客运专线路基沉降与沉降控制技术

1、石家庄铁道大学毕业论文 铁路客运专线路基施工与 沉降控制技术 high-speed passenger railway subgrade construction and subsidence control technology 2011 届届 学院学院 专专 业业 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期完成日期 20112011 年年 6 月月 10 日日 毕业论文成绩单毕业论文成绩单 学生姓名学号班级专业铁 毕业论文题目铁路客运专线路基施工与沉降控制技术 指导教师姓名 指导教师职称教授 评 定 成 绩 指导教 师 得分 评阅人得分 答辩小 组组长 得分 成绩： 院长(主

2、任) 签字： 年 月 日 毕业论文任务书毕业论文任务书 题目铁路客运专线路基施工与沉降控制技术 学生姓名学号班级专业铁道工程技术 承担指导任务单位土木学院 导师 姓名 导师 职称 教授 一、主要内容 （1）路基产生沉降的机理分析； （2）路基沉降对铺轨施工带来的影响分析； （3）路基工后沉降对铁路客运专线运营的危害分析； （4）铁路客运专线对路基工后沉降的要求以及依据； （5）各种土质（软土）路基沉降的基本规律及影响因素分析；（选择一种即可） （6）控制路基沉降的施工方法与技术措施； （7）比较两种以上控制路基沉降的施工方法； （8）路基沉降（施工当中、工后）的监测方法（测试仪器、测试手段）

3、。 二、基本要求 (1)了解铁路客运专线严格控制路基沉降的原因与目的； (2)熟悉铁路客运专线设计与施工的相关规范，明确各种地基上铁路客运专线路基的施工 步骤与关键技术及控制指标； (3) 明确铁路客运专线路基产生沉降的原因，熟悉各种控制沉降的施工工艺和技术措施； (4) 能够根据需要设计技术上可行、经济上合理的施工方案; (5) 熟练运用所学知识、参考资料分析实际工程问题； (6) 提出的方案需要说明理由或依据。 三、主要手段 （1）现场调研；（2）查阅文献；（3）计算分析。 四、应收集的资料及参考文献 1 杨广庆，岳祖润路基工程m北京：中国铁道出版社，2006 2 李向国高速铁路技术m北京

4、：中国铁道出版社，2008 3 陈仲颐，周景星，王洪瑾土力学m北京：清华大学出版社，1994 4 池淑兰，孔书祥路基工程(第二版)m北京：中国铁道出版社，2007 5 肖刚高速公路路基沉降控制技术研究与探讨.郑州：交通标准化，2008：133135 6 钱立新世界高速铁路技术.北京：中国铁道出版社，2003 7 苏铁建黄土地区铁路客运专线路基工后沉降控制探讨.西安：路基工程，2006：52 8 国际标准化组织京iso2631 evaluation of human exposure to whole-body vibration 9 中华人民共和国铁道部京沪高速铁路设计暂行规定铁建设20031

5、3 号，2003 10 曹会芹客运专线路基沉降控制与变形观测技术研究a石家庄：中铁十七局三公 司，2004：8586 11 万为胜，章国辉软土地基处理及沉降控制研究a安徽，合肥：铁道工程学报， 2004：4950 12 杨广庆，刘树山，刘田明高速铁路路基设计与施工北京：中国铁道出版社， 1999 13 阎明礼，张东刚cfg 桩复合地基技术及工程实践m北京：中国水利水电出版社， 2001 14 殷郑海灰土挤密桩在湿陷性黄土地基处理中的应用路基工程，2005 15 尹银轩，崔俊杰，李国和路基工后沉降控制技术在秦沈客运专线的应用j铁道 工程学报，2007：3235 16 饶卫国桩网复合地基沉降机理及

6、设计方法研究d北京：北方交通大学，2002 17 姜学强挤密桩法在地基处理中的应用j市政技术，2003：276279 18 李海军，陈玮水泥土挤密桩施工j建筑工程，2005：2526 19 hinchbergera sd，rowe rkgeosynthetie reinforced embankments on soft clay foundations：predicting reinforeement strains at failuresjgeotextiles and geomembranes，20h03，21(1)：151175 20 尤昌龙，刘彬，孙红林客运专线路基沉降问题探讨j铁道

7、标准设计，2006 21 仲崇辉，王利民.高速铁路路基沉降观测的技术要点分析a.山西建筑，2011 五、进度计划五、进度计划 第第 1-5 周周 英语专题翻译，开题报告。路基沉降机理及其危害分析，熟悉各种控制沉降的 工方法与技术措施； 第第 6-11 周周控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较，沉降监测方案设计。撰写设计 说明； 第第 12 周周 整理、装订，准备答辩 教研室主任签字时间 年 月 日 毕业论文开题报告毕业论文开题报告 题目铁路客运专线路基施工与沉降控制技术 学生姓名学号班级专业铁道工程技术 一、研究背景 铁路中长期发展规划中计划修建的客运专线将连接我国广袤的华北平原、长江三角洲

8、地 区、珠江三角洲地区、西北黄土地区、东北等地区，沿途所经过的自然环境、地理、地貌各 不相同，所经流域就有海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域、松辽河流域 等，不同的气候、自然环境等造就了沿线土层岩性分布的不均匀性。沿线经过的软土、松软 土、黄土、液化性砂土、膨胀土、盐渍土、冻土等不同的地基给路基工程设计、施工和质量 控制带来了复杂性和不稳定性。 二、研究现状 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

9、，经济效益与社会 效益较差。我国经过多年的发展制定出客运专线铁路路基的技术标准及主要参数。国外铁路 发展的方向是重载及高速铁路。这些国家制订了较高的路基标准和严格的施工工艺。 三、课题设计的主要内容和处理方法 1.通过现场调研、阅读有关资料了解路基沉降对铁路铺轨施工以及运营的危害，从理性 的角度充分认识沉降的危害以及控制路基沉降的重要意义； 2.阅读有关文献，了解铁路客运专线对路基沉降的要求以及施工要求； 3.定性或定量地分析软土、膨胀土、冻土、黄土等土质路基沉降的基本规律及影响因素， 明确要满足沉降要求须在铺轨前完成的沉降量及施工注意事项； 4.选择一个具体的工程案例，对各种控制沉降的施工方

10、法进行经济技术比较，提出适合 的施工方法。一是进行沉降计算，进行技术比较，二是进行经济效益比较； 四、预期达到的目的 提高创新和自习能力；提高外语、计算机应用能力；提高研究、查阅中外文献和收集整 理资料的能力；了解控制路基沉降的施工措施、方案比选的步骤；掌握路基稳定性检算和沉 降计算的原理和方法；熟悉路基加固防护方案；了解我国客运专线路基的科研、设计、施工 等内容。 指导教师签字时 间 年 月 日 摘 要 高速铁路是21世纪交通运输的重大成果之一，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。而且路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有

11、较大不确定性的工程难题。所以 路基沉降控制是我国铁路研究的一个重要课题。 路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，特别是工后沉降发生几率大、危害严 重。从路基沉降的原因影响因素分析，控制路基工后沉降的主要方法有排水固结法 和复合地基法。并且就控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点， 从路基沉降计算、监测等方面分析了路基沉降。 关键字： 路基工后沉降 排水固结 复合地基 监测 abstract high-speed rail transportation in the 21st century, one of the major achievements is the common w

12、ealth of mankind. with the rapid economic development, transportation surge in demand, construction of railway passenger line in china has entered a period of rapid development. and subgrade settlement is a matter of many factors control, with great engineering challenges of uncertainty. therefore,

13、the railway embankment settlement control study in china is an important issue. construction of embankment settlement, including subgrade settlement after settlement and, in particular, the settlement after a great chance occurrence, serious harm. reasons from the subgrade settlement factors, contro

14、l settlement after the main method and the composite foundation drainage consolidation method. and to control the need for settlement after, steps, measures, the characteristics of a variety of measures, from the embankment settlement calculation, monitoring and other aspects of the embankment settl

15、ement. key words： embankment settlement drainage consolidation detection composite foundation 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 课题研究的目的意义 .1 1.2 铁路路基 .1 1.2.1 我国铁路路基现状 .1 1.2.2 国外铁路路基现状 .2 1.3 软土 .2 1.3.1 软土的特征 .3 1.3.2 软土常见的工程地质问题 .3 1.3.3 软土路基 .4 第 2 章 路基沉降.5 2.1 路基沉降机理 .5 2.1.1 路基沉降特性分析 .5 2.1.2 路基沉降的原因 .5 2.2

16、影响路基沉降的因素 .7 2.2.1 影响沉降稳定的自然因素 .7 2.2.2 影响沉降稳定的人为因素 .8 2.3 软土路基沉降规律 .8 2.4 路基不均匀沉降的影响和危害 .9 2.4.1 路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 .9 2.4.2 路基沉降对高铁运营的危害 .9 2.5 客运专线无砟轨道路基沉降的控制理念 .10 2.6 客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 .11 第 3 章 路基沉降的控制.13 3.1 路基工后沉降 .13 3.1.1 路基工后沉降组成分析 .13 3.1.2 工后沉降控制的必要性 .13 3.1.3 工后沉降控制的重要性与特点 .14 3.2 路基沉降的处理

17、思路 .14 3.2.1 处理的一般原则 .14 3.2.2 处理的基本思想 .15 3.3 路基沉降的处理原则 .16 3.3.1 路堤填筑前原地面处理 .16 3.3.2 路堤填料处理 .16 3.3.3 其它注意事项 .16 3.4 路基沉降控制 .17 3.4.1 施工控制 .17 3.4.2 时间控制 .17 3.4.3 措施控制 .18 3.5 软土地基处理方法的主要施工工艺及特点 .18 3.5.1 排水固结法 .18 3.5.2 复合地基 .19 3.6 沉降问题现状与加强沉降控制意识 .21 3.6.1 工后沉降问题现状 .21 3.6.2 加强沉降控制意识 .21 3.7

18、控制工后沉降的主要途径 .21 3.8 工后沉降的控制步骤 .22 3.8.1 施工前的控制措施 .22 3.8.2 施工过程中的控制措施 .22 3.9 路基工后沉降的控制措施 .24 3.10 工后沉降超标的控制预案 .25 第 4 章 地基沉降计算.26 4.1 地基沉降计算 .26 4.1.1 地基沉降计算基本原理 .26 4.1.2 cfg 桩的沉降计算.26 4.1.3 桩板桩基承载力、沉降计算 .26 4.1.4 灰土挤密桩沉降计算 .26 4.2 经济技术比较 .29 4.2.1 各方案特点 .30 第 5 章 路基沉降监测.37 5.1 沉降观测的目的 .37 5.2 路基沉

19、降观测技术与要求 .37 5.2.1 沉降观测技术 .37 5.2.2 路基沉降观测的要求 .39 5.3 路基沉降的观测方法 .40 5.3.1 工作基点桩的定位与埋设 .40 5.3.2 地表沉降量的观测方法 .41 5.3.3 地表水平位移量及隆起量的观测方法 .41 5.3.4 地下土体水平位移的观测方法 .41 5.3.5 观测数据的采集与处理 .41 5.4 本章小结 .42 第 6 章 结论与展望.43 6.1 本文结论 .43 6.2 技术展望 .43 参考文献.45 致 谢.46 附录 外文翻译.47 原文.47 译文.56 第 1 章 绪论 1.1 课题研究的目的意义 铁路

20、中长期发展规划中计划修建的客运专线将连接我国广袤的华北平原、长江 三角洲地区、珠江三角洲地区、西北黄土地区、东北等地区，沿途所经过的自然环 境、地理、地貌各不相同，所经流域就有海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流 域、珠江流域、松辽河流域等，不同的气候、自然环境等造就了沿线土层岩性分布 的不均匀性。沿线经过的软土、松软土、黄土、液化性砂土、膨胀土、盐渍土、冻 土等不同的地基给路基工程设计、施工和质量控制带来了复杂性和不稳定性。 京沪高速铁路设计暂行规定 （以下简称暂规 ）和“客运专线设计暂行规 定”均规定路基工后沉降量小于 5cm，工后第一年的沉降速率小于 2cm，台后沉降 小于 3cm，且要

21、求控制路基的不均匀沉降；同时，对不同填料条件下的路基压实标 准和对应的物理力学指标做出了规定，这就对路基工程质量和沉降控制标准提出了 更高的要求。它实质上不同于以往修建的任何一项路基工程，其技术复杂程度、质 量控制难度均较以往工程增大。基于此，本文拟对客运专线路基工程质量控制措施 进行探讨。 铁路路基作为支撑列车运营的基础，主要由地基基础、路基本体、基床底层、 基床表层等组成，都是路基工程的重要组成部分，其中任何一部分有问题都会影响 路基工程的质量。 1.2 铁路路基 铁路路基是经过开挖或填筑形成的直接支撑轨道、满足轨道铺设和运营条件而 修建的土工结构物，是铁道工程的重要组成部分。它承受着轨道

22、及机车车辆的静荷 载和动荷载，并将荷载向地基深处传递扩散，因此路基应具有足够的强度和稳定型， 应能抵抗自然因素的破坏而不至于产生有害变形1。 1.2.1 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。 我国客运专线铁路路基的技术标准及主要参数，是九十年代以来在高速铁路 “八五” 、 “九五”研究成果的基础上，吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验； 在设计过程中借鉴、消化、

23、吸收了国外铁路设计新方法和新标准；结合秦沈线的实 际情况，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。 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。 1.2.2 国外铁路路基现状 国外铁路发展的方向是重载及高速铁路。发展重载铁路(250360kn)的国家有 美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等；发展高速铁路的国

24、家有法国、日本、德国等。 这些国家制订了较高的路基标准和严格的施工工艺。其特点如下： (1)结合路基工程规定了详细的岩土分类，要求进行详细地调查，为设计、施工 及养护提供必须的依据资料。 (2)加强了轨道基础的路基机床部分，包括路堤、路堑及不填不挖地段，特别是 对机床表层的材料(日本新干线要求设置加强机床，很多国家设置基层或防护层、垫 层)有严格条件并规定了强度要求。 (3)对路堤各部分的填土规定了相应的填料标准，填土质量标准要求较高。 (4)为控制路基发生过大的下沉，对路堤填土提出了规定及处理要求。 (5)加强路基的排水系统、边坡和灾害的防护1。 1.3 软土 软土是淤泥和淤泥质土的总称，主

25、要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力 低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压 缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、 土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。一般指静水或缓慢流 水环境中有微生物参与作用的条件下沉积形成的，含有较多有机质，天然含水量大 于液限，天然孔隙比大于 1，结构疏松软弱，颜色呈灰、灰绿和灰黑，污染手指， 具嗅味的淤泥质和腐殖质的黏性土。其中，天然孔隙比大于 1.5 的称为淤泥；小于 1.5 而大于 1 的称为淤泥质土。淤泥质土性质，介于淤泥和一般黏性土之间。淤泥类土 是近代未经固结的在海

26、滨、湖泊、沼泽、河湾及废河道等环境沉积的一种特殊土。 根据软土的孔隙比及有机质含量，并结合其他指标，可将其划分为软黏性土、 淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭五种类型。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软黏性 土总称为软土，而把有机质含量很高的泥炭、泥炭质土总称为泥沼。泥沼比软土具 有更大的压缩性，但它的渗透性强，受荷后能够迅速固结，工程处理也比较简单。 1.3.1 软土的特征 软土类土是在特定的环境中形成的，具有某些特殊的成分、结构和构造，这便 决 定了它某些特殊的工程地质性质。 (1)高含水量，高孔隙比。我国软土类土孔隙比常见值为1.02.0，个别可达到2.3 或2.4。含水量（多为50%70%，甚至

27、更大）大于液限（一般40%60%），饱和度 一般都超过95%。原状土常处于软塑状态，扰动土则呈流动状态。 (2)透水性极弱，渗透系数一般为110-610-8cm/s，且因层状结构而具方向性。 (3)高压缩性，为0.070.15kpa，且随天然含水量的增加而增大。 (4)抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关。 1.3.2 软土常见的工程地质问题 (1)软土地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低。容许承载力一般低 于 0.1mpa，有时低至 0.04mpa 以下，往往由于地基丧失强度而破坏。 (2)软土压缩性很高，沉降量大，常出现由于地基下沉引起基础变形或开裂，直 至建筑物不能使用。

28、 (3)由于软土含水量大，多接近或超过其液限而成为软塑或流塑状态，且因其持 水性强，透水性差，对地基的固结排水不利，强度增长缓慢，沉降延续时间很长， 影响了工期和工程质量。 (4)软土成分及结构复杂，平面分布及垂直分布均具有不均匀性，易使建筑物产 生不均匀沉降。 (5)当软土受到某种振动时，很容易破坏其海绵状结构连接强度，使软土产生稀 释液化而丧失强度，这种现象被称为触变性。因此，在建筑物施工及使用过程中要 防止软土发生触变。 在铁路建设中多次遇到软土工程地质问题。解放前修建的津浦铁路东葛、花旗 营间一段高约 6.1m 的路堤，曾全部陷入软土中三次，经历年填筑，基底已大部分为 石块所代替，建成

29、 20 年后仍继续下沉，需经常用道碴起道，直到 1951 年（已建成 50 年）还曾一次下沉 3m。解放初期修建的东北林区铁路，后来修建的肖（山）气 穿（山）铁路，贵昆铁路等都遇到软土问题。在筑路实践中，对软土地区铁道建 筑进行了大量的研究，积累了不少经验和成果。 一般认为，在软土地区不宜建筑重型建筑物。对一般建筑物和铁路路基基底应 采取相应的处理措施。处理措施的原则如下： (1)控制路堤高度，减轻建筑物自重或加大承载面积，以减小软土单位面积所受 压力。 (2)若软土埋藏不深，厚度较小时，可采用开挖换填砂卵石、碎石或抛石排淤， 爆破排淤的方法，使建筑物基础置于软土下面的坚实土层上。 (3)排水

30、固结提高软土强度。根据不同要求及条件，可分别采用预压固结，分期 分层填筑路堤、路堤底部设排水砂垫层，在软土地基中设置排水砂井，石灰砂桩等 方法加固排除软土中水分，完成预期沉陷，提高软土承载力。 (4)为防止软土地基塑流，可采用反压护道法，在软土地基周围打板桩围墙的方 法，有时也可采用电化学加固法，防止软土被挤出。 1.3.3 软土路基 我国公路行业规范对软土地基定义是指强度低，压缩量较高的软弱土层。多数 含有一定的有机物质。日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等 细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下 水位高，其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降

31、的地基。日本规范还对软土地基 做了分类，提出了类型概略判断标准。 软土的成因一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质，多分布在海 滨，湖滨，河流沿岸等地势低洼地带，地表常年潮湿或积水。所以地表往往有大量 喜水植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的有机物。软土地基的 处理应根据软土，淤泥的物理力学性质，埋层深度，路堤高度，材料场地情况，公 路等级等因素分别采取换土、抛石挤淤、反压护道、渗水、土工材料、塑料排水板、 粉喷桩、碎石桩、超载预压等措施进行处理。软土路基的处理的目的是提高该段公 路路基的稳定性和承载能力。 第 2 章 路基沉降 2.1 路基沉降机理 路基裸露在自然界中，

32、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 成路基的危害1。 路基沉降是指由于路基土压实度不足或松软，在水、荷重、自重及列车振动作 用下发生局部或较大面积的竖向变形。一般经过列车运行一段时间后，下沉会趋于 缓解，但有时因荷重增加或水的作用使沉降速率加大，局部下沉也会造成陷槽，使 线路不平顺。 2.1.1 路基沉降特性分析 铁路路基沉降变形主要包含运营阶段行车引起的基床累

33、积下沉，列车行驶中路 基面的弹性变形，路基本体填土及地基的压密下沉三个方面。大量的调查表明，路 基沉降是由土性、压实度、饱和度、环境和外载等多方面因素综合作用的结果，但 主要是由路基本身和地基的排水固结变形引起的。地基的沉降变形与地基土的性质 和地基处理方法有关，而路基本体的变形通常与填料的性质、填料含水量和压实系 数有关，地基的沉降变形直接影响到路基的变形。基床累积下沉是由列车通过道床 传递到基床面的动荷载引起的，主要发生在基床部位，特别是基床表层。设计时若 能限制列车荷载在基床表面产生的动应力在基床填料的临界动应力以内，则累积下 沉量在经过一段时间行车后(例如一年)能够逐渐趋于稳定而不会继

34、续发展的。 2.1.2 路基沉降的原因 2.1.2.1 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

35、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。 土体压实度不足还会导致填土路基的侧向变形。目前采用的地基沉降计算方法 是假定侧向完全受限，仅有

36、竖向变形，实际路基土中存在有侧向变形，这种侧向变 形会引起沉降。 2.1.2.2 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。 控制不当体现在：(1)选用了

37、稳定性较差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉质 土或使用淤泥、腐殖质含量较高的土料填筑路堤，会使路堤产生整段或局部的变形。 (2)采用不同土质填筑路堤时，因土的性质不同如填筑方法不当，碾压成型后易造成 不均匀性沉降。 2.1.2.3 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

38、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。 此外，地基中软土层一般总为饱和软土层，位于地下水位以下，而饱和软土层 沉降变形总是以渗透固结和次固结沉降为主，并需要相当长的时间才能基本完成， 路基填土及车载等在软土层中产生附加应力，这个附加应力首先被软土层中的水承 担，如果对软土层没有采取强化排水措施或较长时间的超载预压，软土层中的超孔 隙水压力消散时间就很长，有效应力增长缓慢，沉降变形就会长时间持续进行。同 时研究表明，地下水的动态变化，将引起土体容重、孔隙水压力等的变化，尤其是 负孔隙水压力，可能对土体产生较大的附加压力，这些附加压力，能造成填土的附

39、加沉降1。 2.2 影响路基沉降的因素 2.2.1 影响沉降稳定的自然因素 2.2.1.1 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。 2.2.1.2 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， 都影响路基水温情况。

40、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。 2.2.1.3 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

41、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5。 2.2.1.4 地质条件 沿线的地质条件，如岩石种类及风化程度、岩层走向、倾向和倾角、层理、厚 度、节理发育程度，以及有无断层、不良地质现象等，都对路基稳定性有一定的影 响。 2.2.1.5 植物覆盖 植物覆盖层能够减缓地面水流速，调节表层土的水温状况，植物根系深入土层， 在一定程度上对表层土起到同结的作用，从而在一定程度上影响路基水温情况的改 变。 2.2.2 影响沉降稳定的人为因素 2.2.2.1 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

42、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5。 2.2.2.2 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

43、陷。从而造成路面破坏。 2.2.2.3 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。 2.3 软土路基沉降规律 软土路基的沉降主要取决于使土体产生变形的原因及土体本身形状2个方面。土 体产生变形的原因是土体中应力状态的改变，如地表荷载在地基中产生附加应力、 地基中地下水位的变化、振动对地基的影响等；土体本身形状主要指土体的压缩特 性或土体的应力应变关系，也就是说土体在附加应力作用下产生的效应。对于饱 和的地基土而言，土体在附加应力作用下会产生剪切变形；当土体中孔隙水逐渐消 散时还会产生固结变

44、形；随着时间的推移又会产生蠕变变形。土体的应力应变关 系十分复杂，常呈弹性、塑性、甚至粘弹塑性等，并且还呈非线性、各向异性，同 时又受应力历史的影响。地基中附加应力的正确计算和地基土体形状的正确描述是 提高沉降计算精度的2个关键问题，然而要达到这2点都是较为困难的。经典沉降计 算方法对上述2个问题是做如下处理的：在荷载作用下，地基中的附加应力场是根据 半无限空间的各向同性体弹性理论计算的，土体的压缩性是根据一维压缩试验测定 的，并采用分层总和法来计算地基的沉降。显然，这种沉降计算模型和地基沉降的 真实形状之间存在较大差距。但可以从以下几个方面来对地基沉降计算予以改进。 (1)考虑土的变形机理，

45、将沉降分为3个部分来分别予以计算； (2)考虑土体的实际应力状态来改进沉降计算； (3)考虑地基土体的地质历史影响。因为土体在欠固结、超固结及正常固结状态 下变形特性是不同的，因此，要根据实际应力水平选用不同的计算参数； (4)采用经验校正系数调整计算的结果。经验校正系数必须根据大量沉降观测资 料通过统计分析来确定，它是用来消除土体侧向变形、土体次固结变形、计算参数 的测试方法以及地基土的非线性特性等因素对沉降的影响； (5)采用复杂的边界条件和较复杂的土体本构模型的数值计算方法等。 2.4 路基不均匀沉降的影响和危害 2.4.1 路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 工会沉降变形或不均匀沉降变形过

46、大是导致无碴轨道铺设失败的主要原因。轨 道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。 2.4.2 路基沉降对高铁运营的危害 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

47、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。 2.5 客运专线无砟轨道路基沉降的控制理念 在自重(包括轨道结构)和列车荷载的长期作用下，铁路路基避免不了会产生一 定的下沉变形，铁路路基沉降组成及其相互关系如图 2-1 所示。从时间而言，路基 沉降可分为路基在填筑过程中至竣工验收前所产生的沉降，以及路基在铺轨完成后 所产生的沉降即所谓工后下沉。路基施工沉降是在路基施工过程中产生的沉降，不 会影响实际的工程实施，因为总要填筑到设计标高后，才会进行铺轨工程的施工； 工后沉降是指在铺轨工程全部结束后，整个路基结构物产生的沉降量，即为路基最 终沉降量与铺轨完成时已有沉降量之差。

48、由于工后沉降是指铺设无砟轨道后出现的， 因而不能通过路基工程本身加以克服的沉降，将会对后期的运营产生较大的影响， 是路基沉降的重点控制对象。 通常而言，铁路路基工后沉降一般由三部分组成：(1)路基填土在自重及上部荷 载作用下产生的压密沉降；(2)路基基床在动荷载作用下的弹性变形和累积塑性变形； (3)地基在轨道、路堤自重及列车作用下的残余沉降。第一部分沉降与路堤填料和压 实质量有密切关系，国外高速铁路的经验和实测资料表明，路堤填土压实压密沉降 主要是与路基填筑施工的压实密度相关，该部分沉降一般在路堤竣工后一年左右时 间内完成，若施工组织安排合理，并有一定的放置工期，路基本体的压密沉降可不 计入

49、工后沉降；第二部分沉降与列车轴重、运行密度、轨道结构以及基床表层质量 有关，由于高速铁路对路基基床结构提出了特殊要求。 在列车动荷载作用下一般小于 5mm；第三部分是工后沉降的主要组成部分，特 别是当地基为软弱粘性土时，沉降量大，完成时间长，如果不采取有效的控制措施， 下沉量高达数十厘米，时间长达数十年，因此控制路基沉降主要是控制地基的工后 沉降6。 图 2-1 铁路路基沉降组成及其相互关系 2.6 客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 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

50、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。 表2-3 工后沉降及沉降差控制标准 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 路基顶面搞成变化曲线 一次严密曲线 一次+二次压密曲线 tt s s sss ss 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

51、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 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。 3.1 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1。 客运专线路基沉降控

52、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。 3.1.1 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

53、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。 3.1.2 工后沉降控制的必要性 铁路客运专线时速高，其基础设施标准一般按350kmh设计，为确保行车安全 与乘客舒适，线路的平顺性标准要求极高，线路工后沉降量，特别是无砟轨道线路 的工后沉降量，一般应控制在23cm内，几乎是“零沉降”。即将开工建设的郑 (州)西(安)客运专线铁路采用无砟轨道结构，主要修建在湿陷性黄土地区，而湿陷 性黄土地区修建高速铁路在世界至今没有先例，无可鉴经验。为此，线路工后沉

54、降 尤其是路基工后沉降控制是修建郑西铁路专线面临的一大技术难题，需要研究解决 7。 3.1.3 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 了工后沉降控制的重要性。以轨道连续高低不平顺波长40m、幅值5mm为例，时速 300km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8。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

55、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9。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

56、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。 3.2 路基沉降的处理思路 3.2.1

57、 处理的一般原则 (1)以时间换金钱（10年前，日本著名的以时间换金钱处理软土路堤的方法）： 即尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法。这种以自然沉降逐渐达到基础稳定， 是一种最经济也简单的方法。但我国市政公路基本建设的程序不能尽早拨款、征地、 从容施工，而一旦工程项目付诸实施时，又往往限于工期，一般情况用自然沉降法 将难以实现。 (2)以金钱赢得时间：即在施工工期紧迫，时间有限的情况下，除非个别低路堤 地段高度在临界高度以下，可不作地基处理；其余软土都需采用不同方法处理，只 不过可用多种方案进行优选。 3.2.2 处理的基本思想 利用软弱土层作为持力层时，可按下列规定执行： (1)淤泥和淤泥质

58、土，宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应 采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施； (2)冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可 利用作为持力层； (3)对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未 经处理不宜作为持力层。局部软弱土层以及暗塘、暗沟等，可采用扩大基础、换土、 桩基或其他方法处理。在选择地基处理方法时，应综合考虑场地工程地质和水文地 质条件、构筑物对地基要求、构筑物结构类型和基础型式、周围环境条件、材料供 应情况、施工条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优采用。 地基处理设计时，应考虑构筑物基础和地基的共同作用

59、，必要时应采取有效措 施，加强结构的刚度和强度，以增加构筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选 定的地基处理方法，宜按构筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现 场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提 供相关依据。 经处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力 特征值进行修正时，基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础埋深的地基承载力 修正系数取1.0；在受力范围内仍存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的地基承载 力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的构筑物，地基处理后应进行地基稳定性计 算。结构工程师需根据有关规范分别提供用于地基承

60、载力验算和地基变形验算的荷 载值；根据构筑物荷载差异大小、施工顺序等，按有关规范和地区经验对地基变形 允许值合理提出设计要求。地基处理后，构筑物的地基变形应满足现行有关规范的 要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地 基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足构筑物承载力和变形要求。 地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑 土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现 场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征 值结合经验确定。 3.3 路基沉降的处理原则 3.3.