试论高速铁路路基沉降变形的测量与控制

试论高速铁路路基沉降变形的测量与控制

李永军

李永军（中国铁建十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442013）

摘要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国的告诉铁路进入了一个快速发展时期。高速铁路遍布全国各地，其中不乏有在软土地基上建设高速铁路，软土地具有土质疏松、水分含量高、渗透性差的特点，在工程设计和建设时需要格外注意软土地基的沉降问题。本文针对此问题，对软土地基的高速铁路路基沉降及其形变问题进行相应分析。

关键词：高速铁路；软土地基；路基沉降

0引言高速铁路路基起着重要的支撑作用，包括支撑整个高铁轨道的质量、火车自身的重量、火车载货及载客的质量，还包括路基自身的质量，这些载荷都有可能造成路基沉降变形问题，在设计时，需要根据一些标准文件。本文针对高速铁路路基沉降问题进行讨论，并给出几种计算方法及处理方法。

1高速铁路路基沉降变形机理要得出高速铁路地基沉降的原因，必须深入分析影响其变形的各种可能因素，并且进行实地考察以验证分析的正确与否，这样得出的结论才是真实可靠的。

常见的高速铁路地基沉降问题的原因有以下几个方面：1）高速铁路地基自重作用下路基填料的压实沉降。散体材料是填充路基的主要材料，散体材料的优点是其具有‘流动性’，即无论所需填充的空间形状如何复杂，散体材料均可填满其整个空腔，但是随之而来的压实沉降就在自重的作用下产生了。决定下沉多少的因素是填料质量和施工质量。若在填料时未进行压实，在支撑强度上造成整体不均匀，就会产生变形现象，这样会导致下沉量较大。这种现象可能出现在施工阶段和施工完成后阶段，当出现在前一个阶段时，可以通过及时的补料来解决这种沉降问题，当出现在第二阶段时，就是很难解决的问题，需要拆解后期工作填料，这给运营商造成很大的经济损失。

2）列车的负载。

列车在通过高速铁路地基时由于其运动会产生一定的动载荷，这是一个漫长的积累过程，需要定期对路段进行维修作业，这种情况可采用提高压实标准和路基材料质量来减少这种沉降。

3、软土地基造成的沉降。高速铁路地基为软土时，图中原存在的水分和气体都会随着负载的施加而慢慢排放出来，排放出来的泥土没有固定的形状，可根据外界环境变换成各种形状，这种形状与我们所期望的形状相差甚远，失去了原有的功用，这就是压密沉降。这种沉降与路基和土质结构、土质干燥程度息息相关，加之这种沉降短时间是无法体现的，是一个长期的过程，因此这是我们计算沉降变形式一个重要的方面。

2常见铁路沉降计算方法2.1应力路径法当作用力作用在软粘土组织上时，就会产生形变和体变两个过程。

在作用力刚刚施加在其上时，软粘土里面的水分来不及及时排出，就会造成压力上升，体积不变。当水孔压力变弱时，体积就会被压缩，增加的是有效法向应力，不变的偏向应力。过程类似于固结排水。这种情况需要对两部分分别进行计算，可以通过试验的方法进行测量。但是采用这种方法需要根据标准进行采样和实验，在运用时受到很大限制。

2.2数值分析法随着工程建筑规模的不断扩大，软土地基的沉降以及堤坝的可靠性问题是常见的问题。这种问题没有具体的解决方法进行计算，但是随着现代科技水平的提高，人们总结出该类问题可以利用计算机的近似数据进行分析计算，最常用的方法就是有限元分析方法。

2.3沉降预估法变形的动态评估应用非常广泛，它可以作为控制软粘土路基施工后沉降的一个重要参考。有了动态评估，可以确定最佳的铺轨时间，可以有效减少施工后的沉降，减少运营损失。但是，该方法也有它的局限性，有时会出现理论计算数据与实际路基情况不匹配的现象，这需要根据经验和实际进行推断，以便进行下一步作业。

2.4双曲线法双曲线沉降预测法是设定软粘土路基的沉降与时间是双曲线的关系，其方程如下：

我们可以对实地进行测量，根据测量数据绘制出双曲线函数的图像，通过绘制图像可以根据两者关系计算出路基在任一时间的沉降量，当达到一定时间后，沉降量会保持在一定数值氛围内，我们可以认为该值即是路基的最终沉降量。

3地基常用处理方法的分类及应用不同的地基对应的沉降程度是不同的，针对不同的地基处理办法也是不一样的，在这里，我根据实际经验和教训，总结了针对软土地基的处理方法。

地基较浅和强度达不到的地方宜采用换填碾压处理或换填砂垫层处理；对于深层的软土地基，则可以采用袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压等等；高速铁路施工完毕后，对于仍然沉降或者桥过渡的路段，根据地质以及所处地形，经常用到的方法有砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等；对部分发生过地震或者粉细砂层的地基段，采用地基挤密砂桩处理方法。

4实例介绍下面通过实例，介绍一下塑料排水板超载预压排水固结法。

针对土质疏松、水分含量高、渗透性差的软土路基可以采用塑料排水板超载预压排水固结法。这种方法的原理：在地基上插入塑料排水板，采用超载的方法使其未来及放出的水加压，在压强作用下，水从土体间隙中慢慢排出，预压加固的附加应力转变为压密地基的作用力，地基土逐渐沉降固结，同时其相应的强度、密度、承载能力也相应提高，使基础沉降得到有效控制，使地基的使用可靠性大大增强。

4.1工程概况上海宝钢集团公司马迹山矿石中转港扩建工程超载预压区位于浙江省嵊泗县马迹山岛南侧海岙内的滩地上，为了满足矿料的堆存要求，在一期工程基础上向大海一侧偏移。拟建矿石堆场建筑物等级为II级，堆场设计堆高10~12m，矿石容重25KN/m，共扩建4条斗轮堆取料机和8块矿石料场，其中SR5、SR6堆取料机基础采取塑料排水板超载预压排水固结法施工，SR5堆取料机基础超载范围为+03.2m*40.4m，SR6堆取料机基础超载范围为68+.6m*40.4m，SR5，SR6超载高度均为6M(压载标高9.2m)，顶宽20m。分2次加载，第1级加载至6.200m标高后间歇1个月进行第2级加载，第2级加载时间满4个月后卸载至堆场面标高3.200m。第2级加载期间前2个月需维持设计加载标高，其中因沉降等因素引起的标高不足部分补压达到设计标高，超载预留沉降100cm。

4.2地基处理方案本工程堆取料机基础采用了‘垫层+塑料排水板+垫层回填+超载预压+卸载’的地基处理方案。

1)垫层因为施工为在吹填砂上进行插板施工，为了保证施工质量，在吹填砂上铺筑开山石垫层30cm，并铺平压实，保证路基面的可靠性。

2）塑料排水板在垫层上施工，要求穿透淤泥层，根据不同区域淤泥的具体情况，采用不同的间距和插设深度，超载预压区间距为1.2m，插设深度分别为18,21,24,25,27,28m。

3）垫层回填塑料排水板施工后地基会产生一定的沉降，需要用开山石垫层补偿这一沉降，以便满足后期的施工。

4）超载预压SR5、SR6堆取料机超载区第1级加载，标高3.200m~6.200m，分2层，每层摊铺厚度约为150cm，用推土机进行摊铺，预留30cm沉降量;6.200m~9.200m分3层堆填完成，每层摊铺厚度约为100cm，用推土机进行摊铺"根据施工现场具体条件，从西向东开始超载，为满足与卸载搭接施工的要求，超载时完成1段报验1段。

5）卸载当地基沉降施工满足一定要求后，就可以进行载荷卸载，卸载后场地标高为3.200m。根据超载方向从西向东开始卸载。

5总结高速铁路的建设对路基的沉降提出了较高期望，这就要求我们在施工设计前选用何时的方法计算出所需数值，在计算时需要进行数据校验，以便提高数据的准确性，根据计算出的数据，选用合适的方法控制沉降现象。

参考文献：[1]孙常新;刘桂香;孙志高;孙志骅;;浅析铁路路基动力响应的场分布及影响因素[J];甘肃科技;[2]孙常新;邢矿;姜彤;梁波;;铁路路基动力响应的分布规律研究[J];华北水利水电学院学报;[3]华成,刘建国,王昌龄;高速铁路路堤结构方案的探讨[J];铁道建筑技术;