邢铁超--浅谈高速铁路路基(堆载预压)沉降变形观测与评估

1、浅谈高速铁路路基（堆载预压）沉降变形观测与评估兰新项目 邢铁超【摘要】：主要介绍高速铁路沉降数据准备、采集、处理、分析和沉降评估的相关知识。通过外业测量，再经过内业数据处理后入库，绘制出累计沉降量与时间的曲线图。从而评定出路基的稳定性，保证线上工程的顺利施工。【关键词】：沉降观测 沉降预测 沉降评估1 引言近年来，为了满足我国铁路交通建设事业的发展，以及列车提速等多方面的要求。高速铁路的广泛修建已经成为我国铁路交通事业发展的必然趋势。在铁路线路工程的设计与施工中，路基沉降观测是重要的技术管理项目之一，对于工程项目整体质量的实现也具有重要的意义。路基是承受高速铁路轨道结构和列车荷载的基础，也是线

2、路工程中最不稳定，最薄弱的环节。因此，在高铁建设中，科学合理的运用路基沉降观测技术是提升工程质量，确保项目交付使用后路基、轨道的稳定性，满足设计要求的关键项目。在兰新铁路第二双线工程建设中，对路基施工要求十分严格，其中在软地基处理中采用强夯、重锤、CFG桩等方式，并在路基本体填筑完成后进行堆载预压。在对路基认真、准确的进行沉降观测和沉降评估的基础上，可以分析沉降速率、评估最终沉降量，合理确定无砟轨道开始铺设时间，确保兰新铁路第二双线无砟轨道的铺设质量。2 沉降观测2.1 观测水准基点、工作基点、观测断面及点的设置、元件布设1） 观测水准基点的布设在沿线施工已设水准基点的基础上，按距离不大于1k

3、m增设水准基点，水准基点应设在变形区以外的岩石或原状土层上，亦可利用稳固的建筑物、构筑物设立水准点。每个独立观测网应设置不少于3个基准点。2） 工作基点的布设为满足沉降变形观测精度要求，在两水准基点之间沿线路方向按间距不大于200m、距路基中心距离小于100m布设工作基点。工作基点应布设在不受施工干扰的稳定土层内，以便长期保存和使用的地点，对观测条件较好或观测项目较少的工程，可不设立工作基点，在基准点上直接测量变形观测点。工作基点采用20mm长60cm顶端圆滑的钢筋打入土中，桩周上部30cm用混凝土浇注固定并编号。3） 在基点稳定后，按照国家二级水准测量要求与CPI或CPII点进行附合或闭合水

4、准路线联测，求得其高程。当对沉降观测成果发生怀疑时，应随时进行复测校核。4） 观测断面及点的设置、元件布设观测断面的设置及观测断面的观测内容、元件的布设应根据地形、地质条件、地基压缩层厚度、路堤高度、地基处理方法、堆载预压等具体情况，结合沉降预测方法和工期要求具体确定。代表性观测断面示意图如下（其余详见路基设计大样图）：路堤地段路堤预压地段路堤与桥梁过渡地段路堤与横向结构物过渡地段2.2 评估数据采集水准网的观测采用国家二等水准实测，水准线路按往返测附合水准线路。并且每条水准线路经过的工作基点不少于2个。使用符合精度的电子水准仪和相应的水准尺，奇数站按（BFFB）的测量模式，偶数站按（FBBF

5、）的模式进行测量。精度要满足国家二等测量精度要求，测量频率见下表。路基沉降观测的频次：路基沉降观测的频次不低于表的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。路基沉降观测频次观测阶段观测频次填筑或堆载一般1次/天沉降量突变23次/天两次填筑间隔时间较长1次/3天堆载预压或路基施工完毕第1个月1次/周第2、3个月1次/10天3个月以后1次/2周6个月以后1次/月无碴轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月312个月1次/3月3 沉降评估3.1评估判定标准兰新铁路第二双线工程在路基堆载预压后3个月可以进行卸载评估，在6个月以后可以进行一评估。当施工阶段及施工完成后沉降速率趋于稳定状态，

6、没有出现异常沉降数据满足沉降评估条件方能进行评估，否则继续进行观测。3.2沉降预测方法沉降预测应采用曲线回归法，并满足以下要求：根据荷载施加完成不少于3个月的实际观测数据做多种曲线的拟合回归评估分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92.沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3个月的两次预测的最终沉降的差值不应大于8mm。沉降预测时间t应满足下列条件：S(t)/S(t=)75式中 S(t)预测时的沉降观测值；S(t=)预测的最终沉降值。以下介绍利用沉降资料进行预测路基沉降随时间发展的常用方法：a) 双曲线法St=S0+t/(a+bt)Sf=S0+1/b式中 S(t)时间t时的

7、沉降量；Sf最终沉降量(t=)；S0初期沉降量(t=0)；a、b将荷载不再变化后的实测数据经过回归求得的系；沉降计算的具体顺序： 1 确定起点时间(t=0)，可取填方施工结束日为t=0。2 就各实测计算t/(St-S0)，如图：3 绘制t与t/(St-S0)的关系图，并确定系数a和b。如图：4 计算St。5 由双曲线关系推算出沉降（S）时间（t）的曲线。b) 指数曲线法指数曲线方程为 St=(1-Ae-Bt) Sm式中 Sm最终沉降； A,B系数，求法同双曲线法中a,b。4 沉降评估数据分析以兰新铁路第二双线项目路基：DK1335+867-DK1338+086段为例进行数据评估分析。4.1总体

8、分析路基观测数据进行初步分析，沉降观测未出现异常沉降情况，比较稳定，无太大的变化，目前总沉降值均小于5mm,变化趋势稳定。共计430个测点，各个具体曲线图和单体分析介绍的2种基本相同。4.2单体分析 以观测标1335867L1为例，自2010年10月9日开始观测，截至到目前总共观测64期，观测时长262天，从测点的沉降变化看，总体沉降变化趋势稳定，总沉降值在允许范围内，未出现异常现象。沉降变点累计沉降-时间曲线图如下图所示：测点1335867L1累计沉降-时间曲线图以观测标1336824L1为例，自2010年10月4日开始观测，截至到目前总共观测71期，观测时长268天，从测点的沉降变化看，总

9、体沉降变化趋势稳定，总沉降值在允许范围内，未出现异常现象。沉降变点累计沉降-时间曲线图如下图所示：测点1336824L1累计沉降-时间曲线图4.3评估申请总结观测数据表明，本工程整个施工阶段及施工完成后沉降速率趋于稳定状态，未出现异常沉降。从目前沉降观测资料来看，路基（DK1335+809DK1338+143）观测断面已观测9个月，堆载预压已6个月，目前总沉降值小于5mm,满足沉降评估条件。故提出申报评估申请。4.4评估结果本段评估采用指数法和双曲线法曲线拟合，路基以填筑完成时刻、涵洞以涵顶填土完成时刻作为拟合起点。下面分别阐述评估总体结果。本段沉降变形总体统计如4.4-1表所示。异常隆起变形

10、隆起量3mm沉降5mm5mm沉降10mm沉降10mm测点数量013728850所占比例031.86%66.98%1.16%0从上表可见：(1)整体表现为异常隆起的测点数为零；(2)隆起量-30mm 的测点次多，占31.86%；(3)沉降幅度在05mm 的测点较多，占66.98%；(4)沉降幅度在510mm 的测点较少，占1.16%；(5)沉降幅度大于10mm 的测点数为零；本评估段采用指数曲线法和双曲线法拟合后把测点归纳为如下4.4-2表所示的四类。4.4-2表-本段评估采用指数法或双曲线法拟合测点分类分类异常测点观测值波动幅度在5mm 内的测点整体呈现为收敛状水平发展趋势的测点拟合测点测点数

11、042271占百分比098.14%1.63%0.23%对于本评估段中采用指数法和双曲线法拟合通过的测点归纳为如表4.4-3 所示的三类。可见，对于本评估段的有效测点，能同时采用指数法和双曲线法拟合的测点为1 个，占测点总数的0.23%。4.4-3采用指数法和双曲线法拟合通过的测点分类分类仅能指数法拟合的测点仅能双曲线法拟合的测点两种方法同时拟合通过的测点测点数001占百分比00100%a) 拟合曲线相关性在这些测点中，沉降量随时间逐渐增大，但变化幅度一般不大，预测曲线有一定的拟合精度。表4.4-4 各沉降变形的测点指数法拟合相关系数合格率统计拟合测点总数合格点数合格率11100%对于双曲线法拟

12、合分析通过的测点，相关系数合格率统计如表4.4-5 所示， 表4.4-5 各沉降变形的测点双曲线法拟合相关系数合格率统计拟合测点总数合格点数合格率11100%b) 过渡段分析本评估段存在路涵过渡段14 段，每段过渡段均布设多个观测断面，测点类型为中心沉降板，涵洞测点类型为涵洞观测标。由于部分测点曲线无法拟合，考虑施工荷载情况，对这些单点沉降已经趋稳的测点，根据沉降曲线特征、地基条件以及基础结构类型等综合近似估算,认为这些测点的工后沉降趋于稳定，工后沉降量较小；且这些测点由当前沉降所引起的不同结构物间沉降差和纵向折角不大，预估相邻结构物工后沉降差及工后沉降所引起的纵向折角满足要求。表4.4-1

13、相关过渡段的沉降评估分析结果涵洞中心里程过渡段名称预测工后沉降当前实测沉降备注沉降差/mm纵向折角沉降差/mm纵向折角DK1336+032兰过渡段-0.080.03路涵过渡段乌过渡段-0.280.14DK1336+110兰过渡段-0.670.22路涵过渡段乌过渡段-1.540.77DK1336+219兰过渡段-0.870.29路涵过渡段乌过渡段-0.100.05DK1336+379兰过渡段-0.290.07路涵过渡段乌过渡段-0.880.22DK1336+756兰过渡段-1.450.45路涵过渡段乌过渡段-0.510.25DK1336+977兰过渡段-2.110.70路涵过渡段乌过渡段-0.210.07DK1337+058兰过渡段-0.480.05路涵过渡段乌过渡段-0.480.06可见，本评估段路涵、路桥过渡段相邻结构物预估工后沉降差与纵向折角均满足要求，同时根据现有沉降观测数据可判断该过渡段各断面的单点