鐵道工程技術專業(yè)畢業(yè)設計

1、鐵道工程技術專業(yè)畢業(yè)設計 題題 目：高速鐵路黃土路基沉降分析及控制目：高速鐵路黃土路基沉降分析及控制 學學 校：校： 專專 業(yè)：業(yè)： 學學 號：號： 姓姓 名：名： 指導教師：指導教師： 日日 期期: : 畢業(yè)論文任務書畢業(yè)論文任務書 題目高速鐵路黃土路基沉降分析及控制 學生姓名學號班級專業(yè)鐵道工程 承擔指導任務 單位 導師 姓名 導師 職稱 一、主要內容一、主要內容 (1) 黃土的介紹； (2) 路基產生沉降的機理分析； (3) 沉降對高速鐵路的危害； (4) 高速鐵路對路基施工后沉降的要求以及依據； (5) 黃土路基沉降的基本規(guī)律及影響因素分析； (6) 控制路基沉降的施工方法與技術措施；

2、 二、基本要求二、基本要求 (1)制定設計進度計劃，嚴格執(zhí)行，按期獨立完成設計任務。 (2)設計方法步驟可參考設計指導書，對于設計疑難問題，首先應獨立思考與查閱有關資料， 確實不能解決時，可向指導教師提出答疑。 (3)了解高速鐵路嚴格控制路基沉降的原因和目的。 (4)熟悉高速鐵路設計與施工的相關規(guī)范，明確各種地基上高速鐵路施工的步驟與關鍵技術 及控制指標。 (5)明確高速鐵路路基產生沉降的原因，熟悉各種地沉降控制的施工工藝和技術措施熟練運 用所學知識、參考資料分析實際工程問題。 (6)熟悉客運專線路基設計的特殊要求，了解黃土路基工后沉降的控制方法。 (7)能夠結合施工方案進行路基穩(wěn)定性計算和沉

3、降計算。 三、主要技術指標三、主要技術指標 鐵路客運專線。設計速度 350km/h，軌道類型為重型。 四、應收集的資料及參考文獻四、應收集的資料及參考文獻 1 陳仲頤，周景星，王洪瑾土力學M北京：清華大學出版社，2005. 2 龔曉南復合地基設計和施工指南M北京：人民交通出版社，2003. 3 池淑蘭，孔書祥路基工程M北京：中國鐵道出版社，2002. 4 中華人民共和國鐵道部鐵路路基設計規(guī)范 TB 100012005S2005 5 范云地基加固技術M石家莊：石家莊鐵道學院，1999. 五、進度計劃五、進度計劃 第第 1-41-4 周周 開題報告。路基沉降機理及其危害分析，熟悉各種控制沉降的施工

4、方法與技術 措施； 第第 5-85-8 周周控制沉降施工方法與技術措施經濟技術比較，沉降監(jiān)測方案設計。撰寫設計說 明。 第第 9 9 周周 整理、裝訂 教研室主任簽字時間 年 月 日 畢業(yè)論文開題報告畢業(yè)論文開題報告 題目高速鐵路黃土路基沉降分析及控制 學生姓名 學號班級專業(yè) 一、一、課題研究背景及國內外研究現狀課題研究背景及國內外研究現狀 我國人口眾多，隨著中國經濟的迅猛發(fā)展，城市化進程加快，我國鐵路呈現客流量大、 集中、行程長的特點。為實現我國鐵路事業(yè)跨越式的發(fā)展鐵路，客運專線已開始在我國大 力修建。目前，京滬、武廣、石太、鄭西、京石等鐵路客運專線已相繼開工?？瓦\專線列 車運行速度快，技術

5、標準高，對路基的要求嚴格，控制路基變形已成為高速鐵路路基的最 大特點。自 20 世紀 60 年代第一條高速鐵路在日本建成以來。世界范圍內出現了競相修建 高速鐵路的熱潮，國外鐵路發(fā)展的方向是重載及高速鐵路，高速鐵路的出現對傳統鐵路的 設計，施工和養(yǎng)護維修提出了新的挑戰(zhàn)，在許多方面深化和改變了傳統的設計方法和觀念。 我國幅員遼闊，地質情況復雜多變，其中黃土在我國分布廣泛，給鐵路工程建設帶來 了較大的影響和隱患，成為鐵路工程的關鍵問題之一，現在鐵路修筑經驗表明，作為支撐 路堤的地基不允許發(fā)生基底破壞，也不允許發(fā)生不能滿足適合使用要求的過大工后沉降和 和沉降速率。我國鐵路路基主要病害現象的路基下沉，有

6、不少是因為基底變形所致，對支 撐高速鐵路路基的地基來說。除了強度要求外，還有變形條件要求。日本東海道新干線建 成后，由于軟土地基沉降造成軌道狀態(tài)不良，不能達到設計速度和運量的要求。吸收了經 驗教訓之后日本對支撐高速鐵路路基的地基提出了強度要求，對不符合強度要求的地基要 采取加固和減少工后沉降的措施。其他許多國家也相應的提出了各種地基加固措施。目前 國內外對黃土地基的處理主要有墊層法、強夯法、水泥攪拌樁、孔內深層強夯擠密法、淺 層阻水方案和深層散水方案、沖擊壓實技術、灰土樁擠密法等。 二、研究方案二、研究方案 本畢業(yè)設計為高速鐵路黃土地基沉降控制。依據客運專線鐵路路基設計規(guī)范，滿足等 級標準要求

7、的黃土路基上鐵路客運專線路堤設計的主要內容包括以下幾個方面： 1 路基沉降的原因及路基對強度、填料的要求 路基沉降的原因包括路基填土、路堤填料的不當、地下水的影響等；客運專線無碴軌 道路基的填料要求；客運專線無碴軌道路基沉降的控制理念；客運專線無碴軌道路基沉降 的控制要求。 2.設計黃土路基處理措施及影響因素 黃土路基的處理措施有：墊層法、強夯法、水泥攪拌樁、孔內深層強夯擠密法、淺層 阻水方案和深層散水方案、沖擊壓實技術、灰土樁擠密法等。并分析了各種措施的處理效 果； 影響路基沉降的因素分為人為因素和自然因素；控制路基工后沉降的主要途徑、步驟和措 施。 3 路基設計和沉降計算 地基設計包括樁網

8、地基和非樁網復合地基。樁網地基設計包括 CFG 樁樁網復合地基和 灰土擠密樁；非樁網地基設計包括板樁結構、DDC 樁和水泥土擠密樁；介紹了樁網的加固 原理，沉降計算模式、各種機構設計以及沉降計算方法和公式。 4.沉降監(jiān)測 從沉降監(jiān)測的目的、監(jiān)測內容及要求出發(fā)，進一步介紹介紹沉降監(jiān)測的基本要求、技 術要求、監(jiān)測設備的選擇、觀測元件的埋設說明、沉降觀測的步驟和頻率、觀測資料的應 用等。 5.總結與展望。 三、預期達到的目標三、預期達到的目標 1.設計出的路堤能夠滿足鐵路客運專線路基設計規(guī)范 ； 2.充分考慮黃土路基的工程特點，熟悉黃土路基工程處理措施； 3.掌握路基穩(wěn)定性檢算和沉降計算的原理和方法

9、； 4.了解減少工后沉降應該采取的措施； 5.熟悉路基加固防護方案； 6.通過理論聯系實際，進一步鞏固和加強已學專業(yè)理論知識，加深理解，做到學以致 用。 同時，培養(yǎng)自己分析實際問題、運算、繪圖等基本技能。鍛煉自己閱讀參考書籍及運用有 關手冊、規(guī)范和技術標準等解決實際問題的能力。 四、進度計劃四、進度計劃 第第 1-41-4 周周 開題報告。路基沉降機理及其危害分析，熟悉各種控制沉降的施工方法與 技術措施； 第第 5-85-8 周周控制沉降施工方法與技術措施經濟技術比較，沉降監(jiān)測方案設計。 第第 9 9 周周 整理、裝訂 指導教師簽字時 間年 月 日 摘 要 高速鐵路代表了世界鐵路現代化發(fā)展的大

10、趨勢，是21世紀交通運輸的重大成果， 是人類的共同財富。隨著經濟的迅猛發(fā)展，交通運輸需求激增，我國鐵路客運專線 建設已經進入一個高速發(fā)展的時期，由于高速鐵路運行速度快、技術標準高、對路 基的要求嚴格， 控制路基變形沉降已經成為客運專線路基的最大特點。路基變形最 明顯、危害最大的問題是路基沉降。路基沉降控制是一個涉及因素較多、具有較大 不確定性的工程難題。 路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，工后沉降尤其發(fā)生幾率大、危害嚴重。 本論文從黃土的性質和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基 工后沉降的機理，控制路基工后沉降的必要性、步驟、措施、各種措施的特點，路 基沉降計算、監(jiān)測等方面

11、分析了路基沉降。 關鍵字： 黃土 路基工后沉降 控制方式 沉降計算 監(jiān)測 Abstract High-speed railway represents the railway modernization development trend in the 21st century, is the important achievement of transportation, is the common wealth of mankind. Along with the rapid development of economy, the transportation demand, China

12、railway PDL surge has entered a rapid development construction period，Due to the high speed railway running speed, the technical standard of roadbed, strict control of subgrade settlement of deformation and has become the biggest characteristic of PDL roadbed. The most obvious harm, roadbed deformat

13、ion of the biggest problems is the embankment settlement. Embankment settlement control is one which involves many factors, has large uncertainties of engineering problems. Embankment settlement including sub grade construction settlement and post- construction settlement, post-construction settleme

14、nt risk, particularly serious harm,This paper from the nature and characteristics of loess embankment settlement, the reason and harm, the control measures of embankment settlement and roadbed settlement mechanism, Control of sub grade settlement after the necessity, steps and measures, and the char

15、acteristics of measures, embankment settlement calculation, monitoring of embankment settlement. KEY WORDS： sienna embankment settlement control mode settlement calculation detectio 目 錄 第 1 章 緒論.1 1.1 選題背景及意義.1 1.2 我國鐵路路基現狀.1 1.3 黃土.1 1.3.1 黃土的顆粒組成會及結構.2 1.3.2 黃土的多孔性.2 1.3.3 黃土的濕陷性與變形特性.3 1.3.4 黃土的結

16、構性問題.4 第 2 章 路基沉降.4 2.1 路基沉降.4 2.1.1 路基沉降的原因.4 2.2 路基不均勻沉降的影響和危害.6 2.2.1 路基不均勻沉降對鋪軌施工的影響.6 2.2.2 路基對稱將對高鐵運營的危害.6 2.3 客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準.6 2.4 客運專線無砟軌道路基沉降的控制要求.8 2.41 沉降控制標準.8 2.4 .2 客運專線無砟軌道路基的填料要求.8 第 3 章 路基沉降的控制及計算.11 3.1 影響路基沉降的因素.6 3.1.1 影響沉降穩(wěn)定的自然因素.11 3.1.2 影響沉降穩(wěn)定的人為因素.11 3.2 濕陷性黃土路基處理方法及效果評價.8

17、 3.2.1 試驗段工程地基處理方法.8 3.2.2 地基處理效果方法.8 3.2.3 濕陷性黃土路基的沉降控制措施.8 3.3 路基工后沉降.14 3.3.1 路基工后沉降組成分析.14 3.3.2 工后沉降控制的重要性與特點.15 3.4 控制工后沉降的主要途徑.15 3.4.1 加強技術培訓及明確控制標準.16 3.4.2 重視黃土地質核查.16 3.5 工后沉降的控制步驟.16 3.5.1 施工前的控制措施.16 3.5.2 施工過程中的控制措施.17 3.5.3 加強路基沉降分析與預測.17 3.5.4 做好路基沉降觀測.18 3.6 地基設計.18 3.6.1 樁網地基設計.19

18、3.6.1.1 CFG 樁樁網復合地基.19 3.6.1.2 灰土樁樁網結構.24 3.6.2 樁板結構.26 3.6.2.1 整體構造分析.27 3.6.2.2 結構幾何尺寸優(yōu)化.27 3.6.2.3 承臺板設計.28 3.6.2.4 托梁設計.28 3.6.2.5 樁基設計.29 3.6.3 DDC 樁.32 3.6.3.1 適用性及沉降控制機理分析.32 3.6.3.2 沉降計算模式.33 3.6.3.3 復合地基下部土體的沉降.33 3.6.4 水泥土擠密樁.35 3.6.4.1 水泥土其它影響因素及有關性能研究.35 3.6.4.2 水泥土擠密樁的加固原理.36 3.7 地基沉降計算

19、.36 3.7.1 地基沉降計算基本原理.36 3.7.2 CFG 樁的沉降計算.36 3.7.3 樁板樁基承載力、沉降計算.39 第 4 章 路基沉降監(jiān)測.40 4.1 路基沉降監(jiān)測的目的.40 4.2 路基沉降的監(jiān)測內容及要求.40 4.2.1 沉降觀測基本要求.41 4.2.2 路基沉降監(jiān)測的技術要求.42 4.3 合理選擇觀測設備。.43 4.4 觀測元件埋設說明.43 4.5 沉降觀測操作要求.44 4.6 沉降觀測時間、頻率.44 4.7 沉降觀測資料的應用.45 第 5 章 結論與展望.47 5.1 結論.47 5.2 展望.47 參考文獻.48 致謝.49 鐵道工程技術畢業(yè)論文

20、 1 第 1 章 緒論 1.1 選題背景及意義 我國幅員遼闊，鐵路經過的地區(qū)比較復雜，路基作為鐵路的重要組成部分，是 承受軌道結構重量和列車荷載及各種附加力的基礎，路基本體必須有足夠的強度和 一定范圍內的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎路基的設計得到越來越廣泛的 重視，把路基作為土工結構物來設計的理念在路基設計中逐步得到體現,在一般情況 下，路基給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結問題， 所以路基沉降變形問題是高速鐵路設計中所要考慮的主要控制因素。 為了確保列車安全、平穩(wěn)運行，路基必須具有強度高，剛度大、穩(wěn)定性、耐久 性好，不易變形等優(yōu)良特性。隨著我國既有線大面積提速改造

21、及快速鐵路、高速鐵 路的修建，如何解決路基沉降這個屢屢出現的問題就被提上日程。 1.2 我國鐵路路基現狀 長期以來，我國新建鐵路沒有把路基當成土工結構來對待，而普遍冠名為土石 方。在“重橋隧，輕路基，重土石方數量，輕質量”的傾向下，路基翻漿冒泥、下 沉、邊坡坍滑、滑坡等病害經常發(fā)生，使新建鐵路交付運營多年仍不能達到設計速 度與質量，經濟效益與社會效益較差。 運營鐵路路基技術狀態(tài)不佳，強度低，穩(wěn)定性差，嚴重威脅鐵路運輸和安全， 已成為鐵路運輸的主要薄弱環(huán)節(jié)。如今，全國鐵路網已相繼完成四次提速，開發(fā)了 一批最高運行速度為140160KM/h的“快速列車”。運營時速為200KM的秦沈客運專 線的建成

22、通車，使我國鐵路路基設計施工水平有了較大幅度的提高，極大地促進了 路基工程的進步。 1.3 黃土 通常將具有以下特性的土稱為黃土；顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色； 顆粒組成以粉粒(0.050.005mm)為主，含量一般在60%以上；有肉眼可見的大孔隙、 較大孔隙，一般在1.0mm左右；富含碳酸鹽；垂直節(jié)理發(fā)育。公路工程中，根據黃土 鐵道工程技術畢業(yè)論文 2 沉積年代不同，可將黃土分為新黃土(如馬蘭黃土Q3、Q4)、老黃土(離石黃土Q12、Q22)、 紅色黃土(午城黃土Q1)三類；根據黃土的濕陷性又分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。 1.3.1 黃土的顆粒組成會及結構 黃土的顆粒組成以粉粒為主

23、，其含量可達50%以上，其中粗粉粒(0.050.01mm) 含量大于細粉粒(0.010.005 mm)含量。黃土中的粘粒、細粉粒和腐殖質膠體，大部 分被膠結成集?；蚋≡谏傲＜按址哿５谋砻妫蚓奂诖箢w粒間的接觸點處。黃土 中的粉粒和集粒共同構成了支承結構的骨架，較大的砂?！敖痹诮Y構體中由于其 排列比較疏松，接觸連接點少，構成了一定數量的架空孔在結構體中，而在接觸連 接處沒有或只有少量的膠結物質。常見的膠結物質有聚集在連接點處的粘粒，易溶 鹽及沉積在該處的CaCO3、MgCO3等。研究表明，黃土的粉粒含量越大，其孔隙比越 大，干密度越小，其濕陷性越明顯。粘粒的存在對濕陷性有抑制作用，當粘粒含量

24、 大于30時，濕陷性幾乎減弱到不復存在，當然這與粘粒的結構、性質及分布有關。 在顆粒大小中，小于0.01mm的顆粒對濕陷性的影響更加明顯。 1.3.2 黃土的多孔性 黃土中的孔隙，呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上、下貫通，其內壁附有 白色的膠結物，一般為CaCO3,這種膠結對黃土起著加固作用。一般將黃土的孔隙分 為以下三類：大孔隙，直徑約0.51.Omm，肉眼就可辯識；細孔隙，是架空結 構中大顆粒的粒間孔隙，肉眼看不見，可在放大鏡下觀察到：毛細孔隙，由大顆 粒與附在其表面上的小顆粒所形成的粒間孔隙，肉眼更看不見。由這三種孔隙形成 了黃土的高孔隙性，故又將黃土稱為“大孔隙土”。黃土孔隙率一般在

25、3560 之間，有沿著深度逐漸減小的趨勢；在地理位置上，自東向西，自南向北，黃土孔 隙率有增大的規(guī)律。一般認為黃土的孔隙是引起黃土濕陷的主要原因，但有資料表 明壓實黃土仍存在大孔隙，也具有濕陷性，表明這不是黃土濕陷的根本原因，但它 為黃土濕陷提供了足夠的空間【1】。 1.3.3 黃土的濕陷性與變形特性 濕陷性是指土在自重或附加應力與自重共同作用下受水浸濕后產生急劇而大量 的下沉。浸水濕陷只在士體自重作用下產生的黃土稱為自重濕陷性黃土，而浸水濕 陷在土體自重與附加應力共同下產生的黃土稱為非自重濕陷性黃土。根據自重濕陷 鐵道工程技術畢業(yè)論文 3 量與總濕陷量可對濕陷性場地進行濕陷等級與濕陷類型劃分

26、。非自重濕陷性場地的 濕陷起始壓力一般大于土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較弱，濕陷性事故較少，自 重濕陷性場地的濕陷起始壓力小于其上覆土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較強，濕 陷性事故多 。 黃土與其它粘土的區(qū)別在于黃土對含水量的變化極為敏感，含水量的高低嚴重 影響土的濕陷性和承載力的高低，含水量低時，土的濕陷性強烈，但承載力卻很高， 隨著含水量的增加，土的濕陷性逐漸減弱，承載力隨之急劇下降，而壓縮性卻得以 提高。根據大量土樣的試驗資料統計結果表明，黃土的濕陷性與飽和度成直線反比 關系，見表l-l，即飽和度愈低，土的濕陷性愈強，土的濕陷性隨著飽和度的增大而 降低。 表1-1 飽和度Sr與濕陷系數6s

27、的關系 飽和度() Sr 濕陷系數范圍 s 濕陷系數中值 s 300.090.1370.120 30400.040.1180.086 40500.020.1000.060 50600.020.0840.04 607000.0600.03 7000.03 0.015者只占3.4% s 黃土的壓縮性反映黃土地基在外荷載作用下產生壓縮變形的大小，主要取 決于土的密實程度和含水量，三者的關系見表l-2。 表1-2 黃土變形模量與含水量和孔隙比的關系 土類含水量（%）孔隙率（%）變形模量（Mpa） 1017474822.532.0 68464822.028.0黃土 814474919.022.0 121

28、8434510.040.0 222545488.01.5黃土狀粉質 粘土253040457.01.3 1.3.4 黃土的結構性問題 結構性應該是描述土物理本質中比粒度、密度、濕度重要的一個側面。它的重 要性早為太沙基所指出，也早為一系列學者所重視。如果說結構性對任何土都是重 鐵道工程技術畢業(yè)論文 4 要的，那么，對黃土就更是不可避免的，具有更大的意義。研究黃土的結構性及其 在力和水作用下的變化規(guī)律對整個土力學研究的對象都會有很大的輻射作用。 目前，將黃土受力、水作用后結構由損傷到破壞作定量描述的固體力學方法， 因其可以回避在尋求獨立表示土結構性參數上的困難，使結構性關系的建立出現了 新的跳躍。

29、但它仍然遇到了建立不同濕密狀念土在受到外力作用過程中損傷變量正 確表述的困難顯然，如果能夠找到一個能合理反映土的結構性及其隨水與力的作 用而變化的土結構性參數，無疑會使問題的解決更加直觀、更加靈活，會使土力學 的參數體系更加完善文獻中關于綜合結構勢這一新指標的提出及對其合理性、靈 敏性、穩(wěn)定性與普遍性的檢驗的相關研究表明： (1)黃土的結構可視為一個由單粒、集?；蚰龎K等骨架單元共同形成的空間結 構體系它的單元形態(tài)(單粒的礦物碎屑與集?；蚰龎K)確定了力的傳遞性能和土的 變形性質，它的連接方式(點接觸、面接觸)確定了土的結構強度，它的排列方式 (大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙)確定了土的穩(wěn)定性單粒點接

30、觸、架空孔隙占優(yōu)勢 的結構，濕陷性大；集?；蚰龎K，面接觸、粒間孔隙占優(yōu)勢的結構，濕陷性小 (2)黃土結構性的研究，應既注意揭示土顆粒排列的幾何特征(以孔隙分布特征 最為敏感)，又注意揭示土顆粒聯結(物理的和化學的，而以化學的為最敏感)的力 學特征，同時將結構與組成相結合，探討黃土的非均質性，各向異性 (3)從黃土力學的觀點來看，結構性研究的根本目的在于揭示結構性對土力學 行為的影響及內在聯系，因此，將土的微觀結構與宏觀力學行為相結合是一條正確 的研究途徑 (4)黃土的結構性問題在其結構聯結沒有遭到破壞以前表現為它維持結構可穩(wěn) 性的能力，它和顆粒聯結的特性與穩(wěn)定性有關；在結構聯結遭到破壞以后表現

31、為結 構可變性的能力，它和顆粒的排列特性與均勻性有關 第第2 2章章 路基沉降路基沉降的原因及影響的原因及影響 2.1 路基沉降 路基裸露在自然界中，整個路基經常受到自重、列車荷載和各種自然因素的作 用。由于水、溫度和各種荷載的作用，路基的各部分將產生可恢復和不可恢復的變 形，那些不能恢復的變形，將引起路基標高和邊坡坡度、形狀的改變，甚至造成土 體位移和路基橫斷面幾何形狀的改變，危及路基及其各組成部分的完整和穩(wěn)定，形 鐵道工程技術畢業(yè)論文 5 成路基的危害 2.1.1 路基沉降的原因 2.1.1.1 路基填土壓實度不足 由于壓實度不足，往往導致填方路基的不均勻沉降變形，路基兩側出現縱向裂 縫，

32、路基土體壓實度不足的主要原因有以下幾點: (1)施工受實際條件的限制。路基施工時，天氣太干燥，局部路堤填料粘土土塊 粉碎不足致使路基壓實度不均勻;暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能 超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠;某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當拼 接處理得不好時，其拼接處也會產生壓實度不足的情況。 (2)考慮到施工安全和進度，使得壓力或壓力作用時間不足，路基壓實不充分， 致使路基壓實度達不到規(guī)范要求。 (3)由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達不到規(guī)范要求。 (4)在填方路堤施工中，當路堤施工到一定高度以后，路堤邊緣土體往往存在壓 實度不足問題，對于較高的填方路基，

33、通常都要做相應的處治。 填方土體壓實度不足，其結果是土體前期固結壓力小于自重應力和各種附加應 力之和，在自重作用下就會發(fā)生沉降變形，這些附加應力主要來自以下幾個方面: 車載，尤其超載情況;含水量變化造成土體容重的改變;地下水位升降而導致浮 力作用改變;土體飽和度改變，引起負孔隙水壓力改變。這些附加應力引起土體中 有效應力改變，從而導致土體發(fā)生壓縮變形。 2.1.1.2 路堤填料不均勻，控制不當 在公路施工過程中，對填料、級配很難得到有效的控制，填料常常是開挖路塹、 隧道掘進產生的方法，這些填料性質差異大、級配也相差很遠。一方面，在施工過 程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質很難得到

34、有效壓實，在荷載 的長期作用下，回填料會產生不協調沉降變形，路面會產生局部沉陷，剛性路面還 可能產生裂紋。另一方面，由于回填料的性質不一樣，特別是有的回填料具有膨脹 性，在路基排水系統局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度， 嚴重的會使路面破壞。 2.1.1.3 地下水的影響 在地下水的交替作用下,路基土體內含水量反復變化,土體容重在一定范圍內波 動,更為重要的是由毛細管張力引起的負孔隙水壓力可以達到相當的數值,再加上水 鐵道工程技術畢業(yè)論文 6 的軟化、潤滑效應,可以使土體產生沉降變形。路基或地基中地下水的動態(tài)特征對路 基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補給來源有

35、 3 種類型，即地 下水側向補給、降雨補給、地表水側向補給。其動態(tài)變化及潛蝕作用影響到土體中 的有效應力分布、土體的結構特征和土體強度從而導致路基的不均勻沉降。 2.2 路基不均勻沉降的影響和危害 2.2.1 路基不均勻沉降對鋪軌施工的影響 路基不均勻沉降會增加施工難度和施工強度，在鋪軌時需要再度調整路基整體 的高度使其達到統一，因扣減可調整量很小并要預先填高一定量為工后沉降留有空 間以便達到設計標高，還要考慮未來行車后各不同時間段各路段不同土質以及路橋 過渡段不同沉降量。 2.2.2 路基對稱將對高鐵運營的危害 路基是路面的基礎,路基不均勻沉降必然會引起路面的不平整,導致路面產生許 多病害,

36、主要表現為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面 沉降、橋梁伸縮縫的跳車等,破壞了線路平順通暢，不僅難以滿足客運專線高速行駛 的要求,而且還會加大運輸成本,增加運輸時間,增加養(yǎng)護維修費用，減少使用壽命， 降低社會經濟效益，降低旅客舒適度，危及行車安全等。 2.3 影響路基沉降的因素 2.3.1 影響沉降穩(wěn)定的自然因素 2.3.1.1 地形 地形不僅影響路線的選定與線形設計也影響到路基設計。平原、丘陵、山嶺 各區(qū)地勢不同，各區(qū)的水和溫度的情況也不相同。平原區(qū)地勢平坦，地面水易于積 聚，地下水水位較高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然區(qū) 劃和土質所規(guī)定的臨界高度

37、：丘陵區(qū)地勢起伏，山嶺區(qū)地勢陡峭。如果排水設計不 當，或地質情況不良，易降低路基的強度與穩(wěn)定性，出現水毀、邊坡坍方、路堤沿 山坡的滑動等壞現象。 2.3.1.2 氣候 氣候條件，如氣溫、降水、濕度、冰凍深度、日照、年蒸發(fā)量、風向和風力等， 鐵道工程技術畢業(yè)論文 7 都影響路基水溫情況。在一年之中氣候有季節(jié)性的變化，因此路基水溫情況也隨 之變化。氣候還受地形的影響，例如山頂與山腳、山南與山北，就有所不同。即所 謂“小區(qū)地形與小區(qū)氣候”因此路基水溫情況也有所差異。大氣的溫度變化使路 基的溫度也發(fā)生相應的變化并造成土基內不同深度處溫度出現差異。在溫度差的 影響下，土基中的水分以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處

38、轉移，并積聚或凝結在該處。從 而使土基中的濕度分布發(fā)生變化特別是在季節(jié)性冰凍地區(qū)，濕度積聚現象更為嚴 重。 2.3.1.3 水文地質 水文條件指地面徑流、河流洪水位、常水位及其排泄條件、有無積水和積水期 的長短以及河岸的沖刷和淤積情況等。水文地質條件指地下水位、地下水移動情況、 有無泉水、層間水等。所有這些。都會影響路基的穩(wěn)定性，如處理不當，往往會導 致路基出現各種病害 2.3.2 影響沉降穩(wěn)定的人為因素 2.3.2.1 荷載作用 作用于路基的荷載有路面路基的自重(靜載)和機車的輪重(動載)。靜載在土基 內部產生的應力隨深度的增加而增加；相反，動載在土基內部產生的應力隨深度的 增加而減少。且車

39、型不同動載在土基內部的應力作用深度也不相同。隨著交通運 輸的蓬勃發(fā)展，交通量逐年增長，在很大程度上影響路基的穩(wěn)定性。 2.3.2.2 施工方法 正確的施工方法也是保證路基穩(wěn)定性的重要因素。就土質路堤而言，既要選擇 良好的土填筑路基，同時還要選用正確的填筑方法和合適的施工機械。通常采用水 平分層填筑法自下而上逐層填筑，并在土的含水量控制于最佳范圍同時進行充分壓 實。保證達到路基施工規(guī)范規(guī)定的壓實度，使路基具有足夠的強度和穩(wěn)定性。 相反，如果填筑方法不正確，壓實不充分。土基在車輛荷載的重復作用下就會出現 不同程度的變形沉陷。從而造成路面破壞。 2.3.2.3 養(yǎng)護措施 養(yǎng)護措施包括一般措施及在設計

40、、施工中未及時采用而在養(yǎng)護中加以補充的改 善措施。通過及時養(yǎng)護可以保證路基在使用期限內具有較高的強度和穩(wěn)定性。 鐵道工程技術畢業(yè)論文 8 鐵道工程技術畢業(yè)論文 9 第 3 章 路基沉降的控制 客運專線路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降，以確保高速列車的行車安全， 盡量滿足旅客對舒適度的要求，并減少日常維修工作。 3.1 濕陷性黃土路基處理方法及效果評價 3.1.1 試驗段工程地基處理方法 試驗段工程地基處理方法對濕陷性黃土的地基處理應達到兩個目的，其一是 消除處理范圍內的濕陷性，其二是提高地基承載力，提高地基的變形模量，減少壓 縮(固結) 變形試驗段采用多種地基處理方法，改變黃土結構，增加土

41、密度，達到 消除黃土的濕陷性的目的。 首先進行局部地表處理，挖除耕植土后，換填改良土和沖擊碾壓進行加固處理， 再采用樁基和碎灰土墊層處理，同時輔以土工布和土工格柵?？幽寡ㄌ?， 先挖出 松土，再用灰土夯填，然后再用鉆灌注水泥砂漿進行填實處理。 3.1.2 地基處理效果方法 對濕陷性黃土地基處理的成功經驗地分析研究得出：當濕陷性黃土厚度不大于 3m時，灰土墊層種經濟有效 的方法(但一般需要較大的翻挖地，不利于冬、 雨季施 工) 。深度相對較大(46m且環(huán)境影響要求較低時，可選擇強夯法，但它的有效性 與夯擊的最佳擊數(912擊)、夯錘的底面積(錘重l015t，錘底面上靜壓力宜為 2025 kPa )

42、、及地基土的含水量(最好為最優(yōu)含水量附近)有關更大深度(大于8m) 宜選擇擠密樁(孔內填以灰土或素土)、攪拌樁或 CFG樁，這些是處理厚濕陷性黃土 地基的經濟有效的方法，而且對調整地基的不均勻性和提高防水抗?jié)B性能也有一定 的作用。因此在條件允許的情況下， 在試驗段進行現場試驗和長期觀測， 能更好 地把握地基處理效果和路基變形規(guī)律。 3.1.3 濕陷性黃土路基的沉降控制措施 (1) 對試驗段濕陷性黃土、松軟土、地震液化土段地基，根據初步設計采用換 填、強夯、灰土擠密樁、CFG樁、水泥攪拌樁 、旋噴樁、碎石土墊層加鋪土工格柵 等多種地基處理方法進行加固，消除黃土的濕陷性和地震液化土的液化性 ，并對

43、松 鐵道工程技術畢業(yè)論文 10 軟土進行加固經檢測達到京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定和設計要求后轉入下道工 序施工。 (2) 在基礎處理前首先進行局部地表處理，提高地基上部的密實度，減少路基 的工后沉降?；A加固后保證地基系數 K3090MPam、壓實系數I0.95。 (3) 路堤填筑按照“ 三階段、四區(qū)段、八流程”水平分層( 每層松鋪厚度不超 過30cm) 填筑。推土機粗平，平地機精平，YZ1820型振動壓路機壓實；填料的最 佳含水量、碾壓遍數、碾壓速度及鋪設寬度等按現場填筑試驗段確定的施工參數進 行，根據壓實黃土的濕陷性隨含水量的減小而增加，隨干容重的增大而減小的試驗 分析特性，施工中填料含水量

44、偏差控制在最佳含水量的-13之間，填料的干密 度大于15.5kNm 以消除濕陷性；每填高1.5m左右采用YCT25型沖擊式壓路機碾壓一 次， 碾壓遍數根據現場試驗確定。路堤分層填筑主要控制質量達到壓實系數0.95 ，地基系數90MPam，靜態(tài)變形模量Ev245N/mm。 (4) 路基基床表層所采用的級配碎石，基層采用的改良黃土均有嚴格的材質、 粒徑和級求。為保證達到設計標準，設帶自動計量裝置配碎石拌和站和改良土拌和 站對填料進行集中拌和或改良，確保基床底層和基床表層的壓實質達到規(guī)范規(guī)定的 標準。 (5)為滿足工程進度及施工質量要求，施工中采用機械化作業(yè)。選用大噸位石方 挖掘、運輸及重型振動壓實

45、機械(過渡段選用小型振動壓實機械配合)，并配備級配 碎石攤鋪、拌和等特種機械。 (6) 為控制堤身的沉降，施工中加強檢測與試驗，確保路基填料特性和質量、 工程措施及施工全過程受控。根據德國高速鐵路施工經驗，在基床底層和表層施工 質量控制標準中增加靜態(tài)變形模量、Ev2控制指標。在路堤分層填筑質量檢測中，也 增加靜態(tài)變形模量控制指標Ev2。通過綜合指標控制，達到消除或減小路基工后沉降 量的目的。 (7) 黃土路基基底的沉降最突出的是濕陷性下沉，其次是壓縮下沉和增濕變形 引起的下沉,控制黃土路基濕陷性下沉和增濕變形下沉, 施工中采取的防排水措施有 以下幾個方面。 雨天不進行路堤填筑施工，并對剛填筑層

46、采取覆蓋防雨水滲人保護措施。 為確保路基填筑過程中不被沖刷破壞，每層填筑時應嚴格按設計要求做好路 拱以利排水，并在兩側路肩頂鋪設臨時磚砌擋水埝和急流槽。 路堤與路塹施工前先做好臨時排水系統，在施作臨時排水系統時應與永久排 水系統統籌安排，盡量做到永臨結合， 臨時工程按永久工程標準施作。 加強道床及路基的防排水設施，防止路基面的雨水滲人路基。雙線之間鋪筑 鐵道工程技術畢業(yè)論文 11 瀝青防水層，道床面雨水通過橫坡直接排出路基兩側 ，通過兩側排水溝排走。曲線 雙線之間鋪筑瀝青防水層，隔一定距離設置集水井， 縱向設置縱向排水管匯集，通 過橫向排水管排至兩側排水溝。 加強路基兩側地表防排水設施，防止路

47、基外地表水浸人路基。 防止地表水侵蝕地基，阻斷路基外地表水與地基的滲水通道。對整個線路經 過地段，因線路的修建而改變了原有地表的排水系統。所以要對線路兩邊附近的地 表坑洼地段進行回填，加強排水，防止形成匯水坑造成滲水通道。 加強防洪措施，對路基兩側的溝渠進行補充匯水面測量和流量計算。根據計 算結果對有可能產生洪水的溝渠加設截水溝、急流槽、導流堤等防洪設施。 3.2 路基工后沉降 路基的工后沉降，是指軌道工程鋪設后在路基荷載和列車荷載作用下，路基發(fā) 生的剩余沉降，即最終形成的總沉降量與路基竣工鋪軌開始時的沉降量之差。 客運專線路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以確保高速列車的 行車安全

48、，盡量滿足旅客對舒適度的要求，并減少日常維修工作。 客運專線建設具有其自身的特殊性，如線路長、地質情況變化大、工期長，路 基沉降過程實際上就是多級填筑過程中多方面因素共同作用的結果。沿線路基大都 采用了不同形式的地基處理方法以滿足客運專線對道路的平順性要求，如地基沖擊 壓實、CFG樁法復合地基等。 3.2.1 路基工后沉降組成分析 路基沉降按其組成成分劃分，包括路基填筑部分沉降和地基沉降兩部分。 路基填筑部分沉降屬壓密沉降，是由填料自重及線路上部結構和機車車輛的運 行引起的，與填料種類、壓實密度、預壓荷載及預壓時間有關，分3個時間段完成： 第一階段是路基施工階段的下沉，不影響工后沉降；第二階段

49、是路基施工完成，線 路上部結構和機車車輛重量未加載階段的下沉；第三階段是線路上部結構施工完成 后的下沉。后兩部分的沉降量影響工后沉降。 3.2.2 工后沉降控制的重要性與特點 (1)工后沉降控制是影響線路不平順性的重要因素。 工后沉降大小決定了高速鐵路線的平順性，理解線路平順性的重要性，就理解 了工后沉降控制重要性。以軌道連續(xù)高低不平順波長40m、幅值5mm為例，時速300km 鐵道工程技術畢業(yè)論文 12 時，將產生頻率2Hz、半幅有效值0.13g的持續(xù)振動加速度，超過5小時，人體血壓、 脈搏等生理現象會不正常，對駕駛人員的工作能力也有影響；對于普速的列車則可 以忽略。也就是說工后沉降控制不好

50、，線路不平順，行車舒適性和安全性就無法保 證，列車高速行駛就是空談。因此，在高速鐵路設計和施工中工后沉降控制作為一 個首要問題來對待是適當的。 (2)工后沉降控制是一個有時間性、過程性的問題。 首先，工后沉降起算時點非常重要。在秦沈客運專線修建之初，有人認為起算 點是在整個工程完工后，也有認為應在鋪軌完成后。隨著認識的深入，才確定工后 沉降起算點應在鋪軌開始時起算。從對工后沉降控制本身目標的實現來說，這更加 合理。應認識到的是，在其他方面相同的情況下，起算時間點越往前推越嚴格；其 實并非起算點一定要在鋪軌前，但如果起算點推后，一方面控制的標準應相應改變， 而且如果在鋪軌后再確認不滿足工后沉降，

51、則有關補救措施就難以實施 其次，有一個終止時間點的問題。由于每項工程都有壽命期，比如說高速鐵路 的壽命期為100年，免維修期更短。盡管為保證工后沉降控制的實現，宜取更嚴格的 標準，但是提高標準涉及成本大小乃至目標的實現性，故考慮該問題具有實際意義。 工后沉降控制的時間性還表現在：不僅要求能夠最終滿足工后沉降控制的要求， 還應該盡快滿足。這一點的重要性就表現在對工期的影響上；反過來，合理的工期 對工后沉降控制目標的實現也是至關重要的。 客運專線路基工后沉降控制標準的確定，既要考慮列車對路基的要求及線路維修 能力，也要考慮前期建設投資與后期養(yǎng)護費用的經濟比較，在保證客運專線列車高 速、安全與平穩(wěn)運

52、行的前提下，應取得經濟上的合理平衡。 3.3 控制工后沉降的主要途徑 目前工后控制沉降的主要應對措施有：加強基地處理加強填筑過程控制預留 沉降量補砟抬道；同時還應加強施工前的預防，具體措施有： 3.3.1 加強技術培訓及明確控制標準 (1)由于承包商對工后沉降控制缺乏經驗，可聘請專家現場指導。加強技術培訓， 大力培訓沉 降觀測人員、整理分析人員、計算預測人員，從控制方案、預測分析、 觀測操作上采取主動預控措施。 (2)制定路基工后沉降控制標準。工后沉降及沉降差控制標準一般采用四項指標： 鐵道工程技術畢業(yè)論文 13 工后沉降、不均勻沉降、錯臺、折角。200kmh無砟軌道線路工后沉降控制標準采 用

53、渝遂線試驗段控制標準，見表 31。 表31 工后沉降及沉降差控制標準表 工后沉降不均勻沉降差異沉降錯臺折角 30mm20mm/20m 5mm1/1000 3.3.2 重視黃土地質核查 (1)加強黃土地質核查，使采取的技術措施達到沉降預測與實際相符。 (2)在選定黃土的物理力學指標時，必須注意其地理環(huán)境、地貌單元、微地貌、 沉積年代及成因類型等條件影響所產生的差異性，同時掌握這些自然條件與黃土性 質之間的規(guī)律。 (3)黃土分布評價、濕陷性評價、現場浸水試驗以及微觀電鏡分析是了解黃土的 重要手段。 3.4 工后沉降的控制步驟 3.4.1 施工前的控制措施 (1) 制定控制標準。 制定控制標準是進行

54、工后沉降控制的基礎，在施工前應根據設計規(guī)范要求的沉 降值以及具體可能采用的施工工藝制定好沉降控制標準。 (2)加強地質普查。 在施工前根據設計文件，除對設計進行加固外(粉噴、碎石、CFG、壓填片石、 換填普通土等 )軟土地段地質情況進行核查外，還應對其它地段進行地質調查，并 要求所有路基基底均應進行貫入試驗 ，當試驗值不能滿足基底要求時 ，應及時與 設計部門聯系，采取相應的基底加固措施 ，以確保路基基底承載力滿足設計要求。 3.4.2 施工過程中的控制措施 (1) 制定施工工藝標準。 根據工后沉降的設計及規(guī)范要求，結合施工單位的施工機械、填料、施工方法 等，首先進行試驗段的填筑，尤其是地基處理

55、、過渡段施工等應進行試驗，根據試 驗參數，制定合理的確保填筑質量的施工工藝標準 ，在路基填筑施工過程中必須嚴 格按照制定的工藝標準實施。 鐵道工程技術畢業(yè)論文 14 (2)加強路基基底處理。 根據設計，對黃土路基地段按照要求進行加固處理，注意在加固過程中必須嚴 格按照設計施工。加固范圍必須滿足設計要求，路基基底加固完成后，必須找有資 質的部門進行檢驗檢驗基底承載力滿足設計要求后方準進行路堤填筑工。 (3)做好路基綜合排水。 路基施工期間及完成后應立即做好綜合排水系統，確保施工期間以及運營期間 路基排水系統順暢，路基不滲不沖。 (4)確保路基邊坡穩(wěn)定，控制邊坡填筑質量。 在路基填筑過程中，邊坡也

56、是一個軟弱點，為確保邊坡質量，在施工過程中采 取超寬填筑(一般超寬50cm)、邊坡夯拍，路基填高達到一定高度的，路基邊坡鋪設 土工隔柵進行加固，路基大于2.5m的，應全部采用骨架護坡進行防護，并全部進行 綠化，以確保邊坡穩(wěn)定，避免邊坡填筑不實造成自然下沉、沖刷滑坡等現象。 (5) 做好橋涵、堤塹過渡段的處理。 由于橋涵為剛性結構物，路基為柔性，橋涵不會發(fā)生下沉現象，路基一定會產 生工后沉降，因此必須做好橋涵過渡段的填筑。橋涵過渡段一般采取級配碎石進行 填筑，在填筑過程中必須與路基同步施工，并嚴格按照規(guī)范要求進行填筑，做到強 度、剛度變化的平穩(wěn)過渡。 3.4.3 加強路基沉降分析與預測 (1)沉

57、降問題包括填方路堤本身的沉降、黃土地基的壓縮變形以及黃土地基的濕 陷變形，各類變形均包括沉降量與沉降過程兩個方面。地基壓縮變形和濕陷變形有 較成熟的計算方法(主固結沉降采用分層總和法)對路堤本身沉降變形現行公路、鐵 路規(guī)范均沒有規(guī)定可參照水利土壩設計規(guī)范采用分層總和法計算。 (2)工后沉降量的延續(xù)時間考慮在實測曲線擬合的基礎上外延預估 ，與計算值 對比分析。實測曲線的擬合常用三點法和雙曲線法。為了分析沉降過程，按維固結 理論計算得到瞬時加載的沉降時間曲線，按加載過程采用實際填筑高度時間關 系進行修正，由修正后的曲線預估工后沉降及其完成所需的時間。 (3)沉降分析、預測采用半經驗半理論模式，根據

58、實測資料不斷調整計算參數、 模型，使預測與實測盡量吻合，確保實際工后沉降滿足要求。 (4)積極開展地質核查、沉降預測等專題研究，以科研成果指導沉降分析、預測。 3.4.4 做好路基沉降觀測 鐵道工程技術畢業(yè)論文 15 (1)路基沉降觀測的主要目的是確定無砟軌道工程的施工時間及工后沉降量，確 保工后沉降量滿足要求。 (2)地基沉降觀測采用在地基表面埋設沉降板加接桿測試，路基沉降采用在路基 表面埋設沉降板、觀測樁測試 ，路堤和地基深層沉降采用鉆孔埋設沉降磁環(huán)分層測 試。 (3)沉降觀測以二等幾何水準測量高程，觀測精度不低于1mm。采用精密水準儀、 銦化水準尺。觀測做到四個固定：固定觀測人員；固定儀

59、器及水準尺；固定后視尺 讀數；固定測站及轉點。 (4)每次觀測完畢，及時繪制沉降點的時間填土高度沉降量的關系曲線。 3.4.5 客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準 鐵路路基壓實質量是保持線路穩(wěn)定與平順，保證列車能高速、安全運行的重要 條件，而控制和檢測壓實質量的標準、方法和設備，則是保證壓實質量的重要措施。 客運專線鐵路路基質量檢測參數主要包括地基系數，動態(tài)模量，空隙率 30 K vd E n(或壓實系數K)，變形模量四項指標?？障堵蕁是土體中空隙體積與土的三相體 2V E 積的比值，而壓實系數K是指工地碾壓時達到的干容重與相應的擊實試驗得到的最大 干容重之比，即相對理論壓實的比例，均反映土體

60、的松密程度；地基系數：是 30 K 表示土體表面在平面壓力作用下產生的可壓縮性的大小，是我國原有鐵路規(guī)范對路 基壓實質量的強度檢測指標；變形模量是通過圓形承載板和加載裝置對地面進行 2v E 第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，測得的應力位移曲線上0.3與0.7 max0 之間的位移割線斜率確定，用來分析土體的變形性質和承載能力；動態(tài)變形模 max0 量是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時間作用下抵抗變形能力的參 vd E s F ts 數，可直接用于評判路基的壓實質量。 雖然地基系數值是反映路基土強度及變形關系的參數，但試驗的荷載沉 30 K 降曲線是一次加載得出的，其沉降包括了填料的彈