客运专线路基沉降变形控制技术探讨

沈启炜

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

为保证高速列车的行车安全、旅客舒适度和减少养护维修工作量，客运专线对路基工后沉降控制严格[1]。我国客运专线路基工后沉降控制标准见表1。

表1 路基工后沉降控制标准

施工工程中的路基沉降变形控制亦相当重要。本文对客运专线路基施工过程中变形和沉降控制技术进行了探讨，对客运专线路基工程施工有一定的借鉴作用。

1 观测断面和观测点的布设

观测断面应根据不同的结构部位、填方高度、地基条件、堆载预压等具体情况来设置沉降变形观测断面。同时应根据施工过程中掌握的地形、地质变化情况调整或增设观测断面。

1.1 观测断面设置

沿线路方向的间距一般不大于50 m。对地势平坦且地基条件均匀良好的路堑、填方高度<5 m且地基条件均匀良好的路堤，可放宽到100 m。对于地形、地质条件变化大的地段应适当加密。路堤与不同结构物的连接处，应设置沉降观测断面。每个路桥过渡段在距离桥头5 m、15 m、35 m处，分别设置一个沉降变形观测断面。每个横向结构物两侧，各设置一个检测断面。一个沉降观测单元(连续路基沉降观测区段为一单元)应不少于2个观测断面。对地形横向坡度大于1∶5或地层横向厚度变化的地段，应布设不少于1个横向观测断面。

1.2 观测点设置(见图1)

为利于测点看护，集中观测，统一观测频率，各观测项目数据的综合分析，各部位观测点须设在同一横断面上;路堤地段采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型监测断面。Ⅱ型断面仅在桥头布置。一般路基地段，布置Ⅰ、Ⅱ型检测断面。一般情况下，每间隔3个Ⅰ型监测断面，设置一个Ⅲ型监测断面。路堤与横向结构物过渡段，于横向结构物顶部沿横向结构物的对角线方向铺设剖面沉降管。横向结构物两侧外边缘各2 m处，设置一个Ⅰ型观测断面，平面布置见Ⅳ型。路堑地段采用Ⅴ型监测断面。分别于路基中心，距两侧路肩1 m处，各设1根沉降监测桩。路基中心设沉降板，底板置于基床底层顶面，观测路基面的沉降。软土、松软土路堤地段，除设置沉降观测设施外，还应设置位移观测桩。位移观测桩设置于两侧坡脚外2 m、10 m处，并与沉降观测桩、观测板等位于同一断面上。路基水准路线观测按国家二等水准测量精度要求，形成附合水准路线，布设沉降观测点位及水准路线。

图1 各种沉降监测剖面元件布置示意(单位:m)

2 观测元件与埋设技术要求

2.1 沉降观测桩(见图2)

桩体选择φ20 mm不锈钢棒，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，通过测量埋置在设计位置，埋置深度不小于0.3 m。桩周0.15 m用C20混凝土浇筑固定。完成埋设后，测量桩顶高程作为初始读数。

2.2 沉降板(见图3)

应严格按设计要求进行埋设。一般情况下，它由底板、金属测杆(φ40 mm镀锌铁管)及保护套管(φ49 mm PVC管)组成。钢筋混凝土底板尺寸为50 cm×50 cm，厚5 cm。

图2 路基沉降观测桩埋设布置(单位:mm)

图3 路基沉降板埋设布置

沉降板埋设位置处可垫10 cm砂垫层找平，埋设时，确保底板的水平与垂直度，确保测杆与地面垂直。放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，再套上保护套管。保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖，封住管口，并在其周围填筑相应填料，稳定套管，完成沉降板的埋设工作。按二等水准标准测量埋设就位的沉降板测杆，杆顶高程读数作为初始读数。随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以0.5 m为宜。接长前后，测量杆顶高程变化量，确定接高量。金属测杆用内接头连接。保护套管用PVC管外接头连接。接长套管时，应确保垂直，避免机械施工等因素导致套管倾斜。

2.3 定点式剖面沉降测试压力计

定点式剖面沉降测试压力计底板采用沉降板底板。埋设位置应按设计测量确定。埋设位置处可垫10 cm砂垫层找平。埋设时，确保底板水平，填土至0.6 m，高度碾压密实后开一小凹坑，将压力计放入坑内，用细粒土将坑填平后，继续施工路基填土。埋设完成后，将压力计监测线沿水平方向甩到坡脚后，在坡脚处设C20素混凝土保护墩(0.50 m×0.50 m×0.95 m)。墩内预埋剖面管管材，监测线从管内穿出。墩旁设监测桩，监测桩采用C20素混凝土灌注，断面采用0.5 m×0.5 m×1.6 m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数。

2.4 剖面沉降管

采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求。导管内十字导槽应顺直，管端接口密合。剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头预埋在剖面沉降管十字导槽内，从一端按一定间距依次读数(见图4)。

图4 路基剖面沉降管埋设布置

路基基底剖面沉降管在地基加固及垫层施工完毕后，填土至0.6 m，高度碾压密实后开槽埋设。开槽宽度20～30 cm。开槽深度至地基加固垫层顶面。槽底回填0.2 m厚的中粗砂。在槽内敷设沉降管(沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳)，其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。Ⅳ型断面中，剖面管在涵顶填土厚0.6 m处开槽埋设，原则同基底剖面管埋设方法。沉降管埋设位置挡土墙处应预留孔洞。沉降管敷设完成后，在两头设置0.50 m×0.50 m×0.95 m C20素混凝土保护墩，并于一侧管口处设置监测桩。监测桩采用C20素混凝土灌注，断面采用0.5 m×0.5 m×1.6 m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。

采用横剖仪和水准仪进行横剖面沉降观测。每次观测时，首先用水准仪测出横剖面管一侧的观测桩顶高程，再把横剖仪放置于观测桩顶测量初值，然后用横剖仪测量各测点。区间每2.0 m测量一点。车站内测点间距可为3.0 m。

2.5 位移边桩

采用C15钢筋混凝土预制，断面为15 cm×15 cm正方形，长度不小于1.5 m。在桩顶预埋 φ20 mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线。

边桩埋置深度在地表以下不小于1.0 m，桩顶露出地面不应大于10 cm。埋置方法采用洛阳铲或开挖埋设。桩周以C15混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳定。完成埋设后，采用全站仪测量边桩高程及距基桩的距离，作为初始读数。

2.6 单点沉降计

单点沉降计是一种埋入式电感调频类智能型位移传感器，由电测位移传感器、测杆、锚头、锚板及金属软管和塑料波纹管等组成。采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径φ108 mm或φ127 mm，钻孔垂直，孔深应达到硬质稳定层(最好为基岩)，并与沉降仪总长一致。孔口应平整密实。安装前，先在孔底灌浆，以便固定底端锚板。安装时，锚杆朝下，法兰沉降板朝上，要注意用拉绳保护，以防止元件自行掉落，采用合适方法将底端锚板压至设计深度。每个测试断面埋设完成后，位移计引出导线，用钢丝波纹管进行保护，并挖槽集中从一侧引出路基，引入坡脚观测箱内。一般在埋设完成后3～5 d，待缩孔完成后，测试零点。观测路堑换填基底沉降或隆起变形埋设在换填基底面，表面应平整密实。观测路基本体变形，按设计断面图埋设。

3 观测技术要求

路堤地段，从路基填土开始进行沉降观测。路堑地段，从级配碎石顶面施工完成开始观测。路基填筑完成或施加预压荷载后，应有不少于6个月的观测期。观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测时间或采取必要的加速或控制沉降的措施。沉降观测设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的填筑施工要与设备的埋设协调，做到互不干扰、影响。观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行，不能影响路基填筑质量。路基施工不能影响到观测设备。路基填筑过程中，应及时整理路堤中心沉降观测点的沉降与边桩的位移量。当中心地基处沉降观测点沉降量>10 mm/d或边桩水平位移>5 mm/d、竖向位移>10 mm/d时，应及时通知项目部，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。观测精度要求:路基沉降观测水准测量的精度为±1.0 mm，读数取位至0.1 mm;剖面沉降观测的精度应不低于8 mm/30 m;位移观测测距误差±3 mm;方向观测水平角误差为 ±2.5″。观测频次依照路基沉降观测的频次规范规定。

实际工作进行时，观测时间的间隔还要看地基的沉降值和沉降速率。当两次连续观测的沉降差值>4 mm时，应加密观测频次;当出现沉降突变、地下水变化及降雨等外部环境变化时，应增加观测频次。观测应持续到工程验收，交由运营管理部门继续观测。

4 效果及评估结果

以DK956+381.51—DK959+906.27段路基区段为例，采用上述方法观测后进行沉降评估分析如下。

4.1 统计分析

1)运梁车通过后，路基(包括涵洞、过渡段)沉降波动幅度统计分析如下:根据观测数据统计显示，沉降板沉降波动范围为0.27～2.76 mm，涵洞观测标波动范围为0.28～3.42 mm。

2)运梁车通过后，路基(包括涵洞、过渡段)沉降增量统计分析如下:沉降板沉降增量为－0.82～3.19 mm，涵洞观测标沉降增量为－0.07～3.03 mm。

3)最后四期沉降数据统计分析:统计显示该区段所有测点最后四期(且观测时间不少于1个月)沉降观测数据未见持续下沉的情况，满足路基评估标准。

综上所述，该路基区段96个测点满足路基评估标准2，直接判断其处于稳定阶段，占89.72%，代表性曲线(见图5)，不满足评估标准的共计 11个测点，占10.28%，对其进行曲线回归预测。

图5 沉降曲线

4.2 工后沉降回归预测

针对不满足稳定评估标准的，采用了遗传算法双曲线、GM(1，1)法及Asaoka法。路基选择运梁车通过后的沉降观测数据进行预测分析，见图6。

图6 沉降预测曲线

1)采用三种预测方法预测得到的最小相关系数为0.92，满足《评估技术指南》要求;

2)三种方法预测得到的工后沉降均为0，均满足《评估技术指南》<15 mm的要求;

3)当前沉降量与预测最终沉降量比值最小为84.84%，满足《评估技术指南》不小于75%的要求。

5 结语

在石武客运专线建设过程中，通过精心管理与实施，严格按照设计原则和规范执行路基各项质量控制指标，施工中确保路基沉降与变形控制符合要求，为路基工后沉降控制准备了良好的客观条件。在2010年3月由建设单位组织的评估中，路基沉降评估顺利通过，为无砟轨道铺设创造了条件，也确保了高速列车的运行安全和旅客舒适度，减小了将来养护维修的工作量。文中的路基沉降和变形控制措施尚需在以后的工程建设过程中不断完善与改进，期待同行补充与发展。

[1] 韩志霞，崔俊杰.客运专线铁路路基沉降控制的若干问题［J］.铁道工程学报.2009(2):25-26.

[2] 中铁二院工程集团责任有限公司.石武客运专线土建工程八标线下工程沉降变形评估报告［R］.成都:中铁二院工程集团责任有限公司，2010.