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(tuán)有限公司上海上鐵建筑工程（集團(tuán)）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(shí)現(xiàn)鐵水聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸方式,正線長度7.8 km，其中路基土石方工程共計(jì)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(guān)系, 在東至鐵路專用線路基施工中選取了4個觀測點(diǎn)，分別為1#觀測樁有CFG 樁基處理（細(xì)粒土填筑），2#觀測樁是原地面換填砂礫處理，3#觀測樁地質(zhì)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(guī)律，分析路基沉降原因并提出預(yù)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(nèi)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(shí)區(qū)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(jiān)測

每個監(jiān)測斷面設(shè)置1個沉降板，路堤填筑前，于路堤基底地面放置沉降板進(jìn)行監(jiān)測，沉降板由沉降板、底座、測桿及保護(hù)測桿的PVC 塑料管組成。隨著填土增高，測桿及套管也相應(yīng)加高，每節(jié)長度不超過100 cm，接高后的側(cè)桿應(yīng)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(shù)據(jù)及時整理記錄。

（2）路基自身沉降監(jiān)測

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

（3）測量精度及頻度

測量精度達(dá)到二級水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)。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(diǎn)附近設(shè)置長期控制點(diǎn)并嚴(yán)格控制其高程，有關(guān)觀測設(shè)備及儀器在每次觀測時進(jìn)行校核檢查，以確保每次觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，每個觀測點(diǎn)的每次觀測統(tǒng)一由專人負(fù)責(zé)收集整理，以確保記錄準(zhǔn)確、詳細(xì)（表1）。

表1 沉降觀測點(diǎn)布置及對應(yīng)地質(zhì)情況

現(xiàn)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(shè)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(diǎn)（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(shè)置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點(diǎn)，分別編號為：1#-A、1#-B、1#-C、1#-D、1#-E。

2#觀測點(diǎn)（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(shè)置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點(diǎn)，分別編號為：2#-A、2#-B、2#-C、2#-D、2#-E。

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

4#觀測點(diǎn)（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(shè)置5 個不同路基填筑高度和不同路基填料的觀測點(diǎn)，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(yán)格按設(shè)計(jì)及相關(guān)鐵路路基規(guī)范要求進(jìn)行，同時將觀測斷面處路基壓實(shí)系數(shù)較《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行適當(dāng)提高。土方填筑采用分層填筑，每層壓實(shí)厚度不超過30 cm，填筑材料分別為細(xì)粒土和粗粒土且均滿足填料要求，其中細(xì)粒土標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為最大干密度1.87 g/cm3、最優(yōu)含水率15.6%，粗粒土標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為最大干密度2.34 g/cm3、最優(yōu)含水率2.1%，每層填土壓實(shí)前均采用平地機(jī)整平，以確保填土壓實(shí)的均勻性。1#觀測點(diǎn)地基采用CFG 樁基處理，地質(zhì)條件有所改善，路基填料采用細(xì)粒土；2#觀測點(diǎn)地基上鋪設(shè)有50 cm 厚砂礫石墊層，路基填料采用細(xì)粒土；3#觀測點(diǎn)地基進(jìn)行碾壓后直接進(jìn)行路基填筑；4#觀測點(diǎn)地基采用CFG 樁基處理，地質(zhì)條件有所改善，路基填料采用粗粒土。

4 沉降觀測數(shù)據(jù)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(qū)域壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及路基填料的選擇可以保證工程的施工質(zhì)量 。地基沉降與地質(zhì)條件和填土高度（即地基單位面積受力）有關(guān)，地質(zhì)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(fā)現(xiàn)，4個沉降觀測點(diǎn)的地基沉降值不同，以2號點(diǎn)沉降值為最大，主要是因?yàn)槠涞刭|(zhì)條件較差，地基承載力小且路基填筑高度大，其地基雖經(jīng)過砂礫墊層加固處理但并不能使其地質(zhì)條件有本質(zhì)改善。對于1號點(diǎn)，雖然地質(zhì)條件較差，但因其地基經(jīng)過CFG樁基處理后地質(zhì)條件發(fā)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(diǎn)本身地質(zhì)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(diǎn)與4#沉降觀測點(diǎn)沉降觀測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：1#觀測點(diǎn)與4#觀測點(diǎn)地基處理均采用CFG 樁基進(jìn)行處理，且路基填筑高度相近，1#-A、4#-A 基底沉降觀測點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)基本一致，1#觀測點(diǎn)所在斷面路基本體沉降量均大于4#觀測點(diǎn)。

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(dāng)填筑達(dá)到一定高度時，沉降隨著填筑高度的增加迅速增大，當(dāng)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(wěn)定下來；通過1#、4#沉降觀測點(diǎn)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(chǎn)生的壓力，在地基容許承載力范圍內(nèi)，地基沉降呈現(xiàn)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(dāng)填土增加到一定高度時，即土方填筑產(chǎn)生的壓力等于地基承載力時，地基受力處于極限狀態(tài)。當(dāng)填筑高度繼續(xù)增加，地基承載力進(jìn)入強(qiáng)化階段，原地基土體結(jié)構(gòu)被破壞，地基土顆粒在外力作用下重新排列形成新的結(jié)構(gòu)，使地基承載力得到增強(qiáng)。地基土結(jié)構(gòu)的變化，是該階段地基發(fā)生明顯沉降的根本原因。隨著路基填筑結(jié)束，雖然地基所受填土產(chǎn)生的土壓力趨于穩(wěn)定，但由于多種因素 (施工、行車、環(huán)境等)影響并通過實(shí)際觀測資料證明，還不能立刻穩(wěn)定下來，需要經(jīng)過約 6～8月時間，才能使路基逐漸趨于穩(wěn)定。但路基不會完全穩(wěn)定下來，還會發(fā)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(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）高填土填筑除做好原地面的清理工作外，重點(diǎn)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(jìn)行，每層壓實(shí)厚度宜控制在2O cm～30 cm 范圍內(nèi)。對于石料或卵石土路基，要嚴(yán)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(yīng)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(jié)、形變最有效的方法。高路堤的固結(jié)、形變歷時較長，在固結(jié)過程中高路堤會產(chǎn)生不均勻沉降，這對路基是十分有害的。如路堤土的密實(shí)度接近重型擊實(shí)試驗(yàn)法的最大干密度，則路堤一般不再產(chǎn)生固結(jié)、形變。因此提高壓實(shí)能力、完善壓實(shí)工藝，以高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行路基的壓實(shí)是保證路基應(yīng)有強(qiáng)度和穩(wěn)定性的一項(xiàng)最為經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)措施，在高路堤填筑施工中，必須有詳細(xì)的作業(yè)計(jì)劃，報監(jiān)理批準(zhǔn)后認(rèn)真實(shí)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(jìn)行路基填筑施工。因?yàn)閺挠^測結(jié)果分析，地基的沉降是高填方路基沉降的主要原因。

7 結(jié)束語

總的來說，高填方路基從設(shè)計(jì)、施工到投入，使其產(chǎn)生沉降的因素眾多，通過鐵路專用線現(xiàn)場高填方路基不同填筑區(qū)段沉降觀測數(shù)據(jù)分析，從而為評估預(yù)測線下工程最終沉降量和工后沉降，合理確定軌道鋪設(shè)時間，確保鋪設(shè)質(zhì)量提供依據(jù)。并同時在施工中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，把病害減小到最低限度，確保高填方路堤有足夠的穩(wěn)定性和耐久性。