验认为，高速列车动应力对路肩墙的影响不大、挡墙外移1.0m后影响更小，设计提出桩板式路肩墙的桩顶标高放在路肩以下1.0m，兼顾了无砟轨道和有砟轨道路基。根据路基不同填料的泊松比等材料参数对比分析，结合桩板墙桩顶变形特点，在分析桩顶水平位移
与路基面沉降关系的基础上，首次提出高速铁路无砟轨道桩板式路肩墙桩顶总位移不大于60mm、列车荷载施加前后位移差不大于10mm的控制标准，并采取墙背后铺设土工格栅加筋等措施减小填方不均匀沉降。经过大量计算对比分析，与常规铁路路相比，除了因严格的桩顶位移差要求导致桩身锚固段长度稍长外，由于高速铁路动车组的轻轴重影响，桩身截面甚至还略小，并以此编制了通用参考图。经过现场沉降观测，后期工后沉降满足设计要求。
3 结束语
针对武广高速铁路这种典型艰险山区的地形地质特点和高标准的技术的要求，设计开展了一列科学技术试验和研究，解决了设计中的技术难题，创新点归纳如下：
（1）针对山区槽谷透镜状不均匀软土、松软土及非饱和土地基，综合应用CFG桩、搅拌桩、旋喷桩、螺纹钻孔桩等复合地基，及钢筋混凝土桩-网结构、桩-板结构等工程处理措施，成功实现了高速铁路无砟轨道路基工后沉降及不均匀沉降的有效控制。
（2）针对艰险山区铁路隧道较多的特点，归纳总结了6种隧路过渡段类型，研究并提出了客运专线隧路过渡段消除隧路分界点刚度突变及沉降\"落差\"的渐变厚度混凝土板、水泥稳定级配碎石、桥隧间刚性短路基、钢筋混凝土桩板结构等工程措施。
（3）首次提出了覆盖型岩溶钻孔注浆施工孔位采用按孔间距由大到小分2序或3序布置的原则和和注浆工艺。根据典型地层的渗流条件，研究了注浆孔扩散半径的影响，提出了覆盖型岩溶区塌陷防治设计原则和防治效果检验技术。
（4）首次针对花岗岩全风化层填料提出采用石英、粘土矿物成分（云母）含量及液限等关键参数指标，作为其填筑高速铁路无砟轨道路基的选用标准；提出了满足高速铁路无砟轨道客运专线路基要求的花岗岩全风化层改良土的最佳掺和料及配比、填筑施工工艺及参数、压实标准与质量检测方法等成套技术。
（5）首次提出高速铁路无砟轨道桩板式路肩墙桩顶总位移不大于60mm、列车荷载施加前后位移差不大于10mm的控制标准，并有效控制了桩顶位移。
参考文献
[1] 铁道第三、四勘察设计院. 铁建设[2004]157京沪高速铁路设计暂行规定[S]..北京：中国铁道出版社，2005.
[2] 铁道第一勘察设计院.TB10001-2005铁路路基设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2005.
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