谈高铁路基沉降控制技术范文

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地基沉降变形大小则主要由地基土的性质、地基处理方法决定。地基沿纵横向软弱土层分布不均(如地层倾斜、土层、土性、密度等)，横向半填半挖或纵向填挖交界、部分路基落入河塘回填等特殊地段，以及不同处理方式的相接部位等处理不当，都会引起不均匀沉降。另外特殊土地基如湿陷性黄土地基、膨胀土地基、岩溶地基等，由于其组成土的物质成分和次生变化等多种复杂因素，造成其在特定情况下容易发生地基变形，而引起路基不均匀沉降。此外，如地基土体颗粒的不均匀、相邻地基土的性质差异、地基基础处理不当、地基土所受的荷载不同及地质勘查资料不准确等因素，也都会引起地基基础的不均匀沉降。

1路基本体不均匀沉降

路基本体的不均匀沉降是指路基填筑体的不均匀沉降，其影响因素包括内因和外因，内因主要为填料和压实质量，填料粒径过大、级配不均，颗粒质软以及碾压不密实等都可能造成路基本体的不均匀沉降;外因主要为水文条件，如地下水、地表水的影响，以及外部荷载、地震等外力作用。在路基填筑施工过程中，填料的级配有时难以得到有效的控制。这些填料性质差异大、级配也相差甚远。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，会产生填料的局部沉陷，造成路基不均匀沉降变形，甚至可能产生裂纹或缝隙。另一方面，由于填料的性质不一样，不同性质的填料混填，因不同土类的可压缩性和抗水性差异，特别是有的填料具有膨胀性，在路基排水系统局部失效后，水的渗入会使路基面局部隆起，造成不均匀沉降。施工过程中压实质量的控制对路基本体不均匀沉降也有较大影响。路基填料是由各种不同粒径的单个颗粒组成。在碾压过程中，填料颗粒重新排列、相互靠紧、小颗粒进入大颗粒间的空隙中。路基填料压实是使路基各结构层的填料具有足够的密实度。路基压实不足，如图1所示，在行车荷载作用下填料颗粒会重新排列，产生沉降变形;路基的密实度愈小，所产生的沉降变形愈大，因而易产生不均匀沉降。路堤或地基中地下水的动态特征以及地表降雨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，即地下水纵向补给、降雨实给、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过渡段不均匀沉降

高速铁路是由不同特点、性质迥异的线下构筑物如桥涵、隧道、路基等和线路上部的轨道结构组成的。由于路基强度、刚度、变形与桥涵等横向结构物的差异大，使列车从桥台上下来时，对路基产生较大冲击，这种冲击力易使过渡段路基产生道砟翻浆冒泥、路基下沉变形、线路部件损坏等病害。另外，路基与桥梁、涵洞等横向结构物过渡段是施工过程的一个薄弱环节;施工时，桥台涵背附近的部位大型压路机碾压不到，小型振动碾压设备难以使桥台涵背后的填料达到最佳压实状态;受桥台涵背填土部位狭窄的限制，在靠近桥台涵背部位进行压实质量检测存在困难;从而易导致过渡段产生不均匀沉降。

3不均匀沉降的解决措施

高速铁路路基不均匀沉降控制，是保证列车高速、安全、平稳运行的关键环节。只有从地质勘察、设计、施工和检测等方面进行严格把关，才能有效控制路基的不均匀沉降。

3．1地质勘察

地质勘察是路基工程的基础工作，其勘探质量、精度直接影响到地基处理方案、路基结构形式选用、施工工艺选择和施工质量控制，对路基的变形及稳定具有重要的影响。路基不均匀沉降主要来源于地基的不均匀沉降，地基的不均匀沉降与地基条件、地基处理方案以及路堤填高和路基断面形式有密切的关系。因此，详细准确的地质勘察是控制高速铁路路基不均匀沉降的前提。国内外经验教训表明，高速铁路路基工程必须通过地质调绘和足够的勘察、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构等基础的岩土结构及其物理力学性质，查明不良地质情况，在取得可靠的地质资料基础上开展设计。国内大量的铁路路基病害产生的原因也多为路基工程勘察不足，对不良地质情况没有查明，设计和施工中路基填料来源和性质差别大，再加上路基施工管理、质量控制措施不严等因素造成。因此必须提高路基工程前期地质勘察工作的质量，准确查明地质条件和填料工程性质，为设计施工提供评价地基和路基结构物变形状态的必要地质资料，才能从根本上控制高速铁路路基不均匀沉降。

3．2路基的设计

高速铁路路基与普通铁路路基相比，基床及过渡段结构在行车条件下所承受的动力作用和变形更为复杂。因此，在地质勘察资料完备的前提下，应重点加强设计管理、提高路基设计质量，以减少通车运营后的路基病害，防止或控制不均匀沉降的产生。对于高速铁路路基的设计应严格遵守《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621)中相关规定，路基主体工程按土工结构物设计，设计年限100年［3］24。其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设施必须满足少维修或免维修、耐久性结构设计的要求，严格控制边坡高度，避免设置高路堤、深路堑和特殊岩土的路基。同时对于软土地基、山前坡地和横向半挖半填路段、穿越和部分落入河塘等特殊路段，应根据实际地质、地形、地貌情况进行特别设计，针对各类地基情况采取适当的地基处理措施。地基处理时应以减少地基工后沉降，最大限度地消除不均匀沉降，追求不均匀沉降量为零的目标。同时应满足下述要求:(1)地基处理后的刚度满足设计要求且均匀;(2)地基坡脚处的剪切应力最小;(3)地基受力、沉降变形均匀。此外，路基与桥涵等横向结构物过渡段、地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，是路基不均匀沉降容易产生的部位，故在地基处理和路堤结构设计中应按规范要求采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。只有从设计上满足地基基础、路基结构的刚度、沉降变形的均匀性，才能从理论上实现对高速铁路路基不均匀沉降的控制。

3．3填料的控制

路基填料对路基的平顺与稳定起着重要作用。一方面路基填料最大粒径的限制对保证路基工程质量有着重要作用，另一方面，填料的粒径级配对碾压后所能达到的密实度有明显影响。就填料颗粒粒径而言，颗粒粒径太大，易碾压不均匀，导致路基出现不均匀沉降、水囊和不稳定的滑动面等病害。颗粒粒径过小，路基的水稳性差，遇水易产生病害。路基填筑的理想填料是最大粒径不大于60mm、75mm，且水稳性强、级配良好的填料。国内外的实践经验表明，理想填料在填筑均匀，并在最佳含水量条件下充分压实，形成的路基具有较高的强度和水稳性。根据线路等级和路基填筑的部位，国内外对路基填料的选用都有具体要求。德国要求路基填料的最大粒径不大于63mm;日本要求路基填料的最大粒径不大于75mm。我国《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621－2009)规定，基床底层填料的最大粒径应控制在60mm以内，基床以下应控制在75mm以内［3］24。因此，高速铁路路基施工过程中应严格遵守填料粒径的要求，避免因粒径过大对路基施工质量带来隐患。在填料级配方面，根据秦沈客运专线、武广、京沪等高速铁路路基施工经验，我国铁路对填料的划分较粗，尤其是粗颗粒填料，在实际施工填筑中存在填料组别合格，但由于级配不良，直接碾压不能达到所规定的压实控制标准等问题。在勘察设计阶段，往往对于填料材质较为重视，而对于填料的粒径级配则重视不够。《铁路路基设计规范》(TB10001)和《铁路工程岩土分类标准》(TB10077)对于填料的粒径级配的划分，是根据填料的粒径级配曲线，确定不均匀系数Cu(Cu=d60/d10)和曲率系数Cc(Cc=d230/(d10d60))进行划分的。当Cu不小于5，Cc等于1～3时，属于级配良好;当Cu小于5，Cc不在1～3之间时，填料的粒径级配范围窄或级配曲线不连续，属于级配不良［4］。现场试验表明，不是所有符合Cu不小于5、Cc等于1～3的填料，压实后都能满足压实标准要求。基床表层级配碎石及过渡段级配碎石的不均匀系数Cu，一般不低于20;粗粒土中的砾石类土和砂类土，不均匀系数Cu大于12时基本可以满足基床以下路堤的压实标准要求，不均匀系数Cu大于20时基本可以满足基床底层的压实标准要求。对于填料级配的连续性，一般采用曲率系数Cc来判断，与不均匀系数Cu指标相对应的曲率系数Cc应在0．5～4为宜，即当曲率系数Cc在0．5～4时可认为该填料的粒径级配连续［5］。因此，高速铁路路基填筑前，应对路基填料的粒径级配提出要求或完善现行路基填料分类体系。

3．4路基压实质量控制

路基压实质量对于路基的强度、承载能力及稳定性有重要作用。压实质量好的路基可以充分发挥路基填料的强度，在使用过程中可以减少路基在列车荷载作用下产生的变形，增加路基土体的不透水性及强度稳定性，不易产生不均匀沉降等问题;反之，压实质量不好的路基易产生局部沉陷、纵向开裂，甚至产生结构破坏。对于路基的压实质量，通常采用检测路基土体的物理及力学指标来评判，即控制路基土体的物理及力学指标。《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621－2009)中的路基压实标准，物理指标都采用压实系数K控制(基床表层、基床底层及基床以下路堤的压实系数K分别不低于0．97、0．95及0．92)［3］33。为了使压实系数K准确客观，真实反映路基压实质量，路基填筑的填料类型及级配必须与室内试验确定最大干密度的填料类型及级配相同。对于均匀性较差的路基填料，应根据实际情况增补最大干密度试验，求得相应的最大干密度值，以控制和检验路基填筑质量。

4结论与建议

综上所述，高速铁路路基不均匀沉降控制的措施应考虑以下几方面:(1)提高地质勘察的准确性。高速铁路路基工程必须通过地质调绘和足够的勘察、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构等基础的岩土结构及其物理力学性质，查明不良地质情况，在取得可靠的地质资料基础上开展设计。(2)提高路基设计质量。在地质勘察的基础上合理选用地基处理方案、路基结构形式，以控制轨道刚度的逐渐变化，并最大限度地减少路基与桥隧的沉降差，对控制路基的变形、稳定具有重要的影响，从理论上有效控制路基的不均匀沉降。(3)做好路基防排水工作。构建完善的路基防排水体系，保持路基经常处于干燥、稳定和坚固状态，对保证路基工程动力特性和承载特性的长期稳定，降低路基不均匀沉降有非常重要的作用。(4)采用良好的路基填筑填料同时控制填料级配。基床以下路堤、基床底层填料的最大粒径应分别小于75mm和60mm。路基填筑前，应对路基填料的粒径级配提出要求或完善路基现行填料分类体系。(5)保证路基压实质量。为确保路基稳定，减少压密沉降、增加耐久性和水稳性，除选用良好填料以外，还应使填料充分压实;各填土层的物理力学指标应满足相关要求。

作者：杨永强单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司