高速铁路路基沉降现场测试与理论计算

韩静

摘要：随着我国高速铁路建设的不断发展，高速铁路中线下工程的路基部分也越来越受到更多的重视。为了确保铁路的运营安全，避免给国家造成损失和人员伤亡，确定铺设无碴轨道的铺设时机，应对客专本线桥梁、路基、隧道等线下工程进行变形监测，其中重点控制路基，兼顾桥梁和隧道。

关键词：高速铁路 沉降 变形 观测

我国各地出现的岩溶塌陷事件增多，造成了人民生命财产的重大损失。由于地质情况的隐蔽性与复杂性，岩溶塌陷也给铁路路基施工带来了很大的难度以及重大的安全隐患，对岩溶段路基进行加固处理必不可少。结合山西中南部铁路通道ZNTJ-17标段岩溶段路基的工程实例，本文主要讨论的是高速铁路路基沉降变形问题、计算的方法以及处理方法。

1、研究背景

山西中南部铁路通道是国家规划的大能力运煤通道建设项目，是“十一五”期间国家重点工程，西起山西兴县瓦塘站，穿越吕梁山、太岳山、太行山、沂蒙山，途经山西、河南、山东3省12市，终点为山东省日照市，全长1260公里，其中山西、河南、山东3省境内分别为579公里、255公里和426公里。该铁路设计标准为国铁Ⅰ级、双线电气化，时速120公里，货运能力2亿吨/年，客车15对/日，项目总投资998亿元。高速铁路建设在我国刚刚起步不久，目前我国对路基沉降位移觀测的技术要求还尚未深入的研究，现在还处在总结经验时期，我国技术规程规定，路堤开始填筑后，应对路基沉降进行系统观测，沉降观测资料应及时整理，汇总分析。路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6个月的观测和调整期。观测数据不足以满足评估条件和设计要求的，应延长观测期或采取必要的措施加速或控制沉降。

2、路基沉降观测的具体要求

2.1基准点、工作基点和控制网的布设

控制网的布设应该根据工程特点因地制宜建立相应的符合要求的观测网，观测网的好坏直接影响到沉降观测的质量和工作量的大小。基准点、工作基点的选择直接影响到控制网的强度和可操作性，以及后期的维护工作，因此基准点应选择埋设在测区以外不受干扰已于使用和保护的地方，工作基点应该适当靠近测区，选在已于保护及使用的地方。

2.2路基沉降观测测点布设

2.2.1沉降观测的断面布设类型分为路基面的沉降观测断面和路基基地沉降观测断面。

2.2.2路基沉降观测的测点布置，分为50m、100m，两种软土路基段应加密，过渡段应作为重点优先观测的对象。测点要等分间距布置

2.2.3应按设计要求的位置和数量布设足够的沉降板，位移和沉降观测桩。

2.3路基沉降观测的路线

路基沉降观测的技术要求应该按照国家二等水准的技术要求和精度指标进行控制，采用固定的符合水准路线进行往返测量，并建立令周期的观测值

2.4路基沉降观测仪器的选择和测量等级精度

水准仪型号和标尺类型应符合《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12896）的相关规定。全站仪应符合《精密工程测量规范》（GB/T 15314）的相关规定。变形测量等级和精度要求应符合下表要求。

2.5数据采集整理与分析

沉降变形观测应按设计或技术规范要求及时的进行观测作业。观测数据的格式应按要求填写整理，每次测完及时的对数据进行分析并将观测数据、沉降曲线同时报送变形评估单位和设计单位。手工记录的数据应采用观测手薄，原始数据的记录要做到清晰整洁，不得涂擦修改。电子记录的数据应在采集完外业数据后进行内业复核，经核对无误后进行保存作为备查资料。路基沉降预测应采用曲线回归法进行，当数据采集到不少于6个月的时候应做多途径的曲线回归分析，预测沉降变形趋势，曲线回归的相关系数不得低于0.92。沉降预测的数据间隔3～6个月的两次偏差不得大于8mm。

3、常见铁路沉降现场测试与理论计算方法

3.1应力路径法

荷载作用于软粘土的时候，形变和体变就是变化的两个过程。在刚刚开始加荷的时候，来不及排出的空隙水的压力就会上升，这和固结不排水过程是一样的，体积不会发生变化。水孔的压力变弱之后，体积就会被压缩，增加的是有效法向应力，不变的偏向应力。这和固结排水过程是一样的。这样的情况下沉降就可以分两个部分来计算了。在室内进行试验来进行测量。但是这个办法需要用高标准的取样和试验，因此运用的时候会受到很大的限制。

3.2数值分析法

现在科学技术水平在不断的提高，工程建筑规模也在不断的扩大，软度地基的沉降和路堤的稳定等问题成了工程中常见的问题。这样的问题也没有一个准确的方法进行计算，这个时候就可以借助于计算机里的近似数据来进行分析。其中发展较为迅速的是有限元法。

4、高速铁路路基沉降现场测试与理论计算的应用

根据施工经验与教训，不同地基沉降是不同的，因此处理办法也是不同的.因此，总结了一些常用的软弱地基的处理办法。换填碾压处理或换填砂垫层处理常用在地基浅层和较软弱的地方；深层的软基则有它自己的处理办法，比如. 采用袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压等等；铁路建设之后，地基还是沉降或者桥的过渡阶段，考虑到路基所处的地形和地质的处理和工程部门所拥有的资金，我们常常采用砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等； 对于地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用地基挤密砂桩处理方法。我们主要来说下现浇混凝土筒桩法。

筒桩是在沉管灌注桩的基础上所改进发展而成的一种新桩型，具有施工简易方便、可操作性强、便于施工质量控制、造价经济等优点。筒桩根据设计的壁厚，制成由内、外两层钢套管所组成的成孔器，内外护筒间净距等于设计的壁厚，套管上部特制的振动锤与机械相连接，成孔器与桩尖一起振动下沉，在成圆筒形孔的同时同步从内筒芯自动排出土体。在达到设计标高后，从内外筒间浇筑混凝土，通过拔管和振动，使筒桩成型。现浇混凝土筒桩法的施工设备主要由筒桩施工机具由桩架和成孔器组成。成孔器由高频振动锤、夹持器、环形桩尖、混凝土受料槽、桩管（内管、外管）及辅助设备等组成。施工工艺流程如下：整平施工场地→筒桩测量放样→桩尖预制及埋设→桩机固定就位→振动沉管→浇注拔管→桩机移位。根据各软土路基地段的地基沉降观测及侧向位移观测资料，对各观测断面的沉降采用双曲线法进行工后沉降的回归分析，对于软土路基段地基沉降曲线回归的相关系数R均大于0.92，至评估时沉降完成预测总沉降的（St/Sf）75%以上。满足路基的工后沉降量小于15cm控制标准及过渡段的工后沉降量小于8mm控制值，才能满足软土施工条件。

5、结束语

在沉降观测过程中应该进行仔细认真的测量和记录，尽量避免人为错误或操作造成的返工，所有数据都应保持原始的记录状况和可追朔性。为后续的施工作业保留可靠地参考数据和经验，为铁路客车的运行安全提供充分的保障。

参考文献

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