路基沉降变形分析与控制.docx

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路基沉降变形分析与控制

路基沉降变形分析与控制

1、路基沉降变形分析与控制

路基工后沉降控制的成败是决定高速铁路修建是否成功的一个重要的控制因素。

高速铁路路基的沉降必须满足以下要求：

有碴轨道路基工后沉降控制值：

总工后沉降一般地段50mm，桥路过渡段30mm，初年沉降速率20mm。

无砟轨道区段路基的工后沉降，满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。

长期运营条件下工后沉降一般不超过扣件允许的沉降调高量15mm；路桥或路隧交界处的差异沉降不大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不大于1/1000。

2、路基沉降分析与预测

1）沉降分析

路堤建成后发生的变形、沉降主要原因有：

路堤（主要是基床）在列车荷载作用下发生的变形；路堤本体在自重作用下的压密沉降；支承路基的地基压密沉降。

路堤填土的压密沉降主要通过压实密度来控制。

高速铁路路堤填土压实沉降量一般要求在路堤竣工后即完成，路堤建成后，软弱地基不仅沉降量大而且需延续较长时间才能完成，因此控制路堤沉降主要是控制地基的工后沉降。

地基压缩变形主固结沉降采用分层总和法。

在设计压实度下进行压缩试验，确定上覆荷重荷载下的最终压缩孔隙比，据以算出其最终沉降量，然后在竣工时，测定出路堤不同高度土层的实际孔隙比，据以算出竣工时的沉降量，二者之差即为工后沉降量。

这种方法主要是进行理论计算。

工后沉降量还在沉降观测的实测曲线的基础上进行拟合，向后延伸时间进行预估，其结果可与计算值对比分析。

实测曲线的拟合可选用三点法、双曲线法等多种不同方法来进行，并由此推算最终的沉降量。

在实际进行沉降估算时，多采用此方法来推算工后沉降。

可采用数值计算的方法将二者结合起来。

应用一维固结理论编制的电算程序得到瞬时加载的沉降—时间曲线，按加载过程实际观测的数据所得到的填筑高度—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。

路堤纵向不均匀沉降的计算，由不同的计算断面位置按同样方法处理。

选择计算的横断面时考虑沟谷地形及堤下建筑物位置的影响。

2）沉降的理论推算方法

地基的总沉降量S，一般情况下可由瞬时沉降Sd与主固结沉降Sc之和计算。

此外对泥炭土、富含有机质黏土或高塑性黏土地层可视情况考虑计算次固结沉降Ss。

（1）主固结沉降Sc采用分层总和法计算，压缩试验资料可采用e－p曲线或e－lgp曲线。

a用e－p曲线计算时

式中n－地基分层层数；

－第i层厚度（m）；

－第i层中点自重应力所对应的孔隙比；

－第i层中点自重应力与附加应力之和对应的孔隙比；

b用e－lgp曲线计算时

正常固结、欠固结土层：

式中

－土层的压缩指数；

－第i层中点的自重应力（kPa）；

－第i层中心处的初始孔隙比；

－前期固结压力，正常固结时

；

－填土荷重附加应力（kPa）；

　　超固结土层：

对

的土层时：

对

的土层时：

（2）瞬时沉降Sd可按弹性理论公式计算，即

式中P－路堤底面垂直荷载（kPa）；

　E－土的弹性模量（可由无侧限抗压试验得到，取分层厚度的加权平均值）；

　F－沉降系数。

μ－泊松比，当缺少试验资料时，可取μ＝0.4~0.5。

（3）地基的总沉降量可采用沉降系数（m）与主固结沉降（Sc）计算。

沉降系数m为一经验系数，与地基条件、荷地强度、加荷速率等有关，其范围值对正常固结土m=1.1～1.4。

沉降计算时，列车荷载按单线有载计算。

（4）饱和黏土的渗透固结计算方法

①通过压缩试验，绘制在一定压力下的压力试验曲线，再结合理论公式以确定

。

采用时间平方根法时，；

采用时间对数法时，。

式中H为土样厚度，以mm计，t90（50）为U=90（50）%时的时间，以min计。

②时间因素

的确定。

式中t为固结计算时间，H为土层厚。

③固结度

的确定。

④计算t时间的沉降St。

式中S为总沉降量。

3）利用实测数据推算的预测方法

路基施工至设计标高（有预压土方时至预压土方的顶面）后，先持续监测不少于6个月的时间，根据这6个月的监测数据，绘制“时间—填土高—沉降量”曲线，按实测沉降推算法或沉降的反演分析法，分析并推算总沉降量、工后沉降值以及后期沉降速率，并初步分析推测最终沉降完成时间，确定铺轨时间。

根据分析结果，结合工期要求，验证、调整设计措施使地基处理达到预定的变形控制要求。

当评估结果表明沉降还不能满足无砟轨道的要求时，采取（或调整）地基加固措施（如调整预压土高度、确定预压土卸荷时间、调整或增加地基加固措施等），即进行“监测—评估—调整”循环，直至工期要求的时间止、并满足无砟轨铺设要求。

实测沉降推算：

利用实测数据推算最终沉降量方法很多，常用的有双曲线法、三点法（对数曲线法）沉降速率法、星野法及修正双曲线法等。

根据现有的研究成果，推算方法得到的结果与实际沉降对比，误差较小的推算方法有：

复合地基为沉降速率法、双曲线法；等载（或超载）排水固结为三点法、双曲线法。

沉降的反演分析推算：

利用先前实测沉降曲线进行反演分析，修正地基土设计参数，并重新进行沉降计算，再由实测沉降验证，经过多次循环分析计算，预测工后沉降量。

要说明的是该法进行计算时所用到的土层参数是利用先前实测曲线进行反演推算出来的，且经过实测沉降验证，因此也更符合实际情况。

3、控制工后沉降的措施

1）加强技术培训

加强现场观测人员、分析人员、计算预测人员的培训，购买或科研开发专用电算软件，从控制方案、预测分析、观测操作上采取主动预控制措施。

2）强化地基处理措施，确保处理效果

施工前，进一步核实地质，必要时补充钻探，彻底查清地质情况。

领会地基处理设计意图，严格按设计及规范要求进行处理。

注重试验性施工，获取施工参数。

加强地基处理效果的检测与验收。

3）严格路堤本体填料及填筑工艺控制措施

（1）填料控制措施

①选用优质填料，路堤本体优先采用A、B组填料；填料缺乏时改良土，改良土按要求进行改良试验，对原料的质量和改良后的质量的各项指标进行严格控制，确保改良土的质量满足要求。

②填筑前对填料进行取样检验；同时严格控制进入工地填料的质量，所有进场填料都必须按照规范要求进行抽样检验，当填料土质发生变化或更换取土场时应重新进行检验，坚决杜绝不合格填料进入工地。

③改良土使用成套拌和设备厂拌法生产。

厂拌设备配置自动计量装置，设备投入生产前，应进行标定，保证混和料配比准确。

④基床表层及过渡段等部位采用的级配碎石填料采用厂拌法施工。

生产前应通过试验选取合格碎石、合理级配、最佳含水量等参数，采用大型拌和设备进行拌和生产。

（2）填筑工艺措施

填筑严格按照试验确定的施工参数、施工工艺施工。

采用水平分层法填筑，每层保证层面平整，便于各点压实均匀一致。

严格按照试验性施工确定的厚度摊铺，及时检测含水量，严格控制填料的含水量使其合适。

采用平地机进行平整，重型振动压实机械碾压，重点控制好碾压，确保达到压实要求。

①路堤填筑前先做填料的填筑工艺性试验，获得合理的工艺参数并报监理单位确认后才能够进行大面积路基的填筑。

填筑过程中严格按照填筑试验所得结果进行参数控制，填筑后检测过程中发现达不到质量要求则分析原因，必要时作试验对参数进行进一步修正。

②路堤碾压优先选用带有压实度自动计量仪的重型振动压路机碾压，以便全程控制压实度，同时辅以三轮压路机稳压，以保证浅层压实度。

③路基按照设计进行超宽填筑，以保证边坡压实度；为保证边坡的压实度采用冲击夯进行边坡压实。

④路堤的同一区段尽量使用同一种填料，保证其压实特性一致。

严格控制每一填层的横坡及平整度，以保证每一填层压实均匀。

⑤过渡段特别是大型机械碾压不到的部位采用小型机械配套施工，选取合理施工参数，确保压实质量。

过渡段的填筑与相邻路堤同步填筑，一体化施工。

4）加强质量检测及沉降观测、预测

加强路基的试验检测和观测工作，确保检测结果、观测资料正确、可靠、及时，并及时进行整理、分析、总结，利用实测沉降曲线和电算程序更好地预测、分析工后沉降量，以便及时对施工参数和工艺进行调整，更好地控制施工，合理设置预留沉落量，控制好工后沉降。

5）加强路基综合防排水，确保不渗不冲

注重路基防排水工作。

排水沟下设灰土垫层，严格保证排水工程质量，做到无局部积水，无渗漏，无冲刷等现象。

施工期间，在两侧或一侧（超高段）设临时阻水、拦水、排水设施，以防雨水冲毁边坡，并防止地表水下渗。

6）合理安排施工，确保无砟轨道施工前的堆放沉降期

合理安排地基处理，以便路基填筑大面积展开。

路基填筑快速施工，尽早完成。

进行不同沉降时间的路基沉降研究，确保无砟轨道道床施工前的沉降期满足沉降实际观测分析的沉降要求和电算分析、预测的沉降要求，确保路基填完后轨道承载板施工前的路堤堆放沉降期满足要求，尽量延长路基自然陈放沉降期。

7）科研与分析计算

施工前对设计应充分体会，对路堤工后沉降量从理论上进行计算分析、验算，确保设计通得过。

对土质地基，原则上均应进行沉降检算和工后沉降分析。

如工后沉降经验算不能满足要求，及时报请监理、建设单位处理。

排水设计与施工过程中的防排水措施重点加强。

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，确保沉降满足要求。

积极开展地质核查、地基处理、路堤填筑、过渡段施工、沉降预测等专题试验研究，以科研成果来确保工后沉降满足要求。

8）沉降达不到预期要求的应对预案

根据路基沉降观测与预测，若拟定的铺轨前沉降期达不到沉降控制要求，过多延长沉降期又导致总工期不能保证时，应与设计配合，采取有效措施进行处理，一般包括以下方法：

（1）堆载加速固结沉降。

（2）采用强夯追加压密。

（3）注浆固结地基减小总沉降量。

（4）CFG桩加固地基。

（5）采用桩板结构路堤。

4、沉降控制技术路线

沉降控制严格遵循信息化施工的原则，路基工后沉降技术路线见下图。