浅谈堆载预压+沉降观测在高速铁路中的应用

浅谈堆载预压+沉降观测 在高速铁路中的应用

摘要：在高速铁路路基基床底层施工完毕后，利用堆载作用预先将路基填筑土石方充分压缩固结，达到基本上消除设计永久荷载长期作用下所产生的沉降，使铁路路基在运营过程中基本上不产生大的沉降变形。同时，采用曲线回归法进行沉降观测数据分析，当推算出的工后沉降满足要求后予以卸载，进行下一道工序施工。

关键词：高速铁路；堆载预压；沉降观测 1、工程概况

新建兰新铁路第二双线自兰州枢纽兰州西站引出，溯湟水河至西宁，穿越达坂山、祁连山后进入甘肃河西走廊，经过张掖、酒泉、嘉峪关后，进入新疆的哈密、吐鲁番市，引入乌鲁木齐站。线路正线全长1776公里，共设31个车站。项目投资估算总额为1435亿元，设计时速为200公里／小时，其中兰州至西宁段、哈密至乌鲁木齐段线下预留提速为250公里／小时，建设工期5年。

中铁十三局集团第五工程有限公司兰新铁路甘青段LXS-6标项目经理部线路里程起于DK275+182，止于DK287+625，全长12.443公里。途经青海省海北州浩门镇头塘村、赶马路村、浩门农场三队。管段工程内容主要包括头塘河大桥404m，俄博山隧道2280m，大通河特大桥5782.95m，路基3791.5m，箱形涵（桥）10座。

管段线路位于达坂山和祁连山之间的山前平地，地势较为平坦，地面高程多介于2800m～3100m之间，呈北高南低。门源县、浩门农场分布其间，交通便利。其中，管段路基形式均为路堤，最大填筑高度约6m，工点地层主要为全新统洪积粉土和上更新统洪积卵石地层。

按照设计要求，无砟轨道路基工后沉降控制标准：一般不超过15mm；路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降不大于5mm，不均匀沉降造成的折角不大于1/1000。根据工后沉降分析及无砟轨道路基地基条件，确定本管段路基均采用冲击碾压进行地基处理，同时采用堆载预压+沉降观测方式推算路基工后沉降。

2、堆载预压+沉降观测原理

堆载预压法的基本原理是，利用堆载作用预先将路基填筑土石方充分压缩固结，达到基本上消除设计永久荷载长期作用下所产生的沉降，使铁路路基在使用过程中不产生大的沉降变形。

同时，采用高精度测量设备对路基工程进行沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，从而确保路基工程的正常使用寿命和安全性。

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3、施工方法 3.1施工准备

基床底层经试验检测合格后，清理顶面，使表面平整、无坑洼，在顶面铺设一层复合土工布（＞150g/㎡，CBR顶破强度不小于2.0KN），搭接宽度≮10cm。

堆载预压土方断面形式：一般地段堆载预压土方采用顶部宽度为8m，高度为3m，边坡坡度1：1的梯形断面，特殊地段应根据地层情况确定合理的堆载预压宽度及高度。

详见图一：路基堆载预压土方横断面示意图。

土工布覆盖＞150g/㎡土工布覆盖＞150g/㎡土工布覆盖＞150g/㎡

图一 路基堆载预压土方横断面示意图

3.2观测桩及沉降板布置

（1）观测点的布置：路堤两侧坡脚外0.5m处及电缆槽内侧各设置一处预制C15混凝土沉降观测桩，路基中心处设置一处沉降板进行沉降观测。观测桩露出地表或基床10cm，埋设应牢固可靠。

（2）在观测断面附近不受填土荷载影响且不宜发生沉降和破坏的稳定地基上埋设一处C15混凝土观测基桩，作为路基沉降观测的基准参照点。观测基桩埋入地表以下一般不少于1.8m，并应采取措施防止冻胀对观测基桩的影响。

（3）沉降观测断面沿线路方向平均间距≯50m，地质条件变化较大地段和过渡段应适当加密。同时，在路桥过渡段范围内需要设置不少于2处观测断面对过渡段进行沉降观测。

（4）观测桩及观测基桩均采用C15混凝土预制，截面尺寸为0.1x0.1m的正方形，四周应设置倒角。其中，观测桩长度为1m，观测基桩为2m。中心沉降板按设计尺寸制作，连接用不锈钢无缝钢管，工厂制作。

（5）路基沉降观测桩、沉降板布置图；混凝土观测桩、观测基桩断面图见图二、图三。

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级配碎石A、B组填料图二 路基沉降观测桩、沉降板布置图

图三 混凝土观测桩、观测基桩断面图

3.3 施工步骤 （1）施工工艺

堆载预压施工工艺：铺设复合土工布—分层填筑预压土—沉降观测及数据分析—合格后卸载。 （2）施工流程框图

详见图四：路基堆载预压+沉降观测施工工艺框图。

（3）路基填筑到基床底层顶层后，测量放出堆载预压土的边线，开始进行堆载预压土填筑施工。堆载预压土采用取土场筛分料，不得使用淤泥土或含垃圾杂物的填料，堆载预压土容重不小于18KN/m。同时，填筑过程应采取有效措施防止预压土污染填筑好的路基。

（4）路堤与路堑连接处应设长度不小于20m的堆载预压加长过渡段。

（5）填筑时采用挖掘机或装载机装载、自卸汽车运输、推土机摊平、平地机配合人工整平、压路机碾压，分层填筑厚度不超过50cm。

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图四 路基堆载预压+沉降观测施工工艺框图

（6）堆载时严格控制加载速率，边填筑边推平，填筑预压土过程中要及时对路基沉降观测桩及中心沉降板按规定的频率进行观测，路基观测频率及精度见后。当路堤中心线地面沉降速率大于每昼夜10mm时，应立即停止填筑，待观测值恢复到限值以内后方可继续施工。

（7）当预压土方填筑至设计高度时，进行堆载土边坡修整，覆盖土工布，及时对表面进行平整，做出横坡，坡度≮2%，以防止表面积水侵蚀路基。

（8）堆载预压土方卸载后，应尽量再利用或运往附近的弃土场。 4、观测频率及精度

4.1路基沉降观测采用精密水准仪、剖面沉降仪进行观测。其中，沉降水准测量的重复精度不低于±1mm，读数取值至0.1mm；剖面沉降观测的重复精度不低于±4mm/30m。

4.2路基沉降观测频率见表一。

表一 路基沉降观测频率

观测阶段 一般 填筑或堆载 沉降量突变 两次填筑间隔时间较长 第1-3个月 堆载预压或路基填筑完毕后 第4-6个月 6个月以后 第1个月 无砟轨道铺设后 第2、3个月 3个月以后 观测频率 1次/天 2-3次/天 1次/3天 1次/周 1次/2周 1次/月 1次/2周 1次/月 1次/3月 第 4 页 共 6 页

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4.3沉降观测过程中应及时记录测量结果。

4.4根据沉降观测结果及时绘制沉降-时间曲线图，详见图五：沉降与时间关系曲线。

荷载施工期T时间tst1st2沉降量st3沉降与时间关系曲线t1t2t3

图五 沉降与时间关系曲线

5、沉降预测方法

路基沉降预测应采用曲线回归法，并符合以下规定:

5.1根据实际观测数据做曲线分析，曲线回归的相关系数不应低于0.92。 5.2沉降预测的可靠性应经过验证，间隔3-6月的两次预测的偏差不应大于8mm。

5.3轨道铺设前最终完成的沉降预测应符合其预测准确性的基本要求，即从路基填筑完成或堆载预压以后沉降和沉降预测的时间t应符合： S（t）/s(t=∞)≥75% S（t）-评估时实际发生的沉降 s(t=∞)-预测总沉降。 6、注意事项

6.1施工中应防止破坏基床底层顶面布设的土工布，以防止地表降水渗入基床底层。同时，堆载土方表面用土工布覆盖，以防雨水冲刷、大风起尘等污染路基、破坏自然环境。

6.2预压荷载不得小于设计荷载。

6.3堆载预压土应边填筑边推平，顶面应平整。

6.4堆载预压过程中应及时进行沉降观测并保护好沉降观测设施，如有损坏应立即恢复。

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6.5当堆载预压时间达到设计要求后，应根据观测资料和工后沉降推算结果，由建设单位组织设计、监理、施工单位共同研究确定卸载时间。

7、异常情况的发现与处理 7.1异常情况的判定

（1）采用曲线回归法进行统计，S（t）/s(t=∞)＜75%时。 （2）路堤出现明显的异常征兆时。 7.2处理方法

当路堤稳定出现上述异常情况时，应继续观测同时采用必要的加固或控制沉降的措施。 8、结语

通过上述方法，可有效的监控高速铁路路基工后沉降。利用观测资料的沉降分析结果，在施工期间可有效指导无砟轨道的铺设时间，在以后的运营中可确保满足设计时速的高平顺性、高舒适度、高安全性和免维修的要求。最终实现铁路工程“确保质量抓进度”的思想，在施工实践中取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献：【1】中国铁道出版社 《客运专线铁路路基工程施工技术指南》

【2】中国铁道出版社 《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》 【3】中国铁道出版社 《高速铁路设计规范（试行）》

【4】中铁第一勘测设计院 《新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线甘青段路基通用参考图》

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