邢铁超--浅谈高速铁路路基（堆载预压）沉降变形观测与评估

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1km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Ф20mm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

基床表层1.01.0基床底层组合式沉降板沉降观测桩位移观测桩1.0基床以下1.0沉降观测桩1.0位移观测桩一般地段路堤沉降观测标准横断面

路堤预压地段

堆载预压土方基床表层1.01.0基床底层组合式沉降板沉降观测桩位移观测桩1.0基床以下1.0沉降观测桩1.0位移观测桩1.0堆载预压地段路堤沉降观测标准横断面

1.0路堤与桥梁过渡地段

基床表层1.01.0基床底层组合式沉降板沉降观测桩位移观测桩1.0基床以下1.0沉降观测桩1.0位移观测桩路堤与桥梁过渡段一般地段沉降观测标准横断面堆载预压土方级配碎石1.01.0级配碎石掺5％水泥沉降观测桩组合式沉降板沉降观测桩位移观测桩1.0A、B组填料或改良土A、B组填料或改良土1.0位移观测桩1.01.0路堤与桥梁过渡段堆载预压段沉降观测标准横断面

路堤与横向结构物过渡地段

堆载预压土方级配碎石1.0级配碎石掺5％水泥沉降观测桩位移观测桩1.0A、B组填料或改良土组合式沉降板沉降观测桩A、B组填料或改良土1.0位移观测桩1.01.02.2 评估数据采集

路堤与横向结构物过渡段沉降观测标准横断面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）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 填筑或堆载 一般 观测频次 1次/天 1.01.0沉降量突变 两次填筑间隔时间较长 第1个月 堆载预压或路基施工完毕 第2、3个月 3个月以后 6个月以后 第1个月 无碴轨道铺设后 3 沉降评估 3.1评估判定标准

第2、3个月 3～12个月 2～3次/天 1次/3天 1次/周 1次/10天 1次/2周 1次/月 1次/2周 1次/月 1次/3月 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，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 2

确定起点时间(t=0)，可取填方施工结束日为t=0。 就各实测计算t/(St-S0)，如图：

施工期0修正S-t曲线实测S-t曲线ts1st12st23t3s

3 绘制t与t/(St-S0)的关系图，并确定系数a和b。如图：

t/(St-S0)b=tanθaθt

4 5

计算St。

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

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