铁路专用线高填方路基沉降观测分析及防治措施

朱安林 中国铁路上海局集团有限公司上海上铁建筑工程（集团）有限公司

1 工程概况

东至铁路专用线接轨既有铜九铁路香隅站，连通长江码头以实现铁水联运的运输方式,正线长度7.8 km，其中路基土石方工程共计200万断面方，主要以高填方路基为主，路基填筑高度7 m～10 m，路基基床以下填筑C 组填料，基床表层及底层厚分别为0.5 mB 组填料及0.7 mBC 组填料；为了更好地了解和掌握路基沉降的原因、搞清路基填筑材料、填筑高度与路基沉降的关系, 在东至铁路专用线路基施工中选取了4个观测点，分别为1#观测桩有CFG 桩基处理（细粒土填筑），2#观测桩是原地面换填砂砾处理，3#观测桩地质条件满足要求未处理，4#观测桩是CFG 桩基处理（粗粒土填筑），其中4#与1#观测桩比较，主要反映不同填料对路基沉降影响。通过高填方路基的沉降观测得出沉降规律，分析路基沉降原因并提出预防措施。

2 沉降观测方式及要求

高填方沉降观测包括两个方面内容：①观察高填方路基的自身沉降（含不同的填土高度和不同的压实区域路基自身的沉降）；②观察高填土路基基底地基在路基填土重力等作用下的沉降。

（1）基底沉降监测

每个监测断面设置1个沉降板，路堤填筑前，于路堤基底地面放置沉降板进行监测，沉降板由沉降板、底座、测杆及保护测杆的PVC 塑料管组成。随着填土增高，测杆及套管也相应加高，每节长度不超过100 cm，接高后的侧杆应高于套管上口。路堤填土高度小于2.0 m 时，每两天观测一次，超过2.0 m 后，每天观测1 次。在沉降速率较大的情况下，加密观测。每天观测数据及时整理记录。

（2）路基自身沉降监测

路基填筑过程分别在不同填筑高程设置沉降观测桩，每断面3 个监测点。分别于路基中心、左右路肩以内1 m 处设一个检测桩。

（3）测量精度及频度

测量精度达到二级水准测量标准。测量频度：在路基填筑期间，每天观测一次，停工期间，前两天每天观测一次，以后每3 天观测一次；施工完成后，前15 天每3 天观测一次，第15天～30天每星期观测一次，第30～90天每15天观测一次，以后每月观测一次。在沉降观测点附近设置长期控制点并严格控制其高程，有关观测设备及仪器在每次观测时进行校核检查，以确保每次观测数据准确性，每个观测点的每次观测统一由专人负责收集整理，以确保记录准确、详细（表1）。

表1 沉降观测点布置及对应地质情况

现以东至铁路专用线DK2+050-DK4+100、DK5+100 高填方路基1#、2#、3#、4#观测桩设置为例加以介绍（图1、图2）。

图1 路基沉降与填筑高度曲线

图2 路基沉降与填筑时间曲线

1#观测点（路基高10 m）分别在原地面、路基高4 m、7 m、8.8 m 及路基顶设置5 个不同路基填筑高度和不同路基填料的观测点，分别编号为：1#-A、1#-B、1#-C、1#-D、1#-E。

2#观测点（路基高9 m）分别在原地面、路基高4 m、6 m、7.8 m 及路基顶设置5 个不同路基填筑高度和不同路基填料的观测点，分别编号为：2#-A、2#-B、2#-C、2#-D、2#-E。

3#观测点（路基高7 m）分别在原地面、路基高3 m、5.8 m及路基顶设置4个不同路基填筑高度和不同路基填料的观测点，分别编号为：3#-A、3#-B、3#-C、3#-D。

4#观测点（路基高9.8 m）分别在原地面、路基高4 m、7 m、8.6 m 及路基顶设置5 个不同路基填筑高度和不同路基填料的观测点，分别编号为：4#-A、4#-B、4#-C、4#-D、4#-E。

3 路基填筑施工情况

路基填筑施工严格按设计及相关铁路路基规范要求进行，同时将观测断面处路基压实系数较《铁路路基工程施工质量验收标准》要求进行适当提高。土方填筑采用分层填筑，每层压实厚度不超过30 cm，填筑材料分别为细粒土和粗粒土且均满足填料要求，其中细粒土标准击实试验数据为最大干密度1.87 g/cm3、最优含水率15.6%，粗粒土标准击实试验数据为最大干密度2.34 g/cm3、最优含水率2.1%，每层填土压实前均采用平地机整平，以确保填土压实的均匀性。1#观测点地基采用CFG 桩基处理，地质条件有所改善，路基填料采用细粒土；2#观测点地基上铺设有50 cm 厚砂砾石垫层，路基填料采用细粒土；3#观测点地基进行碾压后直接进行路基填筑；4#观测点地基采用CFG 桩基处理，地质条件有所改善，路基填料采用粗粒土。

4 沉降观测数据分析

路基沉降随着路基填筑高度的增加和时间的延长而增大；填筑过程中，路基沉降速度较快；竣工后的路基沉降相对较缓慢。路基沉降基本以地基沉降为主，路基填方本体压缩沉降很少，说明路基各区域压实标准及路基填料的选择可以保证工程的施工质量 。地基沉降与地质条件和填土高度（即地基单位面积受力）有关，地质条件越好，填筑高度越低，沉降越小，反之路基沉降越大。通过观测可以发现，4个沉降观测点的地基沉降值不同，以2号点沉降值为最大，主要是因为其地质条件较差，地基承载力小且路基填筑高度大，其地基虽经过砂砾垫层加固处理但并不能使其地质条件有本质改善。对于1号点，虽然地质条件较差，但因其地基经过CFG桩基处理后地质条件发生了根本的变化，使其地基承载力有了较大地提高，因而地基沉降相对较小。而3 号点本身地质条件相对较好且土方填筑高度较低，因而其地基沉降也相对较小。比较1#沉降观测点与4#沉降观测点沉降观测数据可以发现：1#观测点与4#观测点地基处理均采用CFG 桩基进行处理，且路基填筑高度相近，1#-A、4#-A 基底沉降观测点沉降数据基本一致，1#观测点所在断面路基本体沉降量均大于4#观测点。

通过对沉降曲线图的观测分析可以看到，路基沉降在填筑初始阶段较慢，当填筑达到一定高度时，沉降随着填筑高度的增加迅速增大，当路基填筑即将竣工和竣工后，路基沉降又呈缓慢增加趋势，直至路基完全稳定下来；通过1#、4#沉降观测点比较分析，不同路基填料对路基本体沉降量也存在一定影响。

5 高填方路基沉降原因分析

路基在初始填筑过程中，由于原地基具有一定的承载力可以承受一定高度填土产生的压力，在地基容许承载力范围内，地基沉降呈现出类似弹性变化的趋势，即地基沉降随着填土高度的增加而增加。当填土增加到一定高度时，即土方填筑产生的压力等于地基承载力时，地基受力处于极限状态。当填筑高度继续增加，地基承载力进入强化阶段，原地基土体结构被破坏，地基土颗粒在外力作用下重新排列形成新的结构，使地基承载力得到增强。地基土结构的变化，是该阶段地基发生明显沉降的根本原因。随着路基填筑结束，虽然地基所受填土产生的土压力趋于稳定，但由于多种因素 (施工、行车、环境等)影响并通过实际观测资料证明，还不能立刻稳定下来，需要经过约 6～8月时间，才能使路基逐渐趋于稳定。但路基不会完全稳定下来，还会发生很缓慢的沉降。

6 高填方路基沉降的防治措施

高填方路基施工中填料的控制、晾晒、摊铺、平整和碾压与 一般路基施工工艺和方法相同，但应注意以下几点。

（1）高填土填筑除做好原地面的清理工作外，重点要注意填料的选择。为减少路基本体沉降量，路基施工时，宜选择低液限粘土或低液限粉土作为路基填料。填料要分层进行，每层压实厚度宜控制在2O cm～30 cm 范围内。对于石料或卵石土路基，要严格控制填料的最大粒径，填料的最大粒径在底层（路床底面15 m以下）不超过分层厚的2／3；应采取措施分层填筑和分层碾压，一层厚度不超过2O cm～30 cm。

（2）足够的碾压是消除路堤固结、形变最有效的方法。高路堤的固结、形变历时较长，在固结过程中高路堤会产生不均匀沉降，这对路基是十分有害的。如路堤土的密实度接近重型击实试验法的最大干密度，则路堤一般不再产生固结、形变。因此提高压实能力、完善压实工艺，以高标准进行路基的压实是保证路基应有强度和稳定性的一项最为经济、有效的技术措施，在高路堤填筑施工中，必须有详细的作业计划，报监理批准后认真实施。

（3）对于地基较差的路基填筑，一定要先做好地基处理，保证地基处理符合要求后才能进行路基填筑施工。因为从观测结果分析，地基的沉降是高填方路基沉降的主要原因。

7 结束语

总的来说，高填方路基从设计、施工到投入，使其产生沉降的因素众多，通过铁路专用线现场高填方路基不同填筑区段沉降观测数据分析，从而为评估预测线下工程最终沉降量和工后沉降，合理确定轨道铺设时间，确保铺设质量提供依据。并同时在施工中不断地积累经验，把病害减小到最低限度，确保高填方路堤有足够的稳定性和耐久性。