鐵路專用線高填方路基沉降觀測分析及防治措施

朱安林 中國鐵路上海局集團有限公司上海上鐵建筑工程（集團）有限公司

1 工程概況

東至鐵路專用線接軌既有銅九鐵路香隅站，連通長江碼頭以實現鐵水聯運的運輸方式,正線長度7.8 km，其中路基土石方工程共計200萬斷面方，主要以高填方路基為主，路基填筑高度7 m～10 m，路基基床以下填筑C 組填料，基床表層及底層厚分別為0.5 mB 組填料及0.7 mBC 組填料；為了更好地了解和掌握路基沉降的原因、搞清路基填筑材料、填筑高度與路基沉降的關系, 在東至鐵路專用線路基施工中選取了4個觀測點，分別為1#觀測樁有CFG 樁基處理（細粒土填筑），2#觀測樁是原地面換填砂礫處理，3#觀測樁地質條件滿足要求未處理，4#觀測樁是CFG 樁基處理（粗粒土填筑），其中4#與1#觀測樁比較，主要反映不同填料對路基沉降影響。通過高填方路基的沉降觀測得出沉降規律，分析路基沉降原因并提出預防措施。

2 沉降觀測方式及要求

高填方沉降觀測包括兩個方面內容：①觀察高填方路基的自身沉降（含不同的填土高度和不同的壓實區域路基自身的沉降）；②觀察高填土路基基底地基在路基填土重力等作用下的沉降。

（1）基底沉降監測

每個監測斷面設置1個沉降板，路堤填筑前，于路堤基底地面放置沉降板進行監測，沉降板由沉降板、底座、測桿及保護測桿的PVC 塑料管組成。隨著填土增高，測桿及套管也相應加高，每節長度不超過100 cm，接高后的側桿應高于套管上口。路堤填土高度小于2.0 m 時，每兩天觀測一次，超過2.0 m 后，每天觀測1 次。在沉降速率較大的情況下，加密觀測。每天觀測數據及時整理記錄。

（2）路基自身沉降監測

路基填筑過程分別在不同填筑高程設置沉降觀測樁，每斷面3 個監測點。分別于路基中心、左右路肩以內1 m 處設一個檢測樁。

（3）測量精度及頻度

測量精度達到二級水準測量標準。測量頻度：在路基填筑期間，每天觀測一次，停工期間，前兩天每天觀測一次，以后每3 天觀測一次；施工完成后，前15 天每3 天觀測一次，第15天～30天每星期觀測一次，第30～90天每15天觀測一次，以后每月觀測一次。在沉降觀測點附近設置長期控制點并嚴格控制其高程，有關觀測設備及儀器在每次觀測時進行校核檢查，以確保每次觀測數據準確性，每個觀測點的每次觀測統一由專人負責收集整理，以確保記錄準確、詳細（表1）。

表1 沉降觀測點布置及對應地質情況

現以東至鐵路專用線DK2+050-DK4+100、DK5+100 高填方路基1#、2#、3#、4#觀測樁設置為例加以介紹（圖1、圖2）。

圖1 路基沉降與填筑高度曲線

圖2 路基沉降與填筑時間曲線

1#觀測點（路基高10 m）分別在原地面、路基高4 m、7 m、8.8 m 及路基頂設置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點，分別編號為：1#-A、1#-B、1#-C、1#-D、1#-E。

2#觀測點（路基高9 m）分別在原地面、路基高4 m、6 m、7.8 m 及路基頂設置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點，分別編號為：2#-A、2#-B、2#-C、2#-D、2#-E。

3#觀測點（路基高7 m）分別在原地面、路基高3 m、5.8 m及路基頂設置4個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點，分別編號為：3#-A、3#-B、3#-C、3#-D。

4#觀測點（路基高9.8 m）分別在原地面、路基高4 m、7 m、8.6 m 及路基頂設置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點，分別編號為：4#-A、4#-B、4#-C、4#-D、4#-E。

3 路基填筑施工情況

路基填筑施工嚴格按設計及相關鐵路路基規范要求進行，同時將觀測斷面處路基壓實系數較《鐵路路基工程施工質量驗收標準》要求進行適當提高。土方填筑采用分層填筑，每層壓實厚度不超過30 cm，填筑材料分別為細粒土和粗粒土且均滿足填料要求，其中細粒土標準擊實試驗數據為最大干密度1.87 g/cm3、最優含水率15.6%，粗粒土標準擊實試驗數據為最大干密度2.34 g/cm3、最優含水率2.1%，每層填土壓實前均采用平地機整平，以確保填土壓實的均勻性。1#觀測點地基采用CFG 樁基處理，地質條件有所改善，路基填料采用細粒土；2#觀測點地基上鋪設有50 cm 厚砂礫石墊層，路基填料采用細粒土；3#觀測點地基進行碾壓后直接進行路基填筑；4#觀測點地基采用CFG 樁基處理，地質條件有所改善，路基填料采用粗粒土。

4 沉降觀測數據分析

路基沉降隨著路基填筑高度的增加和時間的延長而增大；填筑過程中，路基沉降速度較快；竣工后的路基沉降相對較緩慢。路基沉降基本以地基沉降為主，路基填方本體壓縮沉降很少，說明路基各區域壓實標準及路基填料的選擇可以保證工程的施工質量 。地基沉降與地質條件和填土高度（即地基單位面積受力）有關，地質條件越好，填筑高度越低，沉降越小，反之路基沉降越大。通過觀測可以發現，4個沉降觀測點的地基沉降值不同，以2號點沉降值為最大，主要是因為其地質條件較差，地基承載力小且路基填筑高度大，其地基雖經過砂礫墊層加固處理但并不能使其地質條件有本質改善。對于1號點，雖然地質條件較差，但因其地基經過CFG樁基處理后地質條件發生了根本的變化，使其地基承載力有了較大地提高，因而地基沉降相對較小。而3 號點本身地質條件相對較好且土方填筑高度較低，因而其地基沉降也相對較小。比較1#沉降觀測點與4#沉降觀測點沉降觀測數據可以發現：1#觀測點與4#觀測點地基處理均采用CFG 樁基進行處理，且路基填筑高度相近，1#-A、4#-A 基底沉降觀測點沉降數據基本一致，1#觀測點所在斷面路基本體沉降量均大于4#觀測點。

通過對沉降曲線圖的觀測分析可以看到，路基沉降在填筑初始階段較慢，當填筑達到一定高度時，沉降隨著填筑高度的增加迅速增大，當路基填筑即將竣工和竣工后，路基沉降又呈緩慢增加趨勢，直至路基完全穩定下來；通過1#、4#沉降觀測點比較分析，不同路基填料對路基本體沉降量也存在一定影響。

5 高填方路基沉降原因分析

路基在初始填筑過程中，由于原地基具有一定的承載力可以承受一定高度填土產生的壓力，在地基容許承載力范圍內，地基沉降呈現出類似彈性變化的趨勢，即地基沉降隨著填土高度的增加而增加。當填土增加到一定高度時，即土方填筑產生的壓力等于地基承載力時，地基受力處于極限狀態。當填筑高度繼續增加，地基承載力進入強化階段，原地基土體結構被破壞，地基土顆粒在外力作用下重新排列形成新的結構，使地基承載力得到增強。地基土結構的變化，是該階段地基發生明顯沉降的根本原因。隨著路基填筑結束，雖然地基所受填土產生的土壓力趨于穩定，但由于多種因素 (施工、行車、環境等)影響并通過實際觀測資料證明，還不能立刻穩定下來，需要經過約 6～8月時間，才能使路基逐漸趨于穩定。但路基不會完全穩定下來，還會發生很緩慢的沉降。

6 高填方路基沉降的防治措施

高填方路基施工中填料的控制、晾曬、攤鋪、平整和碾壓與 一般路基施工工藝和方法相同，但應注意以下幾點。

（1）高填土填筑除做好原地面的清理工作外，重點要注意填料的選擇。為減少路基本體沉降量，路基施工時，宜選擇低液限粘土或低液限粉土作為路基填料。填料要分層進行，每層壓實厚度宜控制在2O cm～30 cm 范圍內。對于石料或卵石土路基，要嚴格控制填料的最大粒徑，填料的最大粒徑在底層（路床底面15 m以下）不超過分層厚的2／3；應采取措施分層填筑和分層碾壓，一層厚度不超過2O cm～30 cm。

（2）足夠的碾壓是消除路堤固結、形變最有效的方法。高路堤的固結、形變歷時較長，在固結過程中高路堤會產生不均勻沉降，這對路基是十分有害的。如路堤土的密實度接近重型擊實試驗法的最大干密度，則路堤一般不再產生固結、形變。因此提高壓實能力、完善壓實工藝，以高標準進行路基的壓實是保證路基應有強度和穩定性的一項最為經濟、有效的技術措施，在高路堤填筑施工中，必須有詳細的作業計劃，報監理批準后認真實施。

（3）對于地基較差的路基填筑，一定要先做好地基處理，保證地基處理符合要求后才能進行路基填筑施工。因為從觀測結果分析，地基的沉降是高填方路基沉降的主要原因。

7 結束語

總的來說，高填方路基從設計、施工到投入，使其產生沉降的因素眾多，通過鐵路專用線現場高填方路基不同填筑區段沉降觀測數據分析，從而為評估預測線下工程最終沉降量和工后沉降，合理確定軌道鋪設時間，確保鋪設質量提供依據。并同時在施工中不斷地積累經驗，把病害減小到最低限度，確保高填方路堤有足夠的穩定性和耐久性。