客運(yùn)專線無(wú)碴軌道路基工后沉降分析與控制

李尚嗣

0 引言

隨著我國(guó)鐵路客運(yùn)專線和高速鐵路的發(fā)展,摸索適合我國(guó)國(guó)情的無(wú)碴軌道鋪設(shè)施工技術(shù),總結(jié)無(wú)碴軌道施工和維修的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),已成為我國(guó)鐵路發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急[1-3]。無(wú)碴軌道技術(shù)作為現(xiàn)我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展和建設(shè)快速客運(yùn)通道及城際快速專線的基礎(chǔ)性、保障性技術(shù),在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。為了確定無(wú)碴軌道工程的施工時(shí)間必需進(jìn)行路基沉降觀測(cè)、分析并采取必要的控制措施。

1 無(wú)碴軌道路基沉降觀測(cè)

無(wú)碴軌道路基沉降觀測(cè)的主要目的是確定無(wú)碴軌道工程的施工時(shí)間。對(duì)所有路堤的地基沉降采用在地基表面埋設(shè)沉降板測(cè)試,路基面沉降采用在路基表面埋設(shè)觀測(cè)樁測(cè)試,路堤和地基分層沉降采用鉆孔埋設(shè)沉降磁環(huán)測(cè)試。松軟土地基和濕陷性黃土地基地段路基觀測(cè)斷面按設(shè)計(jì)要求設(shè)置,施工中保護(hù)好埋設(shè)的觀測(cè)器件。選擇代表性斷面采用測(cè)斜管進(jìn)行地基水平位移觀測(cè)、坡腳邊樁水平位移觀測(cè),采用孔壓計(jì)進(jìn)行孔隙水壓力觀測(cè)。邊樁及沉降樁在施工期間每天進(jìn)行一次觀測(cè),在沉降量急劇增大的情況下,每天觀測(cè)2次～3次。路堤經(jīng)過(guò)分層填筑達(dá)到預(yù)定高程后,在堆放期的前2個(gè)月～3個(gè)月內(nèi),每 5 d觀測(cè)一次,三個(gè)月后7 d～15 d觀測(cè)一次;半年后一個(gè)月觀測(cè)一次,一直觀測(cè)到軌道承載板施工。軌道承載板施工后每三個(gè)月觀測(cè)一次直至移交。路肩觀測(cè)樁的觀測(cè)同步進(jìn)行。當(dāng)路堤中心線地面沉降速率、坡腳水平位移速率異常或超過(guò)限值時(shí),立即停止填筑,待觀測(cè)值恢復(fù)到限值以內(nèi)再進(jìn)行填筑。以二等幾何水準(zhǔn)測(cè)量高程,觀測(cè)精度不低于1mm。在填土過(guò)程中,觀測(cè)邊樁水平位移和高程變化,分析土體的側(cè)向位移值及其發(fā)展趨勢(shì),判斷地基的穩(wěn)定性。通過(guò)測(cè)量路肩觀測(cè)樁的高程變化,確定路基面的沉降量。每次觀測(cè)沉降后根據(jù)觀測(cè)結(jié)果整理繪制“填土高度—時(shí)間—沉降量”關(guān)系曲線圖。認(rèn)真做好沉降板、位移樁、基樁的埋設(shè)與保護(hù)。二等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器采用精密水準(zhǔn)儀,配用銦瓦水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)尺進(jìn)行標(biāo)尺零點(diǎn)不等差、1 m長(zhǎng)度和1 dm長(zhǎng)度等項(xiàng)目的檢驗(yàn),裝有圓水準(zhǔn)器,不符合要求不能使用。每期觀測(cè)做到四個(gè)固定:固定觀測(cè)人員;固定儀器及水準(zhǔn)尺;固定后視尺讀數(shù);固定測(cè)站及轉(zhuǎn)點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)攜帶尺墊,嚴(yán)禁用磚石或不設(shè)尺墊作為轉(zhuǎn)點(diǎn)。成果整理時(shí),首先檢查手簿中的數(shù)據(jù)和計(jì)算是否正確,觀測(cè)限差是否符合要求,文字說(shuō)明是否齊全。計(jì)算兩期觀測(cè)的沉降量和累計(jì)沉降量,為了清楚地表示時(shí)間、填土高度和沉降量之間的關(guān)系,及時(shí)繪制沉降點(diǎn)的時(shí)間—填土高度—沉降量的關(guān)系曲線。

2 無(wú)碴軌道路基沉降分析與預(yù)測(cè)

在施工過(guò)程中利用電算程序及時(shí)進(jìn)行沉降分析與預(yù)測(cè),步驟如下:

1)選定工作斷面,采取原狀土樣。2)在搜集分析現(xiàn)有可以參考的沉降計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,提出用以作為比較分析的方法,編制利用這些方法進(jìn)行沉降分析的電算程序。3)根據(jù)各方法沉降分析的需要,選擇有代表性的土樣進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)和部分三軸試驗(yàn)。4)整理分析試驗(yàn)測(cè)得的壓縮曲線及有關(guān)各種參數(shù),在綜合分析對(duì)比的基礎(chǔ)上確定分析計(jì)算所用的曲線和參數(shù),然后利用這些參數(shù)進(jìn)行沉降計(jì)算(沉降量及沉降過(guò)程)。5)將計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,必要時(shí)對(duì)參數(shù)作適當(dāng)調(diào)整,最后得出相應(yīng)的結(jié)論。6)預(yù)測(cè)濕陷、行車荷載、涵洞及溝谷地形對(duì)路堤沉降的影響。

3 控制工后沉降的措施

1)聘請(qǐng)專家指導(dǎo),加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)。聘請(qǐng)路基沉降預(yù)測(cè)與控制實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的國(guó)內(nèi)專家、德國(guó)專家作專題顧問(wèn),現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo),加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)人員、整理分析人員、計(jì)算預(yù)測(cè)人員的培訓(xùn),購(gòu)買或科研開發(fā)專用電算軟件,從控制方案、預(yù)測(cè)分析、觀測(cè)操作上采取主動(dòng)預(yù)控制措施。

2)采用樁板結(jié)構(gòu)路基,嚴(yán)格控制正線路基沉降。正線路堤采用樁板結(jié)構(gòu),共同承載,處理濕陷性黃土,減小路基沉降及不均勻沉降。

3)強(qiáng)化地基處理措施,確保處理效果。施工前,進(jìn)一步核實(shí)地質(zhì),必要時(shí)補(bǔ)充鉆探,徹底查清地質(zhì)情況。領(lǐng)會(huì)地基處理設(shè)計(jì)意圖,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行處理。注重試驗(yàn)性施工,獲取施工參數(shù)。清除表層后進(jìn)行沖擊碾壓,消除黃土地基上部濕陷性。及時(shí)做好臨時(shí)排水措施和永久防排水設(shè)施,確保防排水工程質(zhì)量。加強(qiáng)地基處理效果的檢測(cè)與驗(yàn)收。

4)嚴(yán)格路堤本體填筑工藝。填筑嚴(yán)格按照試驗(yàn)性施工確定的施工參數(shù)、施工工藝施工。采用水平分層法填筑,每層保證層面平整,便于各點(diǎn)壓實(shí)均勻一致。嚴(yán)格按照試驗(yàn)性施工確定的厚度攤鋪,及時(shí)檢測(cè)含水量,嚴(yán)格控制填料的含水量使其合適。采用平地機(jī)進(jìn)行平整,重型振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械碾壓,重點(diǎn)控制好碾壓,確保達(dá)到壓實(shí)要求。路堤壓實(shí)達(dá)標(biāo)后,對(duì)不設(shè)置路基承載板地段再采用沖擊碾密壓實(shí),以消除大部分填筑體的工后沉降。

5)加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)及沉降觀測(cè)、預(yù)測(cè)。加強(qiáng)路基的試驗(yàn)檢測(cè)和觀測(cè)工作,確保檢測(cè)結(jié)果、觀測(cè)資料正確、可靠、及時(shí),并及時(shí)進(jìn)行整理、分析、總結(jié),利用實(shí)測(cè)沉降曲線和電算程序更好地預(yù)測(cè)、分析工后沉降量,以便及時(shí)對(duì)施工參數(shù)和工藝進(jìn)行調(diào)整,更好地控制施工,合理設(shè)置預(yù)留沉落量,控制好工后沉降。

6)加強(qiáng)路基綜合防排水,確保不滲不沖。黃土地區(qū)施工特別注重路基防排水工作。地基兩側(cè)設(shè)防滲灰土層,設(shè)置范圍自排水溝至坡腳內(nèi)不小于1 m。基床底層采用改良土填筑防水。排水溝下設(shè)灰土墊層,嚴(yán)格保證排水工程質(zhì)量,做到無(wú)局部積水,無(wú)滲漏,無(wú)沖刷等現(xiàn)象。施工期間,在兩側(cè)或一側(cè)(超高段)設(shè)臨時(shí)阻水、攔水、排水設(shè)施,以防雨水沖毀邊坡,并防止地表水下滲。確保臨時(shí)排水設(shè)施和永久排水設(shè)施隨時(shí)排水順暢、不積水,能及時(shí)排走地表水;水溝兩側(cè)地面進(jìn)行處理,確保不積水。

7)合理安排施工,確保軌道板施工前的堆放沉降期。加大地基處理與路基填筑設(shè)備投入,合理安排,開工后突擊地基處理,盡早完成,以便路基填筑大面積展開。路基填筑快速施工,盡早完成。進(jìn)行不同沉降時(shí)間的路基沉降研究,確保無(wú)碴軌道道床施工前的沉降期滿足沉降實(shí)際觀測(cè)分析的沉降要求和電算分析、預(yù)測(cè)的沉降要求,確保站線路基填完后軌道承載板施工前的路堤堆放沉降期不小于6個(gè)月,并盡量延長(zhǎng)路基自然沉降期。

4 結(jié)語(yǔ)

鄭西客運(yùn)專線對(duì)于緩解隴海鐵路鄭州—西安段的壓力,實(shí)現(xiàn)客貨分線運(yùn)輸,形成大能力快速度的客運(yùn)通道具有重大意義。但工程地質(zhì)條件以及所采用的無(wú)碴軌道技術(shù)決定了無(wú)碴軌道路基工后沉降分析與控制成了該工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。本文詳細(xì)介紹了無(wú)碴軌道路基的沉降觀測(cè)技術(shù),沉降的分析與預(yù)測(cè)技術(shù),并介紹了工后沉降的控制措施,這些技術(shù)和措施將為類似工程的應(yīng)用提供寶貴的借鑒。

[1] 夏武一.無(wú)碴軌道的工后沉降探討[J].鐵路勘查,2008,24(3):39-40.

[2] 續(xù)海龍.京津城際無(wú)碴軌道施工關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].山西建筑,2008,34(15):262-263.

[3] 艾曉東.無(wú)碴軌道基礎(chǔ)變形控制的關(guān)鍵施工技術(shù)[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2006,19(2):132-135.

[4] 尤昌龍.無(wú)碴軌道工后沉降變形觀測(cè)、評(píng)估的集成理念[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(3):25-28.