高速铁路中低压缩性土路基工后沉降控制与技术管理体系

中低压缩性土是高铁路基的主要承载地层，对其性能的认知水平和处理技术直接决定了高铁路基沉降控制效果和建造成本。对中低压缩性土近十多年研究成果进行系统总结的基础上，首先，介绍高铁中低压缩性土路基工后沉降控制技术管理体系及其各重要组成部分；然后，分别详细论述了中低压缩性土变形特性与分类标准、毫米级工后沉降计算方法以及地基处理等核心技术；最后，通过工程实例从土性分类、工后沉降计算、地基处理措施以及监测反馈、评估等各环节，展示高铁中低压缩性土路基工后沉降控制技术管理体系在工程实践中的应用。结果表明，高铁中低压缩性土路基工后沉降控制与技术管理体系可以实现中低压缩性土判别分类、高精度沉降计算、经济适宜的地基处理、变形监控反馈的有效衔接，从管理角度实现建设、勘察、设计、施工、监测、评估各个单位的协同工作，达到动态闭环控制，确保高铁中低压缩性土路基满足“毫米级”工后沉降要求。     

CFG桩控制深厚层软土地基沉降的试验研究

高速铁路对路基的工后沉降提出了严格的要求．据研究，路基在列车荷载作用下和路基本体在自重作用下产生的工后沉降是有限的，地基引起的工后沉降决定了路基工后沉降能否满足标准要求。因此正确选择能满足高速铁路技术标准要求的合理的软土地基处理方案和设计参数，是一项迫切需要解决的课题。本文根据某CFG（Cement Flyash Gravel）桩加固深厚层软土的试验成果，研究地基沉降规律、控制软土路基工后沉降的效果及CFG桩地基沉降的计算方法，结果表明：CFG桩是一种处理深厚层软土、有效控制路基工后沉降的方法；加固区沉降宜按复合模量法（Esp=εEa，ε为复合地基与天然地基承载力标准值之比；Es为天然地基压缩模量）计算，研究成果为CFG桩在高速铁路深厚层软土路基上的设计和应用提供了依据。     

基于工程易损性灾变论的高铁路基服役状态评价

传统铁路路基状态评估的有损检测不宜用于高铁无砟轨道,而以轨检车为代表的无损检测物理意义不明确,难以定性路基病害或预测其变化趋势。鉴于高铁路基易受工后沉降及运营环境等多因素影响,类似于工程承灾模型,故以灾变论为基础,引入工程易损性理念。分别将运营环境与路基自身属性类比为致灾体、承灾体,将常规轨检车动检与工后沉降监测、外部运营环境调查相结合,采用可拓物元分析法为计算模型,提出高铁路基服役状态评价新方法,并依托沪宁城际铁路典型区段展开实例分析。研究结果表明:引入工程易损性理念后,实现了基于统计学意义、工学机理与工程地质环境的高铁路基状态"三位一体"综合评判,有助于反映其瞬时性状、病害成因及发展趋势,较传统方法更为全面合理。该方法可为高铁路基服役状态的提前预判与及时响应,以及铁路部门运营方案调整及养护维修等提供理论支撑。     

动荷载与冻融相互作用对高铁路基沉降的影响

研究目的:近年来,我国高铁发展迅速,高铁路基沉降问题引起工程界高度重视。季节冻土区路基沉降问题研究尚属起步阶段,相关的研究还有待深入。本文从季节冻土地区高铁路基特点出发,针对高铁动荷载与冻融循环过程的相互作用,研究路基沉降的类型、机理及发展变化规律,给出路基沉降量的计算模式及方法,并给出算例加以验证。研究结论:(1)动荷载与冻融循环相互作用,在不同循环阶段产生沉降的性质与机理也不相同;(2)季节冻土地区路基沉降分为压缩沉降、压密沉降和热融沉降,从沉降量大小分析,冻土升温融化阶段产生的沉降量最大;(3)沉降量主要受土中的成分如气体、未冻水及矿物颗粒的影响,在动荷载作用下孔隙率变化是影响沉降的重要因素;(4)本研究成果可为季节冻土地区路基设计、维修等提供参考,也可为高铁路基沉降控制设计及施工提供依据。     

模拟高铁轨道列车荷载附加沉降的堆载预压试验研究

轨道列车荷载的附加沉降是高速铁路路基工后沉降分析评估的主要难点之一,采用等效堆载来模拟轨道列车荷载开展现场试验,通过实测沉降数据,分析等效结构层荷载作用下软土路基变形特征,及其对工后沉降与年沉降速率的影响规律,在此基础上,对轨道铺设的变形控制条件进行综合评价,该方法为高速铁路轨道列车荷载的附加沉降的分析评估提供了有效参考。     

西宝客运专线宝鸡南站路基四线桩板结构研究

西宝客运专线宝鸡南站正线及相邻两侧到发线铺设无砟轨道,路基最大填方高度约10 m,地表为第四系黏质黄土,最大厚度约30 m,且车站内横向结构物密集,过渡段频繁设置,路基工后沉降难以控制。采用一种新型路基基础结构形式——四线连续埋入式桩板结构,通过沉降观测与评估、动态检测及运营实践证明,使用效果良好。该结构较传统复合地基相比,具有有效控制沉降、方便施工、缩短工期等优势。     

铁路路基沉降病害监测技术研究

研究目的:随着高速及重载铁路的发展,路基沉降已成为列车运营安全控制要素,大量路基病害均与此有关。本文通过铁路路基沉降病害特征、作用机理及沉降预测方法的研究,并对传统路基监测方法和三种新型路基沉降监测方法(车载探地雷达监测技术、合成孔径雷达干涉技术和分布式布里渊光纤传感技术)进行分析,为铁路路基沉降病害监测提供参考。研究结论:(1)铁路路基沉降主要来自路基本体和地基两个方面,是在多种因素共同作用下产生的;(2)沉降预测方法主要是基于已有的监测数据,并处于不断发展的过程中;(3)传统的监测方法已不满足高效、无损、实时的现代监测要求,新型监测方法基本满足要求,但仍存在一定的局限性;(4)在铁路路基沉降监测方面,有向分布式光纤传感监测技术发展的趋势。     

高速铁路路基工程观测期不足沉降控制技术研究(Ⅱ)工程应用和验证

依托杭绍台铁路项目，介绍超载预压沉降量化计算与设计方法在解决高铁路基工程沉降观测期不足问题中的系统应用，基于现场沉降观测数据和分析，全部沉降观测期不足的路基工点如期通过了两次工后沉降评估和顺利开展后续工序施工。工程实践表明：相比于传统二次地基加固技术，全新的超载预压补强计算与设计技术可经济高效地控制地基工后沉降，进而克服工程建设剩余预压或静置期不足的困境；地基沉降发生发展的固结理论计算与实际情况基本保持一致，在此基础上有助于提前预判超载补强方案如期推进实施的可靠性。此外，还指出今后项目应用中在沉降时间量化计算、沉降观测与评估质量把控以及周边环境管控等方面需要重视的事项。     

新建铁路大临线临沧站站场路基沉降评估分析

为探索施工期站场路基沉降规律,以临沧站为例建立现场监测段,采用曲线拟合法对路基沉降值进行预测,确定适合该地区的沉降预测手段;并对施工期高填方路基内部应力特征及路基沉降特征进行总结分析;依据相关国家规范,制定针对施工期站场路基质量的评估体系。研究结果表明:三点法和指数曲线法对该地区沉降预测适应性较好,误差在±1%之内,而采用双曲线法所得计算值普遍偏大;路基内部土压力随着填土高度的增加而增大,填土结束后土压力值逐步趋于稳定;路基累计沉降与施工填土工况直接相关,且最大沉降速率发生在施工填土初期;依据施工期路基质量评估准则,该段铁路路基施工工艺及施工质量符合要求,路基沉降发展安全可控。研究成果对铁路施工期路基沉降预测及路基质量评估具有重要参考意义。     

客运专线无砟轨道桩网结构模型试验研究

无砟轨道线路状态的调整只能通过扣件系统进行,其对轨下的基础沉降、差异沉降及弯折变形提出严格要求。为了研究在经过桩网结构地基加固后的土质路基上修建的无砟轨道是否满足要求,在室内进行了桩网结构大比例模型试验研究,测试在填筑和循环载荷试验情况下的路基沉降、基床动应力、桩顶与桩间土土压力,以及桩的应力应变分布等数据。研究表明:①桩网结构累积沉降值较小,能满足无砟轨道对工后沉降25.0 mm的要求;②桩网结构中的网具有荷载分担作用,桩起竖向增强作用,桩土应力比约为2.45;③桩的承载力由桩侧摩阻力与桩端支承力共同贡献,当地基中存在软土层时,桩侧有产生负摩阻力的趋势,中性点位于软土层下部交界面处。     

遂渝线无碴轨道路基施工及沉降观测技术研究

研究目的：总结无碴轨道路基施工及其沉降观测的工艺方法和技术参数，验证软土路基桩网加固结构和红层泥岩改良的合理性，为今后制定类似工程施工的技术标准提供参考。 研究方法：按照四区段八流程、采用冲击碾压加速沉降的方法填筑路基，采用K30、Ev2、Evd检测手段检验路基碾压的密实度。采用埋设沉降板和剖面管方法，长期跟踪观测、记录路基沉降变化的数据，并编写程序预测远降变化的规律。 研究结果：桩网加固段和红层泥岩改良段路基的密实度达到了设计的要求。沉降板观测结果：预测总沉降为小于15mm，6个月沉降小于8mm，均满足工后沉降15mm的标准要求：20m不均匀沉降观测结果为7．89mm，小于20mm／20m的标准要求。研究结论：经高填方桩网路基施工技术和红层泥岩配制石灰拌和料回填碾压路基施工技术做的路基，通过了路基评估验收，满足时速200km无碴轨道的要求。     

斜向旋喷桩加固既有重载铁路路基状态评估

以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基为工程背景,通过对典型路基断面进行现场检测,评价加固前后的路基状态。对相应断面路基的稳定性进行分析计算,得到加固前后的稳定安全系数。并借助于有限元软件进行平面建模,分析加固前后列车荷载作用下的路基面的沉降。对斜向旋喷桩的加固效果进行综合评估,结果表明斜向旋喷桩对提高路基稳定性及降低路基面的沉降具有积极作用,可供类似工程参考。     

高速铁路路基不均匀沉降对CRTS Ⅲ板式轨道受力变形的影响

应用有限元方法建立土质路基上CRTS III型板式无砟轨道系统空间耦合模型,研究路基不均匀沉降作用下板式轨道的受力和变形特性,以及路基发生不均匀沉降时底座板和路基表层之间接触应力和脱空区域的变化规律。结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在重力作用下会发生跟随性变形;轨道板、自密实混凝土和底座板在路基沉降作用下的应力受路基沉降波长和幅值的综合影响,路基沉降幅值越大,轨道各层受力越大,波长为20~30 m的路基沉降对轨道应力的影响较大;底座板和路基表层间的接触应力和脱空区域随着路基沉降幅值的增大而增大,随着路基沉降波长的增大出现先增大后减小的变化趋势。由此可见,路基不均匀沉降会对轨道结构的受力和变形产生明显影响,严重时会造成轨道脱空,对行车安全舒适性产生较大影响,应加以严格控制。     

高速铁路粗粒土路基沉降特征及预测研究

为研究高速铁路粗粒土路基沉降特性,采用单点沉降计对无砟轨道路基实尺模型的沉降进行长期观测,结果表明,粗粒土填方路基的沉降主要由填筑引起的瞬时压缩、粗粒土引起的流变以及外荷载引起的变形等组成,其中路基填筑产生的变形占50%左右,粗粒土流变产生的变形占40%左右;路基填筑完后,由粗粒土流变产生的变形占填筑后总沉降的比例可达80%,路基的最终沉降主要由粗粒土流变变形组成。根据粗粒土路基的沉降特性,采用开尔文流变模型构建了相应沉降预测函数。研究表明:基于开尔文模型的沉降预测结果与实测数据吻合较好,为高速铁路粗粒土路基的沉降预测问题提供参考。     

客运专线路基工程中管桩应用机理研究

研究目的:管桩已广泛应用于客运专线和高速铁路建设工程中,为深入探讨管桩的承载性能和路基实测沉降特性,并研究管桩的抗剪性能及在路基整体稳定中的作用,结合京津城际客运专线的设计、施工和沉降监测,系统地研究管桩在路基工程中的应用机理.研究结论:管桩具有高强、工期快、质量易于控制等优点,可满足客运专线建设标准高的要求,总沉降量和不同阶段的沉降速率明显优于其它加固方式;在水平力作用下土质地基中管桩是受弯破坏形态,按抗剪强度验算路基整体稳定性导致安全系数估值偏高;管桩承载有桩筏结构、桩板结构和桩网结构等方式,建议加强施工质世控制、提高桩间土强度、改善桩顶的连接方式并开展桩梁结构的研究.     

高速铁路中等压缩性土沉降试验研究

中等压缩性土在我国分布极为广泛，是我国高速铁路路基的主要承载地层。面对毫米级工后沉降控制要求，研究中等压缩性土地基处理方式对高铁路基设计与建设具有重要意义。通过现场试验，分析了不同地基处理方式下高铁中等压缩性土地基沉降变形规律。研究结果表明，中等压缩性土地基沉降实测推算值明显小于理论计算值，为计算值的0.6～0.8倍；路基填筑完成时，中等压缩性土层沉降完成比例约为50%,预压9个月后，完成比例为90%～95%,若能保证1年以上的预压期，可不考虑其对工后沉降的影响；砂桩加固可加快填筑期间的沉降完成比例，但由于该层土沉降完成较快，不处理、部分处理、全部处理在预压9个月后三者沉降无明显差别。本文研究成果可指导高速铁路地基处理方案选择。     

广深准高速铁路软土路基后期沉降分析

通过对广深准高速铁路软土路基后期沉降现状的调查，分析了后期沉降的特点，以及与软层厚度、路堤高度、工程措施、固结时间等因素的直接关系，对既有沉降的状态评估、设计施工的日后改进及沉降标准值的探讨提出了一些看法。     

斜向水泥土桩加固路基室内模型试验研究

通过室内模型试验研究斜向水泥土桩加固技术的工作机理是一种比较有效的方法,在国内尚无先例。此次模型试验设计,主要考虑在线路荷载作用下路基本体的沉降变形相似和桩体材料的刚度相似两个方面出发,共设计了8组模型试验,通过模型试验研究了路基顶面沉降变化规律、路基边坡位移变形规律、路基土体内部竖向应力分布规律及水泥土桩体受力变形特征,得到了一系列有价值的结论。     

武广铁路客运专线路基复合地基褥垫层填筑工艺试验研究

为满足高速列车运行的高平顺性、高稳定性、高舒适性及高安全性的目标,保证路基足够的强度、刚度、长期稳定性及耐久性,保证纵向刚度与变形的均匀协调性,从无砟轨道路基设计到施工中对地基加固处理、沉降变形控制、基床结构、路基填筑与检测控制、防排水系统设置、不同结构过渡及无砟轨道铺设前的综合观测与评估等关键技术进行了全面的阐述.     

桩-网结构路基沉降计算方法探讨

研究目的:桩-网结构路基是一种有效的软土地基加固处理方法,但目前对桩-网结构路基沉降尚未形成比较成熟的计算理论和方法。研究结论:首先简要分析了桩-网结构路基的作用机理,然后概述了目前桩-网结构路基沉降常用的计算方法,并以京沪高速铁路某断面作为研究对象,利用复合模量法和桩身压缩量法求解加固区沉降,利用布氏法和日本的L/3法求解下卧层的沉降计算并与实测值进行对比,说明这种方法计算桩-网结构路基沉降是有效可行的。