【正文】 2005，35(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2009，34—37 —————————————————————————————————————— 30 。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)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。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。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。 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。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。(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。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)。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)。S=+ (7)其中：采用復(fù)合模量法計(jì)算，采用分層總和法。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。因而，一般按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。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。圖11 淺基礎(chǔ)圖12 樁基礎(chǔ)圖13 復(fù)合地基 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(guò)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。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。對(duì)復(fù)合地基，荷載通過(guò)基礎(chǔ)將一部分荷載直接傳遞給地基土體，另一部分通過(guò)樁體傳遞給地基土體，如圖13所示。對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給樁基礎(chǔ)，樁體主要通過(guò)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(guò)基礎(chǔ)傳遞給樁體，樁體主要通過(guò)樁端端承力將荷載傳遞給地基土體。對(duì)淺基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)直接傳遞給地基土體，如圖11所示。 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。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 =s(—s( (6)式中：s(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(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。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。(5)工后沉降的計(jì)算 工后沉降是由鋪設(shè)無(wú)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 =s()—s()+ (5)式中：為預(yù)計(jì)鋪設(shè)無(wú)砟軌道時(shí)間點(diǎn) ；為預(yù)定運(yùn)營(yíng)完成的時(shí)問(wèn)點(diǎn)(=十100年)；s()—s()為路基在鋪軌后至運(yùn)營(yíng)完成所發(fā)生的沉降；為鋪設(shè)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)自重發(fā)生的沉降。若采用荷載系數(shù)來(lái)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。(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。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)。 (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。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。 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(guò)程曲線上表現(xiàn)為一條平緩的曲線。圖10 DK1 671+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(guò)程曲線上表現(xiàn)為下凹曲線。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(guò)程基本相同。高速鐵路超載預(yù)壓路基的沉降變形評(píng)估與一般路基在控制標(biāo)準(zhǔn)上是一樣的，均要滿足《客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》的相關(guān)要求，但由于超載預(yù)壓路基經(jīng)歷了二次堆載、預(yù)壓和卸載的過(guò)程，基底沉降變形觀測(cè) 曲線會(huì)隨著荷 載的變化而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，其卸載時(shí)機(jī)的合理性和工程沉降的計(jì)算分析較常規(guī)路基要復(fù)雜得多。由于鐵路運(yùn)專線無(wú)砟軌道鋪設(shè)對(duì)工后沉降提出了嚴(yán)格的要求設(shè)計(jì)上多采用CFG樁、注漿、旋噴樁等措施對(duì)原軟土地基進(jìn)行加固處理，然后再通過(guò)超載預(yù)壓來(lái)加速地基土層的壓縮變形，以減小工后沉降。 超載預(yù)壓 超載預(yù)壓法超載預(yù)壓法是處理土層的方法之一。當(dāng)邊樁水平位移超過(guò)5mm／d時(shí)，應(yīng)立即停止填筑，必要時(shí)進(jìn)行卸載處理，待恢復(fù)穩(wěn)定后再進(jìn)行填筑施工。（5）水平位移邊樁及觀測(cè)樁觀測(cè)坡腳水平位移邊樁及觀測(cè)樁沉降觀測(cè)采用徠卡(TC2003)全站儀測(cè)量，利用單三角前方交會(huì)法與視準(zhǔn)線法相結(jié)合的方法，對(duì)邊樁位移坐標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位量測(cè)。每次觀測(cè)完成后及時(shí)整理，匯總測(cè)量結(jié)果，繪制填土高度時(shí)間沉降量關(guān)系曲線。沉降觀測(cè)測(cè)量精度按照二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量要求。在路堤填筑期間，每天監(jiān)測(cè)一次，中間如因各種原因暫時(shí)停工期間，前2天每天監(jiān)測(cè)一次，以后每3天監(jiān)測(cè)一次，第15~30天每星期監(jiān)測(cè)一次，第30~90天每15天監(jiān)測(cè)一次，以后每個(gè)月監(jiān)測(cè)一次直至交驗(yàn)鋪軌。 觀測(cè)樁采用預(yù)制混凝土樁(150 mm x 150 mm1 000 m)，樁頂預(yù)設(shè)金屬測(cè)頭，縱向間距 20—50 m。接高后的測(cè)桿應(yīng)略高于保護(hù)套管口5～10 cm，套管頂用鐵皮帽封住，防止填筑施工時(shí)土粒落入管內(nèi)而影響測(cè)桿的自由沉降。為了使沉降觀測(cè)桿不受損壞，將保護(hù)套管垂直套進(jìn)測(cè)桿并使其與鋼板間隔 15 cm的距離。觀測(cè)桿與沉降鋼板焊接固定，并用3根直角鋼筋加強(qiáng)固定，使測(cè)桿與鋼板相互垂直。邊坡兩側(cè)坡腳外側(cè)2m、10m按順線路方向各布置一排地表水平位移樁（邊樁），樁與樁間距20~50m，在填筑成型的路堤路肩設(shè)置沉降觀測(cè)樁。 路基沉降觀測(cè) 路基沉降觀測(cè)的目的保證路堤施工的安全和穩(wěn)定，控制路基填土速率，推算工后沉降的發(fā)展趨勢(shì)，調(diào)整完善設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)再優(yōu)化，使地基處理達(dá)到預(yù)定的控制要求，為路基的交工驗(yàn)收提供收據(jù)。nln，在路基中線處曲線是平滑的，說(shuō)明振動(dòng)不明顯，而在軌道處明顯可以看出振動(dòng)跡象大約每隔0．2 S出現(xiàn)一次波動(dòng)，圖中波動(dòng)幅值很小，能滿足列車乘客的舒適要求。圖4給出了路基中線及離路基中線最近軌道處的沉降隨時(shí)間變化曲線，從中可以看出，沉降從零時(shí)刻開始迅速增大，到1 左右時(shí)達(dá)到最大值分別約為5 l39。由于分離式有限元網(wǎng)格的結(jié)點(diǎn)和單元數(shù)目遠(yuǎn)大于復(fù)合模量法，計(jì)算速度明顯低于復(fù)合模量法，因此在動(dòng)力分析中，采用復(fù)合模量法進(jìn)行計(jì)算，節(jié)省計(jì)算時(shí)間。動(dòng)力計(jì)算荷載采取實(shí)際測(cè)得的列車動(dòng)荷載。圖8 復(fù)合地基加固路堤的有限元模型靜力計(jì)算中列車及軌道荷載計(jì)算分別根據(jù) ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，以及結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算模型及荷載路基模型簡(jiǎn)化為二維平面問(wèn)題，寬度取 160 m，高度取 90 m計(jì)算機(jī)軟件 自動(dòng)劃分網(wǎng)格，有限元網(wǎng)格見圖4，其中圖 4a)為分離式有限元網(wǎng)格，共有 18 077個(gè)結(jié)點(diǎn)，5 910個(gè)單元；圖 4b)為復(fù)合模量法有限元網(wǎng)格，共有5 047個(gè)結(jié)點(diǎn)，1 62