毕业论文-铁道工程技术专业毕业设计-高速铁路黄土路基沉降分析及控制.doc

铁道工程技术专业毕业设计 题题 目：高速铁路路基沉降分析及控制目：高速铁路路基沉降分析及控制 学学 校：校： 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 日日 期期: : 摘摘 要要 高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势，是21世纪交通运输的重大成果， 是人类的共同财富。随着经济的迅猛发展，交通运输需求激增，我国铁路客运专线 建设已经进入一个高速发展的时期，由于高速铁路运行速度快、技术标准高、对路 基的要求严格， 控制路基变形沉降已经成为客运专线路基的最大特点。路基变形最 明显、危害最大的问题是路基沉降。路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有较大 不确定性的工程难题。 路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，工后沉降尤其发生几率大、危害严重。 本论文从黄土的性质和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基 工后沉降的机理，控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点，路 基沉降计算、监测等方面分析了路基沉降。 关键字： 黄土 路基工后沉降 控制方式 沉降计算 监测 Abstract High-speed railway represents the railway modernization development trend in the 21st century, is the important achievement of transportation, is the common wealth of mankind. Along with the rapid development of economy, the transportation demand, China railway PDL surge has entered a rapid development construction period，Due to the high speed railway running speed, the technical standard of roadbed, strict control of subgrade settlement of deformation and has become the biggest characteristic of PDL roadbed. The most obvious harm, roadbed deformation of the biggest problems is the embankment settlement. Embankment settlement control is one which involves many factors, has large uncertainties of engineering problems. Embankment settlement including sub grade construction settlement and post- construction settlement, post-construction settlement risk, particularly serious harm,This paper from the nature and characteristics of loess embankment settlement, the reason and harm, the control measures of embankment settlement and roadbed settlement mechanism, Control of sub grade settlement after the necessity, steps and measures, and the characteristics of measures, embankment settlement calculation, monitoring of embankment settlement. KEY WORDS： sienna embankment settlement control mode settlement calculation detectio 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 选题背景及意义1 1.2 我国铁路路基现状1 1.3 黄土1 1.3.1 黄土的颗粒组成会及结构2 1.3.2 黄土的多孔性2 1.3.3 黄土的湿陷性与变形特性3 1.3.4 黄土的结构性问题4 第 2 章 路基沉降.4 2.1 路基沉降.4 2.1.1 路基沉降的原因4 2.2 路基不均匀沉降的影响和危害6 2.2.1 路基不均匀沉降对铺轨施工的影响6 2.2.2 路基对称将对高铁运营的危害6 2.3 客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准.6 2.4 客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求.8 2.41 沉降控制标准.8 2.4 .2 客运专线无砟轨道路基的填料要求.8 第 3 章 路基沉降的控制及计算11 3.1 影响路基沉降的因素6 3.1.1 影响沉降稳定的自然因素11 3.1.2 影响沉降稳定的人为因素11 3.2 湿陷性黄土路基处理方法及效果评价8 3.2.1 试验段工程地基处理方法8 3.2.2 地基处理效果方法8 3.2.3 湿陷性黄土路基的沉降控制措施8 3.3 路基工后沉降14 3.3.1 路基工后沉降组成分析14 3.3.2 工后沉降控制的重要性与特点15 3.4 控制工后沉降的主要途径15 3.4.1 加强技术培训及明确控制标准16 3.4.2 重视黄土地质核查16 3.5 工后沉降的控制步骤16 3.5.1 施工前的控制措施16 3.5.2 施工过程中的控制措施17 3.5.3 加强路基沉降分析与预测17 3.5.4 做好路基沉降观测18 3.6 地基设计.18 3.6.1 桩网地基设计19 3.6.1.1 CFG 桩桩网复合地基.19 3.6.1.2 灰土桩桩网结构24 3.6.2 桩板结构26 3.6.2.1 整体构造分析27 3.6.2.2 结构几何尺寸优化27 3.6.2.3 承台板设计28 3.6.2.4 托梁设计28 3.6.2.5 桩基设计29 3.6.3 DDC 桩.32 3.6.3.1 适用性及沉降控制机理分析32 3.6.3.2 沉降计算模式33 3.6.3.3 复合地基下部土体的沉降33 3.6.4 水泥土挤密桩35 3.6.4.1 水泥土其它影响因素及有关性能研究.35 3.6.4.2 水泥土挤密桩的加固原理.36 3.7 地基沉降计算.36 3.7.1 地基沉降计算基本原理.36 3.7.2 CFG 桩的沉降计算36 3.7.3 桩板桩基承载力、沉降计算.39 第 4 章 路基沉降监测40 4.1 路基沉降监测的目的40 4.2 路基沉降的监测内容及要求40 4.2.1 沉降观测基本要求41 4.2.2 路基沉降监测的技术要求42 4.3 合理选择观测设备。43 4.4 观测元件埋设说明43 4.5 沉降观测操作要求44 4.6 沉降观测时间、频率44 4.7 沉降观测资料的应用45 第 5 章 结论与展望47 5.1 结论47 5.2 展望47 参考文献48 致谢49 铁道工程技术毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 选题背景及意义 我国幅员辽阔，铁路经过的地区比较复杂，路基作为铁路的重要组成部分，是 承受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础，路基本体必须有足够的强度和 一定范围内的变形，所以作为承载高速铁路的基础路基的设计得到越来越广泛的 重视，把路基作为土工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体现,在一般情况 下，路基给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题， 所以路基沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要控制因素。 为了确保列车安全、平稳运行，路基必须具有强度高，刚度大、稳定性、耐久 性好，不易变形等优良特性。随着我国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁 路的修建，如何解决路基沉降这个屡屡出现的问题就被提上日程。 1.2 我国铁路路基现状 长期以来，我国新建铁路没有把路基当成土工结构来对待，而普遍冠名为土石 方。在“重桥隧，轻路基，重土石方数量，轻质量”的倾向下，路基翻浆冒泥、下 沉、边坡坍滑、滑坡等病害经常发生，使新建铁路交付运营多年仍不能达到设计速 度与质量，经济效益与社会效益较差。 运营铁路路基技术状态不佳，强度低，稳定性差，严重威胁铁路运输和安全， 已成为铁路运输的主要薄弱环节。如今，全国铁路网已相继完成四次提速，开发了 一批最高运行速度为140160KM/h的“快速列车”。运营时速为200KM的秦沈客运专 线的建成通车，使我国铁路路基设计施工水平有了较大幅度的提高，极大地促进了 路基工程的进步。 1.3 黄土 通常将具有以下特性的土称为黄土；颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色； 颗粒组成以粉粒(0.050.005mm)为主，含量一般在60%以上；有肉眼可见的大孔隙、 较大孔隙，一般在1.0mm左右；富含碳酸盐；垂直节理发育。公路工程中，根据黄土 铁道工程技术毕业论文 2 沉积年代不同，可将黄土分为新黄土(如马兰黄土Q3、Q4)、老黄土(离石黄土Q12、Q22)、 红色黄土(午城黄土Q1)三类；根据黄土的湿陷性又分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。 1.3.1 黄土的颗粒组成会及结构 黄土的颗粒组成以粉粒为主，其含量可达50%以上，其中粗粉粒(0.050.01mm) 含量大于细粉粒(0.010.005 mm)含量。黄土中的粘粒、细粉粒和腐殖质胶体，大部 分被胶结成集粒或浮在砂粒及粗粉粒的表面，或聚集在大颗粒间的接触点处。黄土 中的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架，较大的砂粒“浸”在结构体中由于其 排列比较疏松，接触连接点少，构成了一定数量的架空孔在结构体中，而在接触连 接处没有或只有少量的胶结物质。常见的胶结物质有聚集在连接点处的粘粒，易溶 盐及沉积在该处的CaCO3、MgCO3等。研究表明，黄土的粉粒含量越大，其孔隙比越 大，干密度越小，其湿陷性越明显。粘粒的存在对湿陷性有抑制作用，当粘粒含量 大于30时，湿陷性几乎减弱到不复存在，当然这与粘粒的结构、性质及分布有关。 在颗粒大小中，小于0.01mm的颗粒对湿陷性的影响更加明显。 1.3.2 黄土的多孔性 黄土中的孔隙，呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上、下贯通，其内壁附有 白色的胶结物，一般为CaCO3,这种胶结对黄土起着加固作用。一般将黄土的孔隙分 为以下三类：大孔隙，直径约0.51.Omm，肉眼就可辩识；细孔隙，是架空结 构中大颗粒的粒间孔隙，肉眼看不见，可在放大镜下观察到：毛细孔隙，由大颗 粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙，肉眼更看不见。由这三种孔隙形成 了黄土的高孔隙性，故又将黄土称为“大孔隙土”。黄土孔隙率一般在3560 之间，有沿着深度逐渐减小的趋势；在地理位置上，自东向西，自南向北，黄土孔 隙率有增大的规律。一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因，但有资料表 明压实黄土仍存在大孔隙，也具有湿陷性，表明这不是黄土湿陷的根本原因，但它 为黄土湿陷提供了足够的空间【1】。 1.3.3 黄土的湿陷性与变形特性 湿陷性是指土在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量 的下沉。浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土，而浸水湿 陷在土体自重与附加应力共同下产生的黄土称为非自重湿陷性黄土。根据自重湿陷 铁道工程技术毕业论文 3 量与总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。非自重湿陷性场地的 湿陷起始压力一般大于土的饱和自重压力，湿陷敏感性较弱，湿陷性事故较少，自 重湿陷性场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力，湿陷敏感性较强，湿 陷性事故多 。 黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感，含水量的高低严重 影响土的湿陷性和承载力的高低，含水量低时，土的湿陷性强烈，但承载力却很高， 随着含水量的增加，土的湿陷性逐渐减弱，承载力随之急剧下降，而压缩性却得以 提高。根据大量土样的试验资料统计结果表明，黄土的湿陷性与饱和度成直线反比 关系，见表l-l，即饱和度愈低，土的湿陷性愈强，土的湿陷性随着饱和度的增大而 降低。 表1-1 饱和度Sr与湿陷系数6s的关系 饱和度() Sr 湿陷系数范围 s 湿陷系数中值 s 300.090.1370.120 30400.040.1180.086 40500.020.1000.060 50600.020.0840.04 607000.0600.03 7000.03 0.015者只占3.4% s 黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小，主要取 决于土的密实程度和含水量，三者的关系见表l-2。 表1-2 黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系 土类含水量（%）孔隙率（%）变形模量（Mpa） 1017474822.532.0 68464822.028.0黄土 814474919.022.0 1218434510.040.0 222545488.01.5黄土状粉质 粘土253040457.01.3 1.3.4 黄土的结构性问题 结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度重要的一个侧面。它的重 要性早为太沙基所指出，也早为一系列学者所重视。如果说结构性对任何土都是重 铁道工程技术毕业论文 4 要的，那么，对黄土就更是不可避免的，具有更大的意义。研究黄土的结构性及其 在力和水作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射作用。 目前，将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法， 因其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性关系的建立出现了 新的跳跃。但它仍然遇到了建立不同湿密状念土在受到外力作用过程中损伤变量正 确表述的困难显然，如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作 用而变化的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学 的参数体系更加完善文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵 敏性、稳定性与普遍性的检验的相关研究表明： (1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结 构体系它的单元形态(单粒的矿物碎屑与集粒或凝块)确定了力的传递性能和土的 变形性质，它的连接方式(点接触、面接触)确定了土的结构强度，它的排列方式 (大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙)确定了土的稳定性单粒点接触、架空孔隙占优势 的结构，湿陷性大；集粒或凝块，面接触、粒间孔隙占优势的结构，湿陷性小 (2)黄土结构性的研究，应既注意揭示土颗粒排列的几何特征(以孔隙分布特征 最为敏感)，又注意揭示土颗粒联结(物理的和化学的，而以化学的为最敏感)的力 学特征，同时将结构与组成相结合，探讨黄土的非均质性，各向异性 (3)从黄土力学的观点来看，结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学 行为的影响及内在联系，因此，将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确 的研究途径 (4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳 性的能力，它和颗粒联结的特性与稳定性有关；在结构联结遭到破坏以后表现为结 构可变性的能力，它和颗粒的排列特性与均匀性有关 第第2 2章章 路基沉降路基沉降的原因及影响的原因及影响 2.1 路基沉降 路基裸露在自然界中，整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作 用。由于水、温度和各种荷载的作用，路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变 形，那些不能恢复的变形，将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变，甚至造成土 体位移和路基横断面几何形状的改变，危及路基及其各组成部分的完整和稳定，形 铁道工程技术毕业论文 5 成路基的危害 2.1.1 路基沉降的原因 2.1.1.1 路基填土压实度不足 由于压实度不足，往往导致填方路基的不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂 缝，路基土体压实度不足的主要原因有以下几点: (1)施工受实际条件的限制。路基施工时，天气太干燥，局部路堤填料粘土土块 粉碎不足致使路基压实度不均匀;暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能 超宽碾压，致使路基边缘压实度不够;某些加减速车道与行车道没有同步施工，当拼 接处理得不好时，其拼接处也会产生压实度不足的情况。 (2)考虑到施工安全和进度，使得压力或压力作用时间不足，路基压实不充分， 致使路基压实度达不到规范要求。 (3)由于填方土体的最佳含水量控制不好，压实效果达不到规范要求。 (4)在填方路堤施工中，当路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压 实度不足问题，对于较高的填方路基，通常都要做相应的处治。 填方土体压实度不足，其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应 力之和，在自重作用下就会发生沉降变形，这些附加应力主要来自以下几个方面: 车载，尤其超载情况;含水量变化造成土体容重的改变;地下水位升降而导致浮 力作用改变;土体饱和度改变，引起负孔隙水压力改变。这些附加应力引起土体中 有效应力改变，从而导致土体发生压缩变形。 2.1.1.2 路堤填料不均匀，控制不当 在公路施工过程中，对填料、级配很难得到有效的控制，填料常常是开挖路堑、 隧道掘进产生的方法，这些填料性质差异大、级配也相差很远。一方面，在施工过 程中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实，在荷载 的长期作用下，回填料会产生不协调沉降变形，路面会产生局部沉陷，刚性路面还 可能产生裂纹。另一方面，由于回填料的性质不一样，特别是有的回填料具有膨胀 性，在路基排水系统局部失效后，水的渗入会使路面局部隆起，影响行车舒适度， 严重的会使路面破坏。 2.1.1.3 地下水的影响 在地下水的交替作用下,路基土体内含水量反复变化,土体容重在一定范围内波 动,更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值,再加上水 铁道工程技术毕业论文 6 的软化、润滑效应,可以使土体产生沉降变形。路基或地基中地下水的动态特征对路 基不均匀沉降影响很大，路堤及其地基中的地下水主要补给来源有 3 种类型，即地 下水侧向补给、降雨补给、地表水侧向补给。其动态变化及潜蚀作用影响到土体中 的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度从而导致路基的不均匀沉降。 2.2 路基不均匀沉降的影响和危害 2.2.1 路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 路基不均匀沉降会增加施工难度和施工强度，在铺轨时需要再度调整路基整体 的高度使其达到统一，因扣减可调整量很小并要预先填高一定量为工后沉降留有空 间以便达到设计标高，还要考虑未来行车后各不同时间段各路段不同土质以及路桥 过渡段不同沉降量。 2.2.2 路基对称将对高铁运营的危害 路基是路面的基础,路基不均匀沉降必然会引起路面的不平整,导致路面产生许 多病害,主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面 沉降、桥梁伸缩缝的跳车等,破坏了线路平顺通畅，不仅难以满足客运专线高速行驶 的要求,而且还会加大运输成本,增加运输时间,增加养护维修费用，减少使用寿命， 降低社会经济效益，降低旅客舒适度，危及行车安全等。 2.3 影响路基沉降的因素 2.3.1 影响沉降稳定的自然因素 2.3.1.1 地形 地形不仅影响路线的选定与线形设计也影响到路基设计。平原、丘陵、山岭 各区地势不同，各区的水和温度的情况也不相同。平原区地势平坦，地面水易于积 聚，地下水水位较高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然区 划和土质所规定的临界高度：丘陵区地势起伏，山岭区地势陡峭。如果排水设计不 当，或地质情况不良，易降低路基的强度与稳定性，出现水毁、边坡坍方、路堤沿 山坡的滑动等坏现象。 2.3.1.2 气候 气候条件，如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、年蒸发量、风向和风力等， 铁道工程技术毕业论文 7 都影响路基水温情况。在一年之中气候有季节性的变化，因此路基水温情况也随 之变化。气候还受地形的影响，例如山顶与山脚、山南与山北，就有所不同。即所 谓“小区地形与小区气候”因此路基水温情况也有所差异。大气的温度变化使路 基的温度也发生相应的变化并造成土基内不同深度处温度出现差异。在温度差的 影响下，土基中的水分以液态或气态由热处向冷处转移，并积聚或凝结在该处。从 而使土基中的湿度分布发生变化特别是在季节性冰冻地区，湿度积聚现象更为严 重。 2.3.1.3 水文地质 水文条件指地面径流、河流洪水位、常水位及其排泄条件、有无积水和积水期 的长短以及河岸的冲刷和淤积情况等。水文地质条件指地下水位、地下水移动情况、 有无泉水、层间水等。所有这些。都会影响路基的稳定性，如处理不当，往往会导 致路基出现各种病害 2.3.2 影响沉降稳定的人为因素 2.3.2.1 荷载作用 作用于路基的荷载有路面路基的自重(静载)和机车的轮重(动载)。静载在土基 内部产生的应力随深度的增加而增加；相反，动载在土基内部产生的应力随深度的 增加而减少。且车型不同动载在土基内部的应力作用深度也不相同。随着交通运 输的蓬勃发展，交通量逐年增长，在很大程度上影响路基的稳定性。 2.3.2.2 施工方法 正确的施工方法也是保证路基稳定性的重要因素。就土质路堤而言，既要选择 良好的土填筑路基，同时还要选用正确的填筑方法和合适的施工机械。通常采用水 平分层填筑法自下而上逐层填筑，并在土的含水量控制于最佳范围同时进行充分压 实。保证达到路基施工规范规定的压实度，使路基具有足够的强度和稳定性。 相反，如果填筑方法不正确，压实不充分。土基在车辆荷载的重复作用下就会出现 不同程度的变形沉陷。从而造成路面破坏。 2.3.2.3 养护措施 养护措施包括一般措施及在设计、施工中未及时采用而在养护中加以补充的改 善措施。通过及时养护可以保证路基在使用期限内具有较高的强度和稳定性。 铁道工程技术毕业论文 8 铁道工程技术毕业论文 9 第 3 章 路基沉降的控制 客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降，以确保高速列车的行车安全， 尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作。 3.1 湿陷性黄土路基处理方法及效果评价 3.1.1 试验段工程地基处理方法 试验段工程地基处理方法对湿陷性黄土的地基处理应达到两个目的，其一是 消除处理范围内的湿陷性，其二是提高地基承载力，提高地基的变形模量，减少压 缩(固结) 变形试验段采用多种地基处理方法，改变黄土结构，增加土密度，达到 消除黄土的湿陷性的目的。 首先进行局部地表处理，挖除耕植土后，换填改良土和冲击碾压进行加固处理， 再采用桩基和碎灰土垫层处理，同时辅以土工布和土工格栅。坑墓穴处， 先挖出 松土，再用灰土夯填，然后再用钻灌注水泥砂浆进行填实处理。 3.1.2 地基处理效果方法 对湿陷性黄土地基处理的成功经验地分析研究得出：当湿陷性黄土厚度不大于 3m时，灰土垫层种经济有效 的方法(但一般需要较大的翻挖地，不利于冬、 雨季施 工) 。深度相对较大(46m且环境影响要求较低时，可选择强夯法，但它的有效性 与夯击的最佳击数(912击)、夯锤的底面积(锤重l015t，锤底面上静压力宜为 2025 kPa )、及地基土的含水量(最好为最优含水量附近)有关更大深度(大于8m) 宜选择挤密桩(孔内填以灰土或素土)、搅拌桩或 CFG桩，这些是处理厚湿陷性黄土 地基的经济有效的方法，而且对调整地基的不均匀性和提高防水抗渗性能也有一定 的作用。因此在条件允许的情况下， 在试验段进行现场试验和长期观测， 能更好 地把握地基处理效果和路基变形规律。 3.1.3 湿陷性黄土路基的沉降控制措施 (1) 对试验段湿陷性黄土、松软土、地震液化土段地基，根据初步设计采用换 填、强夯、灰土挤密桩、CFG桩、水泥搅拌桩 、旋喷桩、碎石土垫层加铺土工格栅 等多种地基处理方法进行加固，消除黄土的湿陷性和地震液化土的液化性 ，并对松 铁道工程技术毕业论文 10 软土进行加固经检测达到京沪高速铁路设计暂行规定和设计要求后转入下道工 序施工。 (2) 在基础处理前首先进行局部地表处理，提高地基上部的密实度，减少路基 的工后沉降。基础加固后保证地基系数 K3090MPam、压实系数I0.95。 (3) 路堤填筑按照“ 三阶段、四区段、八流程”水平分层( 每层松铺厚度不超 过30cm) 填筑。推土机粗平，平地机精平，YZ1820型振动压路机压实；填料的最 佳含水量、碾压遍数、碾压速度及铺设宽度等按现场填筑试验段确定的施工参数进 行，根据压实黄土的湿陷性随含水量的减小而增加，随干容重的增大而减小的试验 分析特性，施工中填料含水量偏差控制在最佳含水量的-13之间，填料的干密 度大于15.5kNm 以消除湿陷性；每填高1.5m左右采用YCT25型冲击式压路机碾压一 次， 碾压遍数根据现场试验确定。路堤分层填筑主要控制质量达到压实系数0.95 ，地基系数90MPam，静态变形模量Ev245N/mm。 (4) 路基基床表层所采用的级配碎石，基层采用的改良黄土均有严格的材质、 粒径和级求。为保证达到设计标准，设带自动计量装置配碎石拌和站和改良土拌和 站对填料进行集中拌和或改良，确保基床底层和基床表层的压实质达到规范规定的 标准。 (5)为满足工程进度及施工质量要求，施工中采用机械化作业。选用大吨位石方 挖掘、运输及重型振动压实机械(过渡段选用小型振动压实机械配合)，并配备级配 碎石摊铺、拌和等特种机械。 (6) 为控制堤身的沉降，施工中加强检测与试验，确保路基填料特性和质量、 工程措施及施工全过程受控。根据德国高速铁路施工经验，在基床底层和表层施工 质量控制标准中增加静态变形模量、Ev2控制指标。在路堤分层填筑质量检测中，也 增加静态变形模量控制指标Ev2。通过综合指标控制，达到消除或减小路基工后沉降 量的目的。 (7) 黄土路基基底的沉降最突出的是湿陷性下沉，其次是压缩下沉和增湿变形 引起的下沉,控制黄土路基湿陷性下沉和增湿变形下沉, 施工中采取的防排水措施有 以下几个方面。 雨天不进行路堤填筑施工，并对刚填筑层采取覆盖防雨水渗人保护措施。 为确保路基填筑过程中不被冲刷破坏，每层填筑时应严格按设计要求做好路 拱以利排水，并在两侧路肩顶铺设临时砖砌挡水埝和急流槽。 路堤与路堑施工前先做好临时排水系统，在施作临时排水系统时应与永久排 水系统统筹安排，尽量做到永临结合， 临时工程按永久工程标准施作。 加强道床及路基的防排水设施，防止路基面的雨水渗人路基。双线之间铺筑 铁道工程技术毕业论文 11 沥青防水层，道床面雨水通过横坡直接排出路基两侧 ，通过两侧排水沟排走。曲线 双线之间铺筑沥青防水层，隔一定距离设置集水井， 纵向设置纵向排水管汇集，通 过横向排水管排至两侧排水沟。 加强路基两侧地表防排水设施，防止路基外地表水浸人路基。 防止地表水侵蚀地基，阻断路基外地表水与地基的渗水通道。对整个线路经 过地段，因线路的修建而改变了原有地表的排水系统。所以要对线路两边附近的地 表坑洼地段进行回填，加强排水，防止形成汇水坑造成渗水通道。 加强防洪措施，对路基两侧的沟渠进行补充汇水面测量和流量计算。根据计 算结果对有可能产生洪水的沟渠加设截水沟、急流槽、导流堤等防洪设施。 3.2 路基工后沉降 路基的工后沉降，是指轨道工程铺设后在路基荷载和列车荷载作用下，路基发 生的剩余沉降，即最终形成的总沉降量与路基竣工铺轨开始时的沉降量之差。 客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以确保高速列车的 行车安全，尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作。 客运专线建设具有其自身的特殊性，如线路长、地质情况变化大、工期长，路 基沉降过程实际上就是多级填筑过程中多方面因素共同作用的结果。沿线路基大都 采用了不同形式的地基处理方法以满足客运专线对道路的平顺性要求，如地基冲击 压实、CFG桩法复合地基等。 3.2.1 路基工后沉降组成分析 路基沉降按其组成成分划分，包括路基填筑部分沉降和地基沉降两部分。 路基填筑部分沉降属压密沉降，是由填料自重及线路上部结构和机车车辆的运 行引起的，与填料种类、压实密度、预压荷载及预压时间有关，分3个时间段完成： 第一阶段是路基施工阶段的下沉，不影响工后沉降；第二阶段是路基施工完成，线 路上部结构和机车车辆重量未加载阶段的下沉；第三阶段是线路上部结构施工完成 后的下沉。后两部分的沉降量影响工后沉降。 3.2.2 工后沉降控制的重要性与特点 (1)工后沉降控制是影响线路不平顺性的重要因素。 工后沉降大小决定了高速铁路线的平顺性，理解线路平顺性的重要性，就理解 了工后沉降控制重要性。以轨道连续高低不平顺波长40m、幅值5mm为例，时速300km 铁道工程技术毕业论文 12 时，将产生频率2Hz、半幅有效值0.13g的持续振动加速度，超过5小时，人体血压、 脉搏等生理现象会不正常，对驾驶人员的工作能力也有影响；对于普速的列车则可 以忽略。也就是说工后沉降控制不好，线路不平顺，行车舒适性和安全性就无法保 证，列车高速行驶就是空谈。因此，在高速铁路设计和施工中工后沉降控制作为一 个首要问题来对待是适当的。 (2)工后沉降控制是一个有时间性、过程性的问题。 首先，工后沉降起算时点非常重要。在秦沈客运专线修建之初，有人认为起算 点是在整个工程完工后，也有认为应在铺轨完成后。随着认识的深入，才确定工后 沉降起算点应在铺轨开始时起算。从对工后沉降控制本身目标的实现来说，这更加 合理。应认识到的是，在其他方面相同的情况下，起算时间点越往前推越严格；其 实并非起算点一定要在铺轨前，但如果起算点推后，一方面控制的标准应相应改变， 而且如果在铺轨后再确认不满足工后沉降，则有关补救措施就难以实施 其次，有一个终止时间点的问题。由于每项工程都有寿命期，比如说高速铁路 的寿命期为100年，免维修期更短。尽管为保证工后沉降控制的实现，宜取更严格的 标准，但是提高标准涉及成本大小乃至目标的实现性，故考虑该问题具有实际意义。 工后沉降控制的时间性还表现在：不仅要求能够最终满足工后沉降控制的要求， 还应该尽快满足。这一点的重要性就表现在对工期的影响上；反过来，合理的工期 对工后沉降控制目标的实现也是至关重要的。 客运专线路基工后沉降控制标准的确定，既要考虑列车对路基的要求及线路维修 能力，也要考虑前期建设投资与后期养护费用的经济比较，在保证客运专线列车高 速、安全与平稳运行的前提下，应取得经济上的合理平衡。 3.3 控制工后沉降的主要途径 目前工后控制沉降的主要应对措施有：加强基地处理加强填筑过程控制预留 沉降量补砟抬道；同时还应加强施工前的预防，具体措施有： 3.3.1 加强技术培训及明确控制标准 (1)由于承包商对工后沉降控制缺乏经验，可聘请专家现场指导。加强技术培训， 大力培训沉 降观测人员、整理分析人员、计算预测人员，从控制方案、预测分析、 观测操作上采取主动预控措施。 (2)制定路基工后沉降控制标准。工后沉降及沉降差控制标准一般采用四项指标： 铁道工程技术毕业论文 13 工后沉降、不均匀沉降、错台、折角。200kmh无砟轨道线路工后沉降控制标准采 用渝遂线试验段控制标准，见表 31。 表31 工后沉降及沉降差控制标准表 工后沉降不均匀沉降差异沉降错台折角 30mm20mm/20m 5mm1/1000 3.3.2 重视黄土地质核查 (1)加强黄土地质核查，使采取的技术措施达到沉降预测与实际相符。 (2)在选定黄土的物理力学指标时，必须注意其地理环境、地貌单元、微地貌、 沉积年代及成因类型等条件影响所产生的差异性，同时掌握这些自然条件与黄土性 质之间的规律。 (3)黄土分布评价、湿陷性评价、现场浸水试验以及微观电镜分析是了解黄土的 重要手段。 3.4 工后沉降的控制步骤 3.4.1 施工前的控制措施 (1) 制定控制标准。 制定控制标准是进行工后沉降控制的基础，在施工前应根据设计规范要求的沉 降值以及具体可能采用的施工工艺制定好沉降控制标准。 (2)加强地质普查。 在施工前根据设计文件，除对设计进行加固外(粉喷、碎石、CFG、压填片石、 换填普通土等 )软土地段地质情况进行核查外，还应对其它地段进行地质调查，并 要求所有路基基底均应进行贯入试验 ，当试验值不能满足基底要求时 ，应及时与 设计部门联系，采取相应的基底加固措施 ，以确保路基基底承载力满足设计要求。 3.4.2 施工过程中的控制措施 (1) 制定施工工艺标准。 根据工后沉降的设计及规范要求，结合施工单位的施工机械、填料、施工方法 等，首先进行试验段的填筑，尤其是地基处理、过渡段施工等应进行试验，根据试 验参数，制定合理的确保填筑质量的施工工艺标准 ，在路基填筑施工过程中必须严 格按照制定的工艺标准实施。 铁道工程技术毕业论文 14 (2)加强路基基底处理。 根据设计，对黄土路基地段按照要求进行加固处理，注意在加固过程中必须严 格按照设计施工。加固范围必须满足设计要求，路基基底加固完成后，必须找有资 质的部门进行检验检验基底承载力满足设计要求后方准进行路堤填筑工。 (3)做好路基综合排水。 路基施工期间及完成后应立即做好综合排水系统，确保施工期间以及运营期间 路基排水系统顺畅，路基不渗不冲。 (4)确保路基边坡稳定，控制边坡填筑质量。 在路基填筑过程中，边坡也是一个软弱点，为确保边坡质量，在施工过程中采 取超宽填筑(一般超宽50cm)、边坡夯拍，路基填高达到一定高度的，路基边坡铺设 土工隔栅进行加固，路基大于2.5m的，应全部采用骨架护坡进行防护，并全部进行 绿化，以确保边坡稳定，避免边坡填筑不实造成自然下沉、冲刷滑坡等现象。 (5) 做好桥涵、堤堑过渡段的处理。 由于桥涵为刚性结构物，路基为柔性，桥涵不会发生下沉现象，路基一定会产 生工后沉降，因此必须做好桥涵过渡段的填筑。桥涵过渡段一般采取级配碎石进行 填筑，在填筑过程中必须与路基同步施工，并严格按照规范要求进行填筑，做到强 度、刚度变化的平稳过渡。 3.4.3 加强路基沉降分析与预测 (1)沉降问题包括填方路堤本身的沉降、黄土地基的压缩变形以及黄土地基的湿 陷变形，各类变形均包括沉降量与沉降过程两个方面。地基压缩变形和湿陷变形有 较成熟的计算方法(主固结沉降采用分层总和法)对路堤本身沉降变形现行公路、铁 路规范均没有规定可参照水利土坝设计规范采用分层总和法计算。 (2)工后沉降量的延续时间考虑在实测曲线拟合的基础上外延预估 ，与计算值 对比分析。实测曲线的拟合常用三点法和双曲线法。为了分析沉降过程，按维固结 理论计算得到瞬时加载的沉降时间曲线，按加载过程采用实际填筑高度时间关 系进行修正，由修正后的曲线预估工后沉降及其完成所需的时间。 (3)沉降分析、预测采用半经验半理论模式，根据实测资料不断调整计算参数、 模型，使预测与实测尽量吻合，确保实际工后沉降满足要求。 (4)积极开展地质核查、沉降预测等专题研究，以科研成果指导沉降分析、预测。 3.4.4 做好路基沉降观测 铁道工程技术毕业论文 15 (1)路基沉降观测的主要目的是确定无砟轨道工程的施工时间及工后沉降量，确 保工后沉降量满足要求。 (2)地基沉降观测采用在地基表面埋设沉降板加接杆测试，路基沉降采用在路基 表面埋设沉降板、观测桩测试 ，路堤和地基深层沉降采用钻孔埋设沉降磁环分层测 试。 (3)沉降观测以二等几何水准测量高程，观测精度不低于1mm。采用精密水准仪、 铟化水准尺。观测做到四个固定：固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺 读数；固定测站及转点。 (4)每次观测完毕，及时绘制沉降点的时间填土高度沉降量的关系曲线。 3.4.5 客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准 铁路路基压实质量是保持线路稳定与平顺，保证列车能高速、安全运行的重要 条件，而控制和检测压实质量的标准、方法和设备，则是保证压实质量的重要措施。 客运专线铁路路基质量检测参数主要包括地基系数，动态模量，空隙率 30 K vd E n(或压实系数K)，变形模量四项指标。空隙率n是土体中空隙体积与土的三相体 2V E 积的比值，而压实系数K是指工地碾压时达到的干容重与相应的击实试验得到的最大 干容重之比，即相对理论压实的比例，均反映土体的松密程度；地基系数：是 30 K 表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小，是我国原有铁路规范对路 基压实质量的强度检测指标；变形模量是通过圆形承载板和加载装置对地面进行 2v E 第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，测得的应力位移曲线上0.3与0.7 max0 之间的位移割线斜率确定，用来分析土体的变形性质和承载能力；动态变形模 max0 量是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参 vd E s F ts 数，可直接用于评判路基的压实质量。 虽然地基系数值是反映路基土强度及变形关系的参数，但试验的荷载沉 30 K 降曲线是一次加载得出的，其沉降包括了填料的弹性变形和塑性变形。计算变形模 量的荷载-沉降曲线是在逐级加载后，逐级卸载，再二次加载得出，可认为其沉 30 K 降(变形)消除了填料的塑性变形，测试结果离散性小，更能反映路基土的真实强度， 比地基系数更科学、更合理。静态变形模量和地基系数都是采用小于 30 K 2V E 30 K 300mm的静态平板载荷试验仪，通过在压实填土表面做静压试验测得，二者反映的都 是静态应力作用下土体抵抗变形的能力，而铁路路基承受的是列车运行时产生的动 荷载，采用可以有效地反映列车在高速运行条件下产生的动应力对路基的真实作 vd E 用状况，是客运专线路基质量检测的发展方向。表2-2是客运专线路基填筑质量检测 参数、：与三项指标的对比情况。 30 K 2v E vd E 铁道工程技术毕业论文 16 表2-2 、与三项指标的对比 30 K 2v E vd E 项目 30 K 2v E vd E 载荷板直径 300300300 预加载 0.01MPa（以前0.035MPa） 第二次加载三次冲击荷载 与地面接触 耦合 一般好差 加载等级 0.04MPa 不少于6级 动态施加脉冲 宽度18ms 项目 30 K 2v E vd E 加载控制 当1min 的沉降量不大于该级 荷载沉降量的1% 时加下一级 荷载 120s 后加下一级荷载 最大荷载或 终止试验加 载的标准 总沉降量超过1.25 或荷载 强度超过估计的现场实际最 大接触压力，或达到地基屈 服点 0.5MPa 或沉降大于57.07KN 计算公式 25 . 1 / 30s K 为 曲线上 s s s=1.25所对应的荷载 Ev2=0.225/（+) 1 max02 为最大平均标准应 max0 力，,为待定系数 1 2 =22.5/s,s vd E 为实测荷载板 下沉幅值 3.4.6 客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 3.4.7 沉降控制标准 客运专线路基作为无砟轨道结构的基础，对路基的沉降变形非常敏感，要求沉 降控制在非常小的范围内。我国拟建的客运专线无砟轨道在汲取国外沉降控制经验 的基础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后扣件可调整的总沉降量， 20m 结构长度范围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨 道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，如表 2-3、表 2-4。 铁道工程技术毕业论文 17 表2-3 工后沉降及沉降差控制标准 表 2-4 路基工后沉降控制标准 设计速度kmh- 1 轨道结构类型 一般地段工后沉 降量mm 过渡段工后沉降 量mm 沉降速率 (mma) 250有砟轨道1005030 300350有砟轨道503020 250 300 350 无砟轨道 工后沉降l5mm；长度大于20m沉降比较均匀路基， 工后沉降量30mm，且Rsh0.4Vsj 。 路桥、路隧间差异沉降5 m，折角11000 3.4.8 客运专线无砟轨道路基的填料要求 针对快速铁路对填料及压实标准的高要求，一方面要在施工中积累资料，同时 需要开展大量的室内外试验研究工作，研究制定填料适用性试验方法与判别标准， 建立一套适合我国地域特点，适用于路基设计，施工的填料分类。 由于地域不同，路基填料也千差万别，这就要求在勘测设计阶段和施工前对土 源进行详细判别。工程实践表明，采用优质的填料可以减少路基的后期沉降，且有 较高的安全储备，能保证路基稳定。国内外对高速铁路的路基沉降观测结果也表明， 采用级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降，因此，只要能满足上述要 求者才可作为高速铁路路堤填料。铁路路基填料的分类主要依据土类和小于0.075mm 细颗粒含量两个指标来划分的，并考虑与压实要求相关性质和适用条件分成 A、B、C、D、E五个组，如表21所示。其中，D组为高液限粉土、粉质粘土、粘土， 很少用作填料：E组为有机土类，不能作为填料。 2-1 我国铁路路基填料分类组别 填料A组B组 C组 碎石类 级配良好的碎石、含 土碎石 级配不好的碎石、含 土碎石，细粒含量为 15%-30的土质碎 细粒含量大于30的 土质碎石 一般情况允许工后 沉降 均匀地基长 20m 允许工后沉降 不均匀沉降错台差异沉降折角 1530 mmm 2020 5mm 10001 铁道工程技术毕业论文 18 石 砾石类 级配良好的粗圆砾、 粗角砾、细圆 砾、 细角砾，级配良好的 含土粗圆砾、含土粗 角砾、含土细圆砾、 含土细角砾 级配不好的粗圆砾、 粗角砾、细圆砾、细 角砾，级配不好的含 土粗圆砾、含土粗角 砾、含土细圆砾、含 土细角砾、细粒含量 为15%-30%的土质粗 圆砾、土质粗角砾、 土质细圆 砾、土质 细角砾 细粒含量大于 1530的土质粗圆 砾、土质粗角砾、土 质细圆砾、土质细角 砾 砂类土 级配良好砾砂、粗砂、 中砂，含土砾砂、含 土粗砂、含土中砂 级配良好细砂，级配 不好的砾砂、粗砂、 中砂、细粒含量大于 15的含土砾砂，含 土中砂，含土粗砂 级配不好的细砂，含 土细砂，粉砂 细粒土 低液限粉土，粉质黏 土，黏土 路基填料和压实质量也是控制路基沉降的一个方面，填料选择和压实质量控制 不好，将会加大路基的工后沉降或路基与结构物之间的不均匀沉降。国内有关客运 专线及高速铁路的规范已对无砟轨道路基填料及压实标准进行了严格的限定：基床 表层采用级配碎石，基床底层采用A、B组填料或改良土；基床以下的路堤应优先选 用A、B组填料和C组的块石、碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时应根据土 源性质进行改良后填筑。设计施工中应严格限制填料粒径，特别是A、B组填料，个 别线在施工过程中反映填料粒径过大(但满足规范要求的基床底层不大于10cm，基床 以下不大于15cm)，填料难以达到压实标准，建议基床底层填料粒径不大于5cm，基 床以下不大