【導(dǎo)讀】為確保高速列車的行車安全，盡量滿足旅客對(duì)舒適度的要求，并減少日常維修工作，客運(yùn)專線路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)越來越高。本文主要介紹了鐵路路基沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，影。響鐵路路基沉降的因素以及控制鐵路路基沉降的控制方法。算計(jì)算方法；以武廣鐵路客運(yùn)專線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了超載預(yù)壓路基沉降規(guī)律及特征，影響因素進(jìn)行了分析。

　　

【正文】 應(yīng)力面積比法和基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸擬合的卸載控制方程，對(duì)超載預(yù)壓路基的卸載時(shí)機(jī)和沉降進(jìn)行分析，探討與高速鐵路超載預(yù)壓路基沉降特征相適應(yīng)的沉降評(píng)估技術(shù)。 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)超載預(yù)壓路基段的沉降變形發(fā)展過程基本相同。其典型 斷面的沉降變形過程曲線如圖 10 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 21 圖 10 DK1 671+ 典型堆載預(yù)壓后卸載 斷面的沉降變形過程曲線 從圖 10 中可以看出，路基從填筑到卸載可分為三個(gè)階段 ： 第一階段：為堆載階段，堆載后沉降變形明顯增長(zhǎng)，沉降速率增大，在沉降過程曲線上表現(xiàn)為下凹曲線。 第二階段：為預(yù)壓階段，此時(shí)停止加荷載，但沉降變形繼續(xù)增長(zhǎng)，沉降速率變緩，在沉降過程曲線上表現(xiàn)為上凸曲線。 第三階段：為卸載階段，卸載后沉降速率明顯減小，沉降變形趨于穩(wěn)定，且未出現(xiàn)明顯的回彈跡象，在沉降過程曲線上表現(xiàn)為一條平緩的曲線。 從以上變形規(guī)律可以看出，超載預(yù)壓路基的變形特征主要體現(xiàn)為：對(duì)于填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，超載施加時(shí)，基底沉降變形發(fā)生突變，沉降過程曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)；對(duì)于路基本體和超載連續(xù)填筑完成的觀測(cè)斷面，沉降過程曲線相對(duì)光滑，與常規(guī)路基無明顯的差異；卸載后，沉降變形速率明顯減小 ，沉降變形很快趨于穩(wěn)定；對(duì)于填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，由超載引起的沉降增量與超載之比，一般要小于路基本體填筑引起的沉降增量與本體荷載之比。上述變化規(guī)律反應(yīng)出堆載預(yù)壓措施能加速基底壓縮土層的變形，從而減小工后沉降是有效的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 22 沉降變形分析評(píng)估的技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn) 超載預(yù)壓路基段的沉降變形分析評(píng)估應(yīng)充分考慮以上變形特征，在滿足常規(guī)路基評(píng)估技術(shù)條件的基礎(chǔ)上 ，還應(yīng)充分考慮以下控制要求 ： (1)超載高度和預(yù)壓時(shí)間 超載高度和預(yù)壓時(shí)間均要達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)預(yù)壓時(shí)間一般不小于 6 個(gè)月。 (2)沉降預(yù)測(cè)方法 在沉降預(yù)測(cè)方法的選擇上，不建議采用拓展雙線法。這主要是由于拓展雙曲線法引入了荷載系數(shù)的概念來反映荷載的變化，但其前提是加載量和加載速率基本相同，而超載浮土的填筑速度一般與路基本體填筑速度存在明顯差異，若采用拓 展雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可能帶來較大的誤差。故不建議采用，可以選擇三點(diǎn)法、常規(guī)雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)。 (3)預(yù)測(cè)時(shí)間起點(diǎn)和時(shí)間段 對(duì)于路基本體填筑完成后直接進(jìn)行堆載的路段沉降預(yù)測(cè)起點(diǎn)和時(shí)間段與一般路基無明顯的差異，即取填筑完成后或沉降曲線出現(xiàn)突變后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析預(yù)測(cè)；對(duì)于路基本體填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，由于超載會(huì)引起沉降曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，因此建議采用拐點(diǎn)之后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析 。 (4)最終沉降量的預(yù)測(cè)計(jì)算 最終沉降量是指設(shè)計(jì)荷載條件下路基最后的沉降量，對(duì)于超載預(yù)壓路基，原則上應(yīng)根據(jù)卸 載以后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。但由于鐵路客運(yùn)專線路基已進(jìn)行 過處理，在經(jīng)過堆載預(yù)壓后，其沉降變形量很小，甚至有可能發(fā)生回彈變形，采用卸載后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的難度較大。若采用荷載系數(shù)來對(duì)前期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，卸載后會(huì)出現(xiàn)明顯的回彈變形，這與實(shí)際變形觀測(cè)結(jié)果存在較大的差異。因此，建議采用超載預(yù)壓階段的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的最終沉降量代替設(shè)計(jì)荷載條件下的最終沉降量，很顯然超載條件下的最終沉降量要大于設(shè)計(jì)荷載條件下的最終沉降量，這對(duì)于工程是偏于安全的。 (5)工后沉降的計(jì)算 工后沉降是由鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu) 自重引起的沉降 和鋪軌后至運(yùn)營(yíng)完成所發(fā)生的沉降兩部分組成，即 Rs =s( 3T )— s( 0T )+ sts (5) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 23 式中： 0T 為預(yù)計(jì)鋪設(shè)無砟軌道時(shí)間點(diǎn) ； 3T 為預(yù)定運(yùn)營(yíng)完成的時(shí)問點(diǎn) ( 3T = 0T 十 100 年 )； s(3T )— s( 0T )為路基在鋪軌后至運(yùn)營(yíng)完成所發(fā)生的沉降； sts 為鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu)自重發(fā)生的沉降。 對(duì)于超載預(yù)壓路基而言，超載一般明顯要大于結(jié)構(gòu)層荷載，在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)壓并趨于穩(wěn)定后，其歷史荷載水平已經(jīng)超過了使用荷載水平，按超載條件下 觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的最終沉降量實(shí)際已包含了結(jié)構(gòu)層引起 的沉降量。因此，對(duì)于超載預(yù)壓路基，當(dāng)采用超載預(yù)壓階段的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)最終沉降量時(shí)，不再計(jì)入結(jié)構(gòu)層引起的沉降量。而按超載階段的數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)鋪軌時(shí)間點(diǎn)沉降時(shí)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為路基本體荷載條件下的預(yù)測(cè)值，因此，應(yīng)在預(yù)測(cè)時(shí)間段的選擇上考慮卸載后的觀測(cè)數(shù)據(jù) 實(shí)際操作過程中，當(dāng)卸載階段沉降已趨于穩(wěn)定或有回彈的情況下，可以取鋪軌前的最終觀測(cè)值代替。 根據(jù)以上原則 ，超載預(yù)壓路基的工后沉降按下式計(jì)算 Rs =s( 3T 超) — s( 0T 卸） (6) 式中： s( 3T 超) 璀為按超載階段觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的運(yùn)營(yíng)完成時(shí)間點(diǎn)的沉降量； s( 0T 卸） 為按卸載階段計(jì)算的預(yù)計(jì)鋪軌時(shí)間點(diǎn)的沉降量，當(dāng)卸載階段沉降已趨于穩(wěn)定或有回彈的情況下，可取鋪軌 前的最終觀測(cè)值。 復(fù)合地基 客運(yùn)專線鐵路路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，地基處理多采用 cFG 樁、管樁、灌注樁等半剛性或剛性樁進(jìn)行加固 ， 下面從復(fù)合地基的定義、各種地基基礎(chǔ)的荷載作用等方面進(jìn)行一些探討。 復(fù)合地基的定義與本質(zhì) 復(fù)合地基是指天然地基在地基處理工程中部分土 體得到增強(qiáng)或置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由天然地基土體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。 下面通過分析淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基在荷載作用下的荷載傳遞特性來認(rèn)識(shí)復(fù)合地基的本質(zhì)，并討論淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基三者之 間的關(guān)系。對(duì)淺基礎(chǔ)，荷載通過基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 24 直接傳遞給地基土體，如圖 11 所示。樁基礎(chǔ)可分為摩擦樁基礎(chǔ)和端承樁基礎(chǔ) 2 大類。對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)，荷載通過基礎(chǔ)傳遞給樁基礎(chǔ)，樁體主要通過樁側(cè)摩阻力將荷載傳遞給地基土體；對(duì)端承樁基礎(chǔ)，荷載通過基礎(chǔ)傳遞給樁體，樁體主要通過樁端端承力將荷載傳遞給地基土體。因此可以說，對(duì)樁基礎(chǔ)，荷載通過基礎(chǔ)先傳遞給樁體，再通過樁體傳遞給地基土體，如圖 12 所示。對(duì)復(fù)合地基，荷載通過基礎(chǔ)將一部分荷載直接傳遞給地基土體，另一部分通過樁體傳遞給地基土體，如圖 13 所示。因此，淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基三者的荷載傳遞特性 是不同的，復(fù)合地基的本質(zhì)是樁和樁問土共同直接承擔(dān)荷載。 淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)三者之間其實(shí)并沒有嚴(yán)格的界限。如采用土擠密樁加固地基，當(dāng)樁土應(yīng)力比等于 1 時(shí)，也可視為淺基礎(chǔ)；又如考慮樁土共同作用的摩擦樁基，則可以認(rèn)為是樁基礎(chǔ)，也可以看作剛性樁復(fù)合地基。 圖 11 淺基礎(chǔ) 圖 12 樁基礎(chǔ) 圖 13 復(fù)合地基 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 25 客運(yùn)專線路基地基加固常用形式與分析 在荷載作用下，增強(qiáng)體與天然地基土體通過變形協(xié)調(diào)共同直接承擔(dān)荷載作用是形成復(fù)合地基的基本條件。圖 14 反映的是 目前客運(yùn)專線路基沉降控制中常 采用的的幾種地基加固形式，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。 圖 14 客運(yùn)專線路基地基加固常用形式 在圖 14(a)中，在路堤荷載作用下，剛性筏板基礎(chǔ)的存在基本可以保證樁和土共同直接承擔(dān)荷載，加固樁采用 CFG 樁或低強(qiáng)度素混凝土樁時(shí)，可以按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；加固樁采用預(yù)制管樁或鋼筋混凝土灌注樁時(shí)，一般按復(fù)合樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 在圖 14(b)中，在剛性筏板基礎(chǔ)下設(shè)置一定厚度的柔性墊層，通過柔性墊層的協(xié)調(diào)，可以保證樁和樁問土共同承擔(dān)荷載，柔性墊層的存在可以減少樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮樁問土的承載潛能。因而，一般按復(fù)合地 基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 在圖 14(c)中，路堤下直接設(shè)置碎石加筋墊層，其作用與剛性筏板基礎(chǔ)的柔性墊層的作用正好相反，碎石加筋墊層的剛度比路基本體要大，它的存在可以提高樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮樁的承載潛能，可按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 根據(jù)復(fù)合地基 、復(fù)合樁基理論進(jìn)行客運(yùn)專線路基沉降控制分析可以參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。 復(fù)合地基沉降量計(jì)算 管樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降量由兩部分組成，一部分是地基土在管樁加固固結(jié)壓縮后引起的加固區(qū)沉降量 1S ，另一部分是樁土復(fù)合地基加固區(qū)下臥持力或軟土層沉降量 2S 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 26 S= 1S + 2S (7) 其中： 1S 采用復(fù)合模量法計(jì)算， 2S 采用分層總和法。 管樁加固區(qū)沉降量 1S 采用復(fù)合模量法計(jì)算，將復(fù)合地基加固 區(qū)中的管樁群體和土體假想成一個(gè)復(fù)合實(shí)體基礎(chǔ)，加固區(qū)的沉降即為該實(shí)體基礎(chǔ) 的壓縮變形量，選用壓縮模量 csE進(jìn)行計(jì)算： spcs EmmEE )1( ??? ???? ni icsii HEPS11 (8) 式中， iP? 一第 i 層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量 iH 一 第 i 層復(fù)合土層的厚度； m 一復(fù)合地基面積置換率； PE 一樁體壓縮模量； SE 一土體壓縮模量。 管樁樁土復(fù)合地基加固區(qū)下臥持力層或軟土層沉降量 s 采用分層總和法計(jì)算，在分層總和法計(jì)算中，下臥層土體的附加應(yīng)力采用等效實(shí)體法，即將復(fù)合地基加固區(qū)中的管樁群體和土體假想成一個(gè)復(fù)合實(shí)體基礎(chǔ)。如下式壓縮層厚度按附加應(yīng)力等于 倍的自重應(yīng)力來確定 。 ?? ??? ni iiii eeeHS1 0102 1 (9) 式中， iH 一第 i 層厚度； ie0 一第 i 層中點(diǎn) 自重應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的孔隙比； ie1 一第 i 層中點(diǎn) 自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和對(duì)應(yīng)得空隙比。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 27 第 5 章 結(jié)論 客 運(yùn)專線路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，目前地基處理的理論與設(shè)計(jì)方法主要是針對(duì)傳統(tǒng)的軟弱土地基，并不完全適合客運(yùn)專線路基工后沉降的設(shè)計(jì)計(jì)算與地基加固處理，隨著工程實(shí)踐的 日益增多，特別是工程試驗(yàn)和沉降觀測(cè)成果的積累，客運(yùn)專線路基沉降控制理論與設(shè)計(jì)方法將不斷得以完善，目前在沉降控制分析工作中，可以按以下建議進(jìn)行設(shè)計(jì) ： （ 1） 有限元“分級(jí)加載”模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)基本一致，誤差在工程精度允許范圍內(nèi)。說明提出的路基沉降逐級(jí)填筑加荷的數(shù)值仿真方法是可行的，對(duì)高路基填筑施工控制具有一定的指導(dǎo)意義 (2)對(duì)于軌道與列車荷載，在穩(wěn)定檢算時(shí)，采用雙線有載；在沉降分析時(shí)，考慮雙線軌道荷載和單個(gè)列車荷載。 (3)堆載預(yù)壓措施能加速基底壓縮土層的變形，從而減小工后沉降是有效的。 (4)客運(yùn)專線 路基沉降控制分析，應(yīng)根據(jù)路堤基底墊層形式、加固樁的類型，采用復(fù)合地基或復(fù)合樁基理論進(jìn)行。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 28 致謝 四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而 對(duì) 于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將 完畢 之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好 的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo) ,經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥 ,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟 ,常常讓我有 “山重水復(fù)疑無路 ,柳暗花明又一村 ”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！ 同時(shí)也感謝學(xué) 院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 —————————————————————————————————————— 29 參考文獻(xiàn) [1] 屈曉輝，崔俊杰．客運(yùn)專線鐵路路基設(shè)計(jì)技術(shù) [M]．北京 ：人民交通出版社， 2oo8． [2] 地基處理手冊(cè)編委會(huì)．地基處理手冊(cè) [K]． 3 版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 20o8． [3] JGJ 79— 2020／ J 220— 20o2，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 [s]． [4] JGJ 94— 2oo8，建筑樁基技術(shù)規(guī)范 [s]． [5] 何廷樹．混凝 土外加劑 [M]．西安：陜西科學(xué)技術(shù) 出版社， 2020 [6] 郭延輝，郭京育，趙霄龍，等．聚羧酸系高性能減水劑研究與工程應(yīng)用 [M]．北京：中國(guó)鐵道出版社 ， 2020 [7] 王子明，陳紅巖，崔素萍，等．聚羧酸系高性能減水劑與緩凝劑的復(fù)合效應(yīng)研究 [A]．第三屆全 國(guó)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì)年會(huì) [C]， 2020， 6： 134— 137 [8] 王驍敏，陳國(guó)軍．聚羧酸鹽減水劑與緩凝劑的復(fù)配 [J]聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)， 2020， 8 [9] 楊廣慶．高速鐵路路基設(shè)計(jì)與施工 [M]．北京： 中國(guó)鐵道出版社 ， 2020 [10] 折學(xué)森．軟土地基沉降計(jì)算 [M]．北京 ：人民交通出版社， 1998 [11]龔曉南．復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用 [M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ． 2020． [12] 王 麗艷，袁新明．微型樁復(fù)合地基沉降和動(dòng)力特性研究 [J]．水利學(xué)報(bào) ， 2020，36(12)： 1 492— 1 497 [13] 陳德春，劉祖德．混凝土剛性短樁復(fù)合地基在軟土地基加固中的應(yīng)用 [J]．土木基礎(chǔ)， 2020， 17(3)： 31— 33 [14] 郝 文化． ANSYS 土木工程應(yīng)用實(shí)例 [M]．北京：中國(guó)水利水電出 版社 ． 2020． [15] ]吳鴻慶，任俠．結(jié)構(gòu)有限元分析 [M]．北京：中國(guó)鐵道出版社 ． 2020 [16]祝彥知．復(fù)合地基各向異性地震反應(yīng)的數(shù)值模擬 [J]．工業(yè)建筑 。 2020， 35(6)：45— 48． [17]金雷 ． 高速公路路堤逐級(jí)填筑下路基沉降變形數(shù)值仿真分析 ． 河南省交通廳 ,中外公路 2020， 34— 37