客運(yùn)專(zhuān)線鐵路沉降位移觀測(cè)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　為確保高速列車(chē)的行車(chē)安全，盡量滿足旅客對(duì)舒適度的要求，并減少日常維修工作，客運(yùn)專(zhuān)線路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。本文主要介紹了鐵路路基沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，影響鐵路路基沉降的因素以及控制鐵路路基沉降的控制方法。</p><p>　　建立了有限元模型，模擬逐級(jí)加荷條件下路基的沉降變形，為路基填筑施工控制提供了科學(xué)

2、的參考；分析軌道與列車(chē)荷載特點(diǎn)，對(duì)軌道、列車(chē)荷載在穩(wěn)定、沉降計(jì)算中的考慮方式與簡(jiǎn)化形式提出了建議，同時(shí)用分離式和復(fù)合模量?jī)煞N方法對(duì)某高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線段復(fù)合地基加固路基在列車(chē)荷載作用下的沉降特性進(jìn)行了有限元分析，計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了黃土復(fù)合地基剛度加固設(shè)計(jì)的可靠性；介紹了沉降設(shè)施的布置原則和技術(shù)要求及工后沉降量推算計(jì)算方法；以武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了超載預(yù)壓路基沉降規(guī)律及特征，總結(jié)了與之相適應(yīng)的評(píng)估技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)；通過(guò)對(duì)各種基礎(chǔ)形

3、式的荷載傳遞特性、復(fù)合地基的形成條件等內(nèi)容的研究，提出客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制分析應(yīng)根據(jù)路堤基底墊層形式、加固樁的類(lèi)型，采用復(fù)合地基或復(fù)合樁基理論進(jìn)行；對(duì)管樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的變形特征和影響因素進(jìn)行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：沉降控制；路堤填筑；列車(chē)荷載；超載預(yù)壓；復(fù)合地基</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

4、t;　　To ensure high-speed train traffic safety, to meet the requirements of visitors comfort and reduce routine maintenance work: the controlling standards of the post— construction settlement of passenger dedicated line

5、is increasingly . the article briefly introduces the standard of the control of the railway embankment settlement, the factors of affecting the railway embankment settlement and controlling methods for the settlement of

6、the railway . </p><p>　　The article establish finite element model to simulate the subgrade under the conditions of Progressive Loading Settlement , then provide a scientific reference for construction contr

7、ol of embankment filling . It analysises the characteristics of the track and the train loading , consider the form of recommendations on the track, the train load in the stability of settlement calculation and simplifie

8、d way . At the same time it finite element analysis to a high-speed dedicated passenger railway e</p><p>　　Key words: settlement controlling ; filling embankment ; train load ; Surcharge preloading

9、; the cushion form of the embankment base</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 緒論- 5 -</p><p>　　1.1 我國(guó)鐵路橋梁建設(shè)現(xiàn)狀- 5 -</p><p>　　1.2 課題研究的意義- 5 -</p>

10、<p>　　第2章 路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)- 6 -</p><p>　　2.1 路基沉降控制的目的- 6 -</p><p>　　2.2 路基沉降控制的標(biāo)準(zhǔn)- 6 -</p><p>　　第3章 影響路基沉降因素- 7 -</p><p>　　3.1 路堤填筑- 7 -</p><p>　　3

11、.1.1 工程概況- 7 -</p><p>　　3.1.2逐級(jí)加荷有限元模型的建立- 8 -</p><p>　　3.1.2.1 建立有限元分析模型- 8 -</p><p>　　3.1.2.2計(jì)算參數(shù)- 9 -</p><p>　　3.1.2.3 路基逐級(jí)填筑的模擬- 10 -</p><p>

12、　　3.1.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析- 11 -</p><p>　　3.1.3.1 模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)沉降比較- 11 -</p><p>　　3.1.3.2 有限元模擬施工水平及豎向位移- 12 -</p><p>　　3.2 列車(chē)運(yùn)行- 13 -</p><p>　　3.2.1 列車(chē)荷載作用下的穩(wěn)定驗(yàn)算與沉降計(jì)算- 13

13、 -</p><p>　　3.2.2 列車(chē)荷載作用下的復(fù)合地基的沉降特性分析- 14 -</p><p>　　3.2.2.1 某工程概況及參數(shù)- 14 -</p><p>　　3.2.2.2 分析方法- 15 -</p><p>　　3.2.2.3 計(jì)算模型及荷載- 16 -</p><p>　　3.2

14、.2.4 計(jì)算結(jié)果分析- 17 -</p><p>　　第4章 路基沉降控制方法- 18 -</p><p>　　4.1路基沉降觀測(cè)- 18 -</p><p>　　4.1.1 路基沉降觀測(cè)的目的- 18 -</p><p>　　4.1.2 沉降觀測(cè)裝置的布置原則- 18 -</p><p>　　4

15、.1.3 沉降觀測(cè)裝置的埋設(shè)- 18 -</p><p>　　4.2超載預(yù)壓- 20 -</p><p>　　4.2.1 超載預(yù)壓法- 20 -</p><p>　　4.2.2 典型超載預(yù)壓段的變形特征- 20 -</p><p>　　4.2.3 沉降變形分析評(píng)估的技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)- 22 -</p><

16、p>　　4.3 復(fù)合地基- 23 -</p><p>　　4.3.1 復(fù)合地基的定義與本質(zhì)- 23 -</p><p>　　4.3.2 客運(yùn)專(zhuān)線路基地基加固常用形式與分析- 25 -</p><p>　　4.3.3 復(fù)合地基沉降量計(jì)算- 25 -</p><p>　　第5章 結(jié)論- 27 -</p>&

17、lt;p><b>　　致謝- 28 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 29 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 我國(guó)鐵路橋梁建設(shè)現(xiàn)狀</p><p>　　鐵路橋梁是一種功能性的建筑物。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，鐵路橋梁建設(shè)得到了飛速的發(fā)

18、展，對(duì)改善人民的生活環(huán)境，改善投資環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的騰飛，起到了關(guān)鍵性的作用。</p><p>　　我國(guó)鐵路橋梁的建設(shè)正處于一個(gè)迅速發(fā)展的階段，從材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用、科研成果的應(yīng)用，到設(shè)計(jì)水平、制造水平、施工技術(shù)水平的提高，都越來(lái)越與鐵路橋梁建設(shè)的規(guī)模相適應(yīng)。目前我國(guó)在建的鐵路橋梁，無(wú)論從建設(shè)跨度、建設(shè)規(guī)模，還是建設(shè)難度、建設(shè)水平都達(dá)到了一個(gè)新的高度。我國(guó)先后建成了武漢長(zhǎng)江大橋（1957年建成）、南京長(zhǎng)江大橋（1968

19、年建成）、九江長(zhǎng)江大橋（1993年建成，位于江西九江）和蕪湖長(zhǎng)江大橋（2000年建成，位于安徽蕪湖）4座里程碑式的公鐵兩用特大鋼橋，實(shí)現(xiàn)了全部自行設(shè)計(jì)、制造和施工。目前正在興建的武漢天興洲長(zhǎng)江大橋（位于湖北武漢）是當(dāng)今世界跨度第一的公鐵兩用斜拉橋（主跨為504m），是世界上第一座按四線鐵路修建的大跨度客貨公鐵兩用斜拉橋。這幾座標(biāo)志性橋梁的建設(shè)，顯示了我國(guó)當(dāng)前在公鐵兩用橋梁建設(shè)方面已經(jīng)具備了世界先進(jìn)水平。</p><p

20、>　　1.2 課題研究的意義</p><p>　　橋梁建設(shè)飛速發(fā)展的同時(shí)，旅客對(duì)火車(chē)平穩(wěn)舒適度要求也逐漸提高，這必然要求逐漸提高鐵路橋梁路基沉降控制的標(biāo)準(zhǔn)，但是目前的地基處理理論與設(shè)計(jì)方法主要事針對(duì)傳統(tǒng)的軟弱土地基，并不完全適合鐵路橋梁路基工后沉降的設(shè)計(jì)計(jì)算與地基加工處理，為確保告訴列車(chē)的行車(chē)安全，盡量滿足旅客對(duì)舒適度的要求，并減少日常維修工作，應(yīng)提出更合理沉降變形控制體系。</p><

21、;p>　　第2章 路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　2.1 路基沉降控制的目的</p><p>　　客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以確保高速列車(chē)的行車(chē)安全。所謂路基的工后沉降，是指軌道工程鋪設(shè)后在路基荷載和列車(chē)荷載作用下，路基發(fā)生的剩余沉降，即最終形成的總沉降量與路基竣工鋪軌開(kāi)始時(shí)的沉降量之差。</p><p>　　2.2 路基

22、沉降控制的標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　客運(yùn)專(zhuān)線路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定，既要考慮列車(chē)對(duì)路基的要求及線路維修能力，也要考慮前期建設(shè)投資與后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)比較，在保證客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)高速、安全與平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，應(yīng)取得經(jīng)濟(jì)上的合理平衡。</p><p>　　目前，我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)建設(shè)實(shí)踐中采用的工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。</p><p>　　表1 路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

23、</p><p>　　注：——軌面圓順的豎曲線半徑（m）；——設(shè)計(jì)最高速度（km/h）。</p><p>　　從表1可以看出，同普通鐵路、高速公路相比較，客運(yùn)專(zhuān)線（特別是無(wú)砟軌道客運(yùn)專(zhuān)線）路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格得多。因此，在路基工后沉降控制設(shè)計(jì)中，除傳統(tǒng)的軟土、松軟土地基外，還需對(duì)可能發(fā)生較大沉降變形或不均勻沉降的其他土質(zhì)地基進(jìn)行必要的分析計(jì)算和加固處理。</p><

24、;p>　　第3章 影響路基沉降因素</p><p>　　路堤填筑和列車(chē)運(yùn)行是影響路基沉降的兩個(gè)主要因素。理論上講路堤填筑或列車(chē)運(yùn)行必然引起地基內(nèi)附加應(yīng)力產(chǎn)生，從而使地基土層壓縮變形引起路基下沉。</p><p><b>　　3.1 路堤填筑</b></p><p>　　路堤是路基的主要結(jié)構(gòu)型式之一。路堤的穩(wěn)定與沉降關(guān)系到路堤是否能完成

25、其預(yù)定功能的重要條件，也是路堤設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。隨著我國(guó)高等級(jí)鐵路建設(shè)不斷向山區(qū)延伸，會(huì)越來(lái)越多地遇到在斜坡地基上填筑路堤的工程問(wèn)題，對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，路基失穩(wěn)和不協(xié)調(diào)變形是兩種種常見(jiàn)病害。</p><p>　　路基沉降施工控制是公路修建質(zhì)量的重要保證常規(guī)的路基體應(yīng)力變形計(jì)算中，假定路基體一次到，荷載一次施加，則荷載的每一部分都由全結(jié)構(gòu)來(lái)承。而實(shí)際上，路堤或者路堤逐級(jí)加荷過(guò)程中，施工到一高度，只有該高度以下已填筑土體來(lái)

26、承擔(dān)這部分載，對(duì)尚未填筑的上層土體沒(méi)有任何作用，上層土體受下層土體的影響 。下面結(jié)合河南省嶺南高速公路路基斷面監(jiān)測(cè)成果，探討了逐級(jí)填筑作用下路基沉降變形數(shù)值仿真技術(shù)。</p><p>　　3.1.1 工程概況</p><p>　　以河南嶺南高速公路第六標(biāo)段里程K16+675處橫斷面填方路基工程為研究對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，編號(hào)01，該處路基原地面標(biāo)高為2l1.646m，需填筑4m。填料為風(fēng)化碎石，

27、具有一定的代表性。路堤段為低山區(qū)，巖性為元古界黑云斜長(zhǎng)片石夾斜長(zhǎng)角閃片石，第四系坡洪積碎石土、砂礫土。無(wú)不良巖土。片巖表面強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化層厚5～10m。在該斷面的路中和左右路肩分別埋設(shè)有沉降板，如圖1所示。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)在施工填筑期，地基沉降較快，尤其是沉降板cjl，由于其靠近農(nóng)田，地基下土層為較厚的硬粘性土層，施工期間的總沉降量和沉降速率均稍偏大，最大沉降速率達(dá)11mm／d，發(fā)生在填筑高度為4.0m時(shí)，總沉降達(dá)100mm；沉降板cjl3靠

28、近一個(gè)山坡，其下的地基土質(zhì)較好，為粉土質(zhì)砂，因此沉降速率和總沉降量都比較小。填筑期間通過(guò)邊樁監(jiān)測(cè)到左側(cè)地面略有上升。</p><p>　　圖1 填方路基斷面沉降觀測(cè)元件布置圖(單位：m)</p><p>　　逐級(jí)加荷有限元模型的建立</p><p>　　采用有限元軟件PLAXIS8．2進(jìn)行計(jì)算，其功能為仿真分析土體在非線性或者與時(shí)間相關(guān)狀態(tài)下的行為?？赡M巖土及混

29、凝土材料，模擬逐級(jí)加荷條件下路基的變形過(guò)程，而且還可以得到路基在各級(jí)荷載作用下地基不同位置的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值和圖形。</p><p>　　3.1.2.1 建立有限元分析模型</p><p>　　建模的過(guò)程就是對(duì)實(shí)體進(jìn)行有限元單元網(wǎng)格劃分并定義材料的性質(zhì)。采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分法，在路堤土和地基土的接觸面以及地基土和基巖的接觸面上采用共節(jié)點(diǎn)單元處理。考慮到材料的非線性性質(zhì)，塑性變形區(qū)域采用足夠的網(wǎng)

30、格密度。</p><p>　　(1)計(jì)算區(qū)域的選定</p><p>　　所選路基斷面為非對(duì)稱(chēng)，該斷面左側(cè)地基土為較深厚的粘土層(麥田)，右側(cè)地基土為粉質(zhì)砂土，附近為一山坡。計(jì)算中地基深度方向取填筑高度的4倍，約21m；長(zhǎng)度方向取路堤底面的4倍為180m。</p><p>　　(2)邊界條件的確定</p><p>　　如圖2按照平面應(yīng)變建立有限

31、元模型。邊界條件為左右兩側(cè)水平約束，下部固定，上部為自由邊界。根據(jù)高路基填筑的具體情況，可將其劃分為如圖2所示的3個(gè)區(qū)域。圖中A區(qū)為路堤填筑體，B區(qū)為地基土，C區(qū)為基巖。</p><p>　　圖2 路基橫截面分區(qū)及邊界條件示意圖</p><p>　　(3)單元?jiǎng)澐诸?lèi)型的選擇</p><p>　　對(duì)于2D有限元分析(該文為平面應(yīng)變問(wèn)題)，軟件可以選擇6節(jié)點(diǎn)或者15節(jié)

32、點(diǎn)三角形單元。6節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐质浅绦蚰J(rèn)的網(wǎng)格劃分方式，單元的插值為二階，單元?jiǎng)偠染仃囀峭ㄟ^(guò)3個(gè)高斯點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值積分計(jì)算得到的。l5節(jié)點(diǎn)三角形單元是一種非常精確的單元，對(duì)各類(lèi)問(wèn)題能得出精度很高的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。單元的插值為四階，積分過(guò)程采用12個(gè)高斯點(diǎn)。結(jié)構(gòu)單元和界面單元類(lèi)型將自動(dòng)和土單元類(lèi)型相匹配。使用15節(jié)點(diǎn)三角形單元需要較大的內(nèi)存，計(jì)算和運(yùn)行相對(duì)較慢。主要用于對(duì)應(yīng)力結(jié)果要求非常高的2D有限元分析，6節(jié)點(diǎn)三角形單元對(duì)于很多問(wèn)題的計(jì)算精度要

33、求已經(jīng)足夠。網(wǎng)格的生成是基于穩(wěn)定的三角分割程</p><p>　　序，形成的是“非結(jié)構(gòu)化”網(wǎng)格。這些網(wǎng)格看上去可能較混亂，但是其數(shù)值計(jì)算一般優(yōu)于規(guī)則(結(jié)構(gòu)化)網(wǎng)格。計(jì)算分析選用6節(jié)點(diǎn)平面三角形單元進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　計(jì)算參數(shù)</b></p><p>　　結(jié)合河南嶺南高速公路工程地質(zhì)勘察資料和粗顆粒室內(nèi)大尺寸試驗(yàn)成果，并參考國(guó)

34、內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算所用參數(shù)指標(biāo)如表2所示。</p><p>　　表2 有限元模擬計(jì)算參數(shù)表</p><p>　　3.1.2.3 路基逐級(jí)填筑的模擬</p><p>　　在路堤的填筑過(guò)程中，填筑體的荷載不是一次性施加的，反映在有限元的建模過(guò)程，也采用分層填筑的實(shí)際模擬算法，逐層進(jìn)行計(jì)算，每層填筑體施加時(shí)，將其所有材料參數(shù)和幾何模型激活，進(jìn)入計(jì)算步，如此直到計(jì)算結(jié)束。

35、并將計(jì)算值與實(shí)際觀測(cè)的每層沉降進(jìn)行對(duì)比分析。用分步施工功能實(shí)現(xiàn)路基的分層填筑。</p><p>　　分步施工是荷載輸入最重要的類(lèi)型，它的一個(gè)特點(diǎn)就是允許通過(guò)關(guān)閉或再次激活在幾何圖形輸入里建立的荷載、塊類(lèi)組或結(jié)構(gòu)對(duì)象，來(lái)修改幾何圖形和荷載設(shè)置。分步施工可以對(duì)各種加載、施工和開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行較準(zhǔn)確和符合實(shí)際的模擬。這一選項(xiàng)還可以用來(lái)對(duì)材料數(shù)據(jù)組重新賦值，或者在幾何圖形里修改水壓分布。要執(zhí)行分步施工計(jì)算，首先要建立一個(gè)幾何

36、模型，它包含了計(jì)算要用到的全部對(duì)象。那些在計(jì)算一開(kāi)始不需要用到的對(duì)象，應(yīng)當(dāng)在輸入程序結(jié)束時(shí)的初始幾何構(gòu)造里關(guān)閉來(lái)模擬實(shí)際工程問(wèn)題，如路基填筑、開(kāi)挖隧道、橋梁施工等。</p><p>　　要達(dá)到關(guān)閉結(jié)構(gòu)對(duì)象的效果，程序并不是將“關(guān)閉”的單元從模型中刪除，而是將其剛度(或傳導(dǎo)，或其他分析特性)矩陣乘以一個(gè)很小的因子，關(guān)閉的單元載荷將為0，從而不對(duì)載荷向量生效(但仍然在實(shí)際的單元載荷中出現(xiàn))。同樣，關(guān)閉單元的質(zhì)量和其他

37、類(lèi)似效果也設(shè)為0值。關(guān)閉單元的質(zhì)量和能量將不包括在模型求解結(jié)果中。單元的應(yīng)變?cè)凇瓣P(guān)閉”的同時(shí)也將設(shè)為0。</p><p>　　與上面的過(guò)程相似，如果使單元處于“激活”的狀態(tài)，并不是將其加到模型中，而是重新激活它們。用戶必須在建模時(shí)生成所有單元，包括后面要被激活的單元。在求解器中不能生成新的單元，要“加入”一個(gè)單元，先關(guān)閉它，然后在合適的載荷步中重新激活它。</p><p>　　當(dāng)一個(gè)單元被

38、重新激活時(shí)，其剛度、質(zhì)量、單元載荷等將恢復(fù)其原始的數(shù)值。重新激活的單元沒(méi)有應(yīng)變記錄。</p><p>　　施工斷面采用“分層輪加法”施工，每次填筑50～60 cm，對(duì)有限元計(jì)算而言，相當(dāng)于單元數(shù)目隨著施工進(jìn)程逐步增加，若嚴(yán)格按照每次填筑高度劃分單元，雖然更精確地模擬了施工過(guò)程，但勢(shì)必大大增加單元數(shù)目及計(jì)算工作量。</p><p>　　3.1.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析</p>&

39、lt;p>　　3.1.3.1 模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)沉降比較</p><p>　　對(duì)分層填筑的施工過(guò)程進(jìn)行模擬，在每層荷載作、用下，計(jì)算該層下各填筑體以及路基和基巖的整體變形，并將此計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。該填筑體共分5層填筑，每層填筑高度相等。高填方路基在分層填筑的過(guò)程中，有限元模擬施工沉降的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)沉降的結(jié)果比較如圖3所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，有限元計(jì)算的結(jié)果比實(shí)測(cè)結(jié)果偏小。</p>

40、<p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算，沉降板所埋設(shè)位置處，3點(diǎn)的總沉降量分別為：78、33、23 mm。</p><p>　　cj1的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果開(kāi)始比較接近，誤差有逐漸加大的趨勢(shì)，最大差值達(dá)到22 ，這是因?yàn)槌两蛋錍jl中間被撞斷一次，后雖又接上，卻帶來(lái)一定的誤差。cj2的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近，施工過(guò)程中，沉降觀測(cè)設(shè)備的保護(hù)較好。cj3的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果總體趨勢(shì)一致，模擬結(jié)果略小于實(shí)測(cè)結(jié)果，可見(jiàn)采用有

41、限元法實(shí)現(xiàn)分級(jí)加載的模擬有較高的可信度。</p><p>　　從圖3可以看出，采用有限元軟件對(duì)模擬出的沉降結(jié)果比實(shí)測(cè)結(jié)果小，而且施工前期很小，但隨著施工進(jìn)程日趨增大。這是因?yàn)殡S著施工的進(jìn)行，應(yīng)力水平不斷提高，另外根據(jù)地質(zhì)資料獲取的計(jì)算參數(shù)也難以完全地反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，導(dǎo)致誤差累積。</p><p>　　(a)cj1 （2）cj2

42、 (3)cj3</p><p>　　圖3 沉降板有限元模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖</p><p>　　3.1.3.2 有限元模擬施工水平及豎向位移</p><p>　　通過(guò)有限元模擬得到了該路基水平位移、豎向位移云圖如4、5所示，相對(duì)剪應(yīng)力圖如圖6所示。</p><p>　　由圖4、5可以看出，由于左側(cè)路基下地基有較厚的

43、粘性土層，豎向位移和水平位移均較大，地質(zhì)條件的差異導(dǎo)致整個(gè)路基斷面的差異沉降很大。建議后續(xù)施工中考慮左側(cè)路基沉降較大，應(yīng)稍微加厚鋪筑厚度，以平衡差異沉降，同時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)每層填筑之間的停歇時(shí)問(wèn)，使其充分沉降。</p><p>　　圖4 有限元模擬水平位移云圖</p><p>　　圖5 有限元模擬豎向位移云圖</p><p>　　圖6 有限元模擬相對(duì)剪應(yīng)力圖</p&g

44、t;<p>　　受右側(cè)山體影響，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在路基中部和左側(cè)坡腳處，但是未出現(xiàn)剪切破壞情況。對(duì)斜坡地基上的路堤，塑性區(qū)發(fā)源于路堤與地基的交界部位，隨路堤的填筑逐漸向上擴(kuò)展，且塑性區(qū)面積在上部也逐漸增大，而在下部則主要分布于路堤與地基的接觸面處。</p><p>　　在填筑加載期，坡腳處由于路堤填筑的加載作用有隆起現(xiàn)象，某級(jí)荷載填筑完畢后，該處即發(fā)生隆起，一旦重新填筑，該處又有新的隆起，這與實(shí)際情況

45、相符。</p><p><b>　　3.2 列車(chē)運(yùn)行</b></p><p>　　3.2.1 列車(chē)荷載作用下的穩(wěn)定驗(yàn)算與沉降計(jì)算</p><p>　　對(duì)行駛列車(chē)的荷載，在穩(wěn)定驗(yàn)算與沉降計(jì)算方面是應(yīng)該區(qū)別對(duì)待的。對(duì)穩(wěn)定驗(yàn)算來(lái)說(shuō)，失穩(wěn)是在外部荷載超過(guò)地基抗剪強(qiáng)度的某個(gè)位置某個(gè)時(shí)刻發(fā)生的，所以要選擇最不利的荷載組合，對(duì)于客運(yùn)專(zhuān)線，應(yīng)考慮雙線有車(chē)，

46、也就是應(yīng)考慮 2個(gè)荷載換算土柱。</p><p>　　從沉降變形的角度來(lái)看對(duì)列車(chē)荷載的影響，應(yīng)考慮荷載作用的連續(xù)性，因?yàn)槌两底冃蔚陌l(fā)生不是在某一荷載瞬間作用下完成的。公路部門(mén)在做路面設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于行駛的汽車(chē)荷載，采用當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的方式進(jìn)行考慮，有一定的合理性?？紤]到路基上軌道與列車(chē)荷載的特點(diǎn)，在進(jìn)行客運(yùn)專(zhuān)線的路基沉降計(jì)算時(shí)，并不宜直接套用公路部門(mén)的做法，合理的做法應(yīng)該是考慮雙線的軌道荷載，對(duì)于列車(chē)荷載則可以考慮單個(gè)

47、荷載。</p><p>　　3.2.2 列車(chē)荷載作用下的復(fù)合地基的沉降特性分析</p><p>　　近幾年來(lái)，我國(guó)廣泛采取復(fù)合地基的方法進(jìn)行軟土地區(qū)的地基處理，通過(guò)這種方法可以有效地提高地基承載力、減小沉降，在軟土層的地質(zhì)條件下，混凝土剛性樁復(fù)合地基更是一種有效的地基加固方法，但目前針對(duì)黃土鐵路路基加固區(qū)動(dòng)力響應(yīng)的研究并不多，特別是以測(cè)得真實(shí)列車(chē)荷載對(duì)復(fù)合地基的動(dòng)力分析研究。下文將以行車(chē)

48、舒適性為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而研究黃土地區(qū)路基剛度加固措施、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了黃土復(fù)合地基剛度加固設(shè)計(jì)的可靠性。</p><p>　　3.2.2.1 某工程概況及參數(shù)</p><p>　　某客運(yùn)專(zhuān)線的路堤橫斷面如圖7所示，Ⅲ為堤身，Ⅱ?yàn)榈鼗幚韰^(qū)地基 ，處理方法為擠密樁，I為處理區(qū)以下的地基。</p><p>　　圖7 復(fù)合地基加 固路堤斷面</p>&

49、lt;p>　　路堤本體高度為6m，頂面寬度為13.6m，路基填料分4層材料及參數(shù)如表3所示。</p><p>　　表3 路堤填料參數(shù)</p><p>　　路堤下部土體分為兩層：1)砂質(zhì)黃土，厚度20m；2)粉質(zhì)粘土，分布在20m以下。地基采用水泥樁加固處理，樁徑為0.6m，樁間距為1.05m，樁長(zhǎng)為22m，正三角形布置，材料及參數(shù)如表4所示。</p><p>

50、;　　表4 路堤下部材料參數(shù)</p><p>　　3.2.2.2 分析方法</p><p>　　利用計(jì)算機(jī)有限元軟件，采用分離式和復(fù)合模量?jī)煞N方法計(jì)算該客運(yùn)專(zhuān)線某段復(fù)合地基加固路基在列車(chē)靜、動(dòng)荷載作用下的沉降，分離式計(jì)算將樁體視為線彈性材料，樁間土的本構(gòu)關(guān)系采用Drucker-Preger模型，在有限元分析方法中 Dp材料需要三個(gè)參數(shù)，即粘聚力c、內(nèi)摩擦角膨脹角(文中取0)，以上角度單

51、位是度，對(duì)于DP材料，其受壓屈服強(qiáng)度大于受拉屈服強(qiáng)度。如果已知單軸受拉屈服應(yīng)力和單軸受壓屈服應(yīng)力，則內(nèi)摩擦角和粘聚力可表示為：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　上式中和與受壓、受拉屈服應(yīng)力的關(guān)系為：</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　復(fù)合

52、模量法把加固區(qū)視為一種均勻的材料，計(jì)算中可將復(fù)地基加固區(qū)中增強(qiáng)體和基體兩部分視為一復(fù)合土體，采用復(fù)合縮模量來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合土體的壓縮性，豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基復(fù)土壓縮模量通常采用面積加權(quán)平均法計(jì)算，即：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　其中，為樁體壓縮模量；為土體復(fù)合模量；為土體縮模量；m為復(fù)合地基量換率，m=(三角形布置)；d為樁體直徑；l為樁

53、間距。 </p><p>　　該工程計(jì)算值 E =76.8 MPa。 </p><p>　　動(dòng)力計(jì)算的基本控制方程為：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　其中，M 為體系總質(zhì)量矩陣；C為體系總阻尼矩陣；K為體系總剛度矩陣；為體系結(jié)點(diǎn)加速度向量；為體系結(jié)點(diǎn)速度向量；為體系結(jié)點(diǎn)位移向量；為體系動(dòng)

54、荷載列陣。</p><p>　　3.2.2.3 計(jì)算模型及荷載</p><p>　　路基模型簡(jiǎn)化為二維平面問(wèn)題，寬度取 160 m，高度取 90 m計(jì)算機(jī)軟件 自動(dòng)劃分網(wǎng)格，有限元網(wǎng)格見(jiàn)圖4，其中圖 4a)為分離式有限元網(wǎng)格，共有 18 077個(gè)結(jié)點(diǎn)，5 910個(gè)單元；圖 4b)為復(fù)合模量法有限元網(wǎng)格，共有5 047個(gè)結(jié)點(diǎn)，1 624個(gè)單元，有限元網(wǎng)格兩側(cè)水平方向約束，豎直方向自由，底部

55、邊界采用水平方向，豎直方向約束的邊界條件。單元選擇四邊形單元。</p><p>　　圖8 復(fù)合地基加固路堤的有限元模型</p><p>　　靜力計(jì)算中列車(chē)及軌道荷載計(jì)算分別根據(jù) ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，以及結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行計(jì)算。均布后的面分布荷載集度為 q=18.09 kN／。動(dòng)力計(jì)算荷載采取實(shí)際測(cè)得的列車(chē)動(dòng)荷載。</p><p>　　3.2.2.4 計(jì)算結(jié)果分析&l

56、t;/p><p>　　計(jì)算所得兩模型在列車(chē)靜荷載作用下的最大沉降值，分別為6.0mm和 6.5 mm，僅差了0.5 mm，證明兩種方法計(jì)算基本一致。由于分離式有限元網(wǎng)格的結(jié)點(diǎn)和單元數(shù)目遠(yuǎn)大于復(fù)合模量法，計(jì)算速度明顯低于復(fù)合模量法，因此在動(dòng)力分析中，采用復(fù)合模量法進(jìn)行計(jì)算，節(jié)省計(jì)算時(shí)間。計(jì)算中兩軌道作用相同的列車(chē)動(dòng)力荷載，列車(chē)荷載時(shí)間選取約為2 S，時(shí)間步長(zhǎng)為 0.000 5 S，計(jì)算路基上不同點(diǎn)縱向位移隨時(shí)間的變化曲

57、線。</p><p>　　圖4給出了路基中線及離路基中線最近軌道處的沉降隨時(shí)間變化曲線，從中可以看出，沉降從零時(shí)刻開(kāi)始迅速增大，到1 左右時(shí)達(dá)到最大值分別約為5 l'nln和6.4 l'nln，在路基中線處曲線是平滑的，說(shuō)明振動(dòng)不明顯，而在軌道處明顯可以看出振動(dòng)跡象大約每隔0．2 S出現(xiàn)一次波動(dòng)，圖中波動(dòng)幅值很小，能滿足列車(chē)乘客的舒適要求。</p><p>　　圖9 沉降

58、與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　第4章 路基沉降控制方法</p><p>　　客運(yùn)專(zhuān)線鐵路路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，主要從加強(qiáng)路基沉降觀測(cè)，對(duì)地基進(jìn)行超載預(yù)壓和采用復(fù)合地基來(lái)嚴(yán)格控制路基沉降。</p><p><b>　　路基沉降觀測(cè)</b></p><p>　　4.1.1 路基沉降觀測(cè)的目的</p>&l

59、t;p>　　保證路堤施工的安全和穩(wěn)定，控制路基填土速率，推算工后沉降的發(fā)展趨勢(shì)，調(diào)整完善設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)再優(yōu)化，使地基處理達(dá)到預(yù)定的控制要求，為路基的交工驗(yàn)收提供收據(jù)。</p><p>　　4.1.2 沉降觀測(cè)裝置的布置原則</p><p>　　沉降觀測(cè)斷面路堤全部?jī)?nèi)路堤中心不大于50m設(shè)置沉降板，橋涵過(guò)渡段必須設(shè)置沉降板，原則上每個(gè)工點(diǎn)不少于2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況適當(dāng)加密。

60、邊坡兩側(cè)坡腳外側(cè)2m、10m按順線路方向各布置一排地表水平位移樁（邊樁），樁與樁間距20~50m，在填筑成型的路堤路肩設(shè)置沉降觀測(cè)樁。</p><p>　　4.1.3 沉降觀測(cè)裝置的埋設(shè)</p><p><b>　?。?）沉降板</b></p><p>　　沉降板由沉降鋼板（600mm×600mm×10mm）、觀測(cè)桿（Ф2

61、0~30mm鍍鋅鋼管）、保護(hù)套管（Ф100~150mm）組成。觀測(cè)桿與沉降鋼板焊接固定，并用3根直角鋼筋加強(qiáng)固定，使測(cè)桿與鋼板相互垂直。沉降板埋設(shè)在路基底面或碎石墊層下面，埋設(shè)前在下面鋪設(shè)一層 5cm厚的中粗砂，整平壓實(shí)，將沉降板平放在砂層上面，表面及四周用中粗砂壓實(shí)并用水準(zhǔn)尺校正板面水平。為了使沉降觀測(cè)桿不受損壞，將保護(hù)套管垂直套進(jìn)測(cè)桿并使其與鋼板間隔 15 cm的距離。測(cè)桿和保護(hù)套管隨著填筑的高度而相應(yīng)接高，每節(jié)長(zhǎng)度不超過(guò) 50 c

62、m，兩端用螺紋接頭與管箍相接。接高后的測(cè)桿應(yīng)略高于保護(hù)套管口5～10 cm，套管頂用鐵皮帽封住，防止填筑施工時(shí)土粒落入管內(nèi)而影響測(cè)桿的自由沉降。</p><p>　　(2)水平位移樁(邊樁)和觀測(cè)樁 </p><p>　　邊樁采用Ф100mm的硬質(zhì)圓木，長(zhǎng)度為1000 mm并浸泡瀝青進(jìn)行防腐保護(hù)，樁頂設(shè)金屬測(cè)頭，樁頂露出地表10 cm，四周并用砼保護(hù)，確保邊樁埋設(shè)穩(wěn)定。 觀測(cè)樁采用預(yù)制混凝

63、土樁(150 mm x 150 mm×1 000 m)，樁頂預(yù)設(shè)金屬測(cè)頭，待路基填筑成形后設(shè)置在設(shè)計(jì)路肩線內(nèi)0.3m的位置，縱向間距 20—50 m。</p><p>　?。?）沉降觀測(cè)方法及頻率</p><p>　　路堤沉降板、觀測(cè)樁的標(biāo)高沉降監(jiān)測(cè)采用蘇光（DSZ2型）精密水準(zhǔn)儀，配用煙瓦水準(zhǔn)尺觀測(cè)，路基水平位移樁的坐標(biāo)采用徠卡（TC2003）全站儀觀測(cè)。</p>

64、<p>　　在路堤填筑期間，每天監(jiān)測(cè)一次，中間如因各種原因暫時(shí)停工期間，前2天每天監(jiān)測(cè)一次，以后每3天監(jiān)測(cè)一次，第15~30天每星期監(jiān)測(cè)一次，第30~90天每15天監(jiān)測(cè)一次，以后每個(gè)月監(jiān)測(cè)一次直至交驗(yàn)鋪軌。如果觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，應(yīng)停止施工，及時(shí)分析，必要時(shí)可進(jìn)行卸載處理，待穩(wěn)定后再繼續(xù)填筑施工。沉降觀測(cè)測(cè)量精度按照二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量要求。</p><p>　?。?）地基基底沉降觀測(cè)</p>&

65、lt;p>　　沉降板的測(cè)桿標(biāo)高觀測(cè)方法采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，測(cè)量技術(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照《鐵路測(cè)量技術(shù)細(xì)則》的要求，確定測(cè)量精度，誤差應(yīng)小于1mm。每次觀測(cè)完成后及時(shí)整理，匯總測(cè)量結(jié)果，繪制填土高度--時(shí)間--沉降量關(guān)系曲線。路基中心沉降值每晝夜大于10mm的限值時(shí)，應(yīng)停止填筑，及時(shí)分析原因，待穩(wěn)定后再進(jìn)行繼續(xù)填筑施工。</p><p>　　（5）水平位移邊樁及觀測(cè)樁觀測(cè)</p><p>　　

66、坡腳水平位移邊樁及觀測(cè)樁沉降觀測(cè)采用徠卡(TC2003)全站儀測(cè)量，利用單三角前方交會(huì)法與視準(zhǔn)線法相結(jié)合的方法，對(duì)邊樁位移坐標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位量測(cè)。根據(jù)當(dāng)天測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)整理匯總并繪制填土高度--時(shí)間--水平位移關(guān)系曲線。當(dāng)邊樁水平位移超過(guò)5mm／d時(shí)，應(yīng)立即停止填筑，必要時(shí)進(jìn)行卸載處理，待恢復(fù)穩(wěn)定后再進(jìn)行填筑施工。 </p><p>　　路基兩側(cè)路肩頂面觀測(cè)樁同地基沉降觀測(cè)精度一樣，及時(shí)整理當(dāng)天測(cè)量數(shù)據(jù)并繪制荷載-

67、-時(shí)--沉降關(guān)系曲線，進(jìn)行研究，評(píng)估路堤頂面沉降變形情況 。</p><p><b>　　超載預(yù)壓</b></p><p>　　4.2.1 超載預(yù)壓法</p><p>　　超載預(yù)壓法是處理土層的方法之一。超載作為時(shí)荷載，在持續(xù)作用一定時(shí)間滿足使用荷載下的工沉降要求后，須卸荷到使用荷載水平，其效果可以從載卸除后地基在建筑物荷載作用下的后續(xù)變形大

68、小到反映，后續(xù)變形小，則處理效果好。</p><p>　　由于鐵路運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道鋪設(shè)對(duì)工后沉降提出了嚴(yán)格的要求設(shè)計(jì)上多采用CFG樁、注漿、旋噴樁等措施對(duì)原軟土地基進(jìn)行加固處理，然后再通過(guò)超載預(yù)壓來(lái)加速地基土層的壓縮變形，以減小工后沉降。另外，超載預(yù)壓路基的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是卸載時(shí)機(jī)的確定，它直接影響超載預(yù)壓的工程效果。</p><p>　　高速鐵路超載預(yù)壓路基的沉降變形評(píng)估與一般路基在控制標(biāo)準(zhǔn)

69、上是一樣的，均要滿足《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》的相關(guān)要求，但由于超載預(yù)壓路基經(jīng)歷了二次堆載、預(yù)壓和卸載的過(guò)程，基底沉降變形觀測(cè) 曲線會(huì)隨著荷 載的變化而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，其卸載時(shí)機(jī)的合理性和工程沉降的計(jì)算分析較常規(guī)路基要復(fù)雜得多。</p><p>　　4.2.2 典型超載預(yù)壓段的變形特征</p><p>　　下面以武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線堆載預(yù)壓路基沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，總結(jié)分析超載預(yù)壓

70、路基的沉降變形規(guī)律和特征，分別采用有效應(yīng)力面積比法和基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸擬合的卸載控制方程，對(duì)超載預(yù)壓路基的卸載時(shí)機(jī)和沉降進(jìn)行分析，探討與高速鐵路超載預(yù)壓路基沉降特征相適應(yīng)的沉降評(píng)估技術(shù)。</p><p>　　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)超載預(yù)壓路基段的沉降變形發(fā)展過(guò)程基本相同。其典型斷面的沉降變形過(guò)程曲線如圖10所示。</p><p>　　圖10 DK1 671+426.46典型堆載預(yù)壓后卸載斷面

71、的沉降變形過(guò)程曲線</p><p>　　從圖10中可以看出，路基從填筑到卸載可分為三個(gè)階段 ： </p><p>　　第一階段：為堆載階段，堆載后沉降變形明顯增長(zhǎng)，沉降速率增大，在沉降過(guò)程曲線上表現(xiàn)為下凹曲線。 </p><p>　　第二階段：為預(yù)壓階段，此時(shí)停止加荷載，但沉降變形繼續(xù)增長(zhǎng)，沉降速率變緩，在沉降過(guò)程曲線上表現(xiàn)為上凸曲線。 </p>&l

72、t;p>　　第三階段：為卸載階段，卸載后沉降速率明顯減小，沉降變形趨于穩(wěn)定，且未出現(xiàn)明顯的回彈跡象，在沉降過(guò)程曲線上表現(xiàn)為一條平緩的曲線。 </p><p>　　從以上變形規(guī)律可以看出，超載預(yù)壓路基的變形特征主要體現(xiàn)為：對(duì)于填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，超載施加時(shí)，基底沉降變形發(fā)生突變，沉降過(guò)程曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)；對(duì)于路基本體和超載連續(xù)填筑完成的觀測(cè)斷面，沉降過(guò)程曲線相對(duì)光滑，與常規(guī)路基無(wú)明顯的差異；卸

73、載后，沉降變形速率明顯減小 ，沉降變形很快趨于穩(wěn)定；對(duì)于填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，由超載引起的沉降增量與超載之比，一般要小于路基本體填筑引起的沉降增量與本體荷載之比。上述變化規(guī)律反應(yīng)出堆載預(yù)壓措施能加速基底壓縮土層的變形，從而減小工后沉降是有效的。</p><p>　　4.2.3 沉降變形分析評(píng)估的技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)</p><p>　　超載預(yù)壓路基段的沉降變形分析評(píng)估應(yīng)充分考慮以上

74、變形特征，在滿足常規(guī)路基評(píng)估技術(shù)條件的基礎(chǔ)上 ，還應(yīng)充分考慮以下控制要求 ： </p><p>　　(1)超載高度和預(yù)壓時(shí)間 </p><p>　　超載高度和預(yù)壓時(shí)間均要達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)預(yù)壓時(shí)間一般不小于6個(gè)月。 </p><p>　　(2)沉降預(yù)測(cè)方法 </p><p>　　在沉降預(yù)測(cè)方法的選擇上，不建議采用拓展雙線法。這主要是由于拓

75、展雙曲線法引入了荷載系數(shù)的概念來(lái)反映荷載的變化，但其前提是加載量和加載速率基本相同，而超載浮土的填筑速度一般與路基本體填筑速度存在明顯差異，若采用拓展雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可能帶來(lái)較大的誤差。故不建議采用，可以選擇三點(diǎn)法、常規(guī)雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)。 </p><p>　　(3)預(yù)測(cè)時(shí)間起點(diǎn)和時(shí)間段 </p><p>　　對(duì)于路基本體填筑完成后直接進(jìn)行堆載的路段沉降預(yù)測(cè)起點(diǎn)和時(shí)間段與一般路基無(wú)明

76、顯的差異，即取填筑完成后或沉降曲線出現(xiàn)突變后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析預(yù)測(cè)；對(duì)于路基本體填筑完成后有較長(zhǎng)恒載期的觀測(cè)斷面，由于超載會(huì)引起沉降曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，因此建議采用拐點(diǎn)之后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。</p><p>　　(4)最終沉降量的預(yù)測(cè)計(jì)算 </p><p>　　最終沉降量是指設(shè)計(jì)荷載條件下路基最后的沉降量，對(duì)于超載預(yù)壓路基，原則上應(yīng)根據(jù)卸載以后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。但由于鐵路客運(yùn)

77、專(zhuān)線路基已進(jìn)行</p><p>　　過(guò)處理，在經(jīng)過(guò)堆載預(yù)壓后，其沉降變形量很小，甚至有可能發(fā)生回彈變形，采用卸載后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的難度較大。若采用荷載系數(shù)來(lái)對(duì)前期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，卸載后會(huì)出現(xiàn)明顯的回彈變形，這與實(shí)際變形觀測(cè)結(jié)果存在較大的差異。因此，建議采用超載預(yù)壓階段的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的最終沉降量代替設(shè)計(jì)荷載條件下的最終沉降量，很顯然超載條件下的最終沉降量要大于設(shè)計(jì)荷載條件下的最終沉降量，這對(duì)于工程是偏于安全的。&

78、lt;/p><p>　　(5)工后沉降的計(jì)算</p><p>　　工后沉降是由鋪設(shè)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu) 自重引起的沉降和鋪軌后至運(yùn)營(yíng)完成所發(fā)生的沉降兩部分組成，即 </p><p>　　=s()—s()+ (5)</p><p>　　式中：為預(yù)計(jì)鋪設(shè)無(wú)砟軌道時(shí)間點(diǎn) ；為預(yù)定運(yùn)營(yíng)完成的時(shí)問(wèn)點(diǎn)(=十100

79、年)；s()—s()為路基在鋪軌后至運(yùn)營(yíng)完成所發(fā)生的沉降；為鋪設(shè)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)自重發(fā)生的沉降。</p><p>　　對(duì)于超載預(yù)壓路基而言，超載一般明顯要大于結(jié)構(gòu)層荷載，在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)壓并趨于穩(wěn)定后，其歷史荷載水平已經(jīng)超過(guò)了使用荷載水平，按超載條件下</p><p>　　觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的最終沉降量實(shí)際已包含了結(jié)構(gòu)層引起的沉降量。因此，對(duì)于超載預(yù)壓路基，當(dāng)采用超載預(yù)壓階段的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)最終沉降量時(shí)

80、，不再計(jì)入結(jié)構(gòu)層引起的沉降量。而按超載階段的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)鋪軌時(shí)間點(diǎn)沉降時(shí)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為路基本體荷載條件下的預(yù)測(cè)值，因此，應(yīng)在預(yù)測(cè)時(shí)間段的選擇上考慮卸載后的觀測(cè)數(shù)據(jù)</p><p>　　實(shí)際操作過(guò)程中，當(dāng)卸載階段沉降已趨于穩(wěn)定或有回彈的情況下，可以取鋪軌前的最終觀測(cè)值代替。</p><p>　　根據(jù)以上原則 ，超載預(yù)壓路基的工后沉降按下式計(jì)算 </p><p>　　=s

81、(—s( (6)</p><p>　　式中：s(璀為按超載階段觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的運(yùn)營(yíng)完成時(shí)間點(diǎn)的沉降量；s(為按卸載階段計(jì)算的預(yù)計(jì)鋪軌時(shí)間點(diǎn)的沉降量，當(dāng)卸載階段沉降已趨于穩(wěn)定或有回彈的情況下，可取鋪軌前的最終觀測(cè)值。</p><p><b>　　4.3 復(fù)合地基</b></p><p>　　客運(yùn)

82、專(zhuān)線鐵路路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，地基處理多采用 cFG樁、管樁、灌注樁等半剛性或剛性樁進(jìn)行加固，下面從復(fù)合地基的定義、各種地基基礎(chǔ)的荷載作用等方面進(jìn)行一些探討。</p><p>　　4.3.1 復(fù)合地基的定義與本質(zhì) </p><p>　　復(fù)合地基是指天然地基在地基處理工程中部分土 體得到增強(qiáng)或置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由天然地基土體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。 </

83、p><p>　　下面通過(guò)分析淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基在荷載作用下的荷載傳遞特性來(lái)認(rèn)識(shí)復(fù)合地基的本質(zhì)，并討論淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基三者之間的關(guān)系。對(duì)淺基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)直接傳遞給地基土體，如圖11所示。樁基礎(chǔ)可分為摩擦樁基礎(chǔ)和端承樁基礎(chǔ)2大類(lèi)。對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給樁基礎(chǔ)，樁體主要通過(guò)樁側(cè)摩阻力將荷載傳遞給地基土體；對(duì)端承樁基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給樁體，樁體主要通過(guò)樁端端承力將荷載傳遞給地基土體。因此可以說(shuō)

84、，對(duì)樁基礎(chǔ)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)先傳遞給樁體，再通過(guò)樁體傳遞給地基土體，如圖12所示。對(duì)復(fù)合地基，荷載通過(guò)基礎(chǔ)將一部分荷載直接傳遞給地基土體，另一部分通過(guò)樁體傳遞給地基土體，如圖13所示。因此，淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基三者的荷載傳遞特性是不同的，復(fù)合地基的本質(zhì)是樁和樁問(wèn)土共同直接承擔(dān)荷載。</p><p>　　淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)三者之間其實(shí)并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。如采用土擠密樁加固地基，當(dāng)樁土應(yīng)力比等于1時(shí)，也可視為淺基

85、礎(chǔ)；又如考慮樁土共同作用的摩擦樁基，則可以認(rèn)為是樁基礎(chǔ)，也可以看作剛性樁復(fù)合地基。</p><p><b>　　圖11 淺基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　圖12 樁基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　圖13 復(fù)合地基</b></p><p>　　4.3.2

86、 客運(yùn)專(zhuān)線路基地基加固常用形式與分析</p><p>　　在荷載作用下，增強(qiáng)體與天然地基土體通過(guò)變形協(xié)調(diào)共同直接承擔(dān)荷載作用是形成復(fù)合地基的基本條件。圖14反映的是 目前客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制中常采用的的幾種地基加固形式，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。</p><p>　　圖14 客運(yùn)專(zhuān)線路基地基加固常用形式</p><p>　　在圖14(a)中，在路堤荷載作用下，剛性筏板基

87、礎(chǔ)的存在基本可以保證樁和土共同直接承擔(dān)荷載，加固樁采用 CFG樁或低強(qiáng)度素混凝土樁時(shí)，可以按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；加固樁采用預(yù)制管樁或鋼筋混凝土灌注樁時(shí)，一般按復(fù)合樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　在圖14(b)中，在剛性筏板基礎(chǔ)下設(shè)置一定厚度的柔性墊層，通過(guò)柔性墊層的協(xié)調(diào)，可以保證樁和樁問(wèn)土共同承擔(dān)荷載，柔性墊層的存在可以減少樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮樁問(wèn)土的承載潛能。因而，一般按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。&l

88、t;/p><p>　　在圖14(c)中，路堤下直接設(shè)置碎石加筋墊層，其作用與剛性筏板基礎(chǔ)的柔性墊層的作用正好相反，碎石加筋墊層的剛度比路基本體要大，它的存在可以提高樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮樁的承載潛能，可按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　根據(jù)復(fù)合地基 、復(fù)合樁基理論進(jìn)行客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制分析可以參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。</p><

89、p>　　4.3.3 復(fù)合地基沉降量計(jì)算</p><p>　　管樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降量由兩部分組成，一部分是地基土在管樁加固固結(jié)壓縮后引起的加固區(qū)沉降量，另一部分是樁土復(fù)合地基加固區(qū)下臥持力或軟土層沉降量。</p><p>　　S=+ (7)</p><p>　　其中：采用復(fù)合模量法計(jì)算，采用

90、分層總和法。 </p><p>　　管樁加固區(qū)沉降量采用復(fù)合模量法計(jì)算，將復(fù)合地基加固區(qū)中的管樁群體和土體假想成一個(gè)復(fù)合實(shí)體基礎(chǔ)，加固區(qū)的沉降即為該實(shí)體基礎(chǔ) 的壓縮變形量，選用壓縮模量進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　式中，一第 i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量</p><p>　　一第

91、 i層復(fù)合土層的厚度； </p><p>　　m一復(fù)合地基面積置換率； </p><p><b>　　一樁體壓縮模量； </b></p><p><b>　　一土體壓縮模量。</b></p><p>　　管樁樁土復(fù)合地基加固區(qū)下臥持力層或軟土層沉降量 s 采用分層總和法計(jì)算，在分層總和法計(jì)算中，下臥

92、層土體的附加應(yīng)力采用等效實(shí)體法，即將復(fù)合地基加固區(qū)中的管樁群體和土體假想成一個(gè)復(fù)合實(shí)體基礎(chǔ)。如下式壓縮層厚度按附加應(yīng)力等于0.1倍的自重應(yīng)力來(lái)確定。</p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　式中，一第i層厚度；</p><p>　　一第 i層中點(diǎn) 自重應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的孔隙比；</p><p>　　一第

93、 i層中點(diǎn) 自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和對(duì)應(yīng)得空隙比。</p><p><b>　　第5章 結(jié)論</b></p><p>　　客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，目前地基處理的理論與設(shè)計(jì)方法主要是針對(duì)傳統(tǒng)的軟弱土地基，并不完全適合客運(yùn)專(zhuān)線路基工后沉降的設(shè)計(jì)計(jì)算與地基加固處理，隨著工程實(shí)踐的日益增多，特別是工程試驗(yàn)和沉降觀測(cè)成果的積累，客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制理論與設(shè)計(jì)方法將不斷得以完

94、善，目前在沉降控制分析工作中，可以按以下建議進(jìn)行設(shè)計(jì)：</p><p>　?。?）有限元“分級(jí)加載”模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)基本一致，誤差在工程精度允許范圍內(nèi)。說(shuō)明提出的路基沉降逐級(jí)填筑加荷的數(shù)值仿真方法是可行的，對(duì)高路基填筑施工控制具有一定的指導(dǎo)意義</p><p>　　(2)對(duì)于軌道與列車(chē)荷載，在穩(wěn)定檢算時(shí)，采用雙線有載；在沉降分析時(shí)，考慮雙線軌道荷載和單個(gè)列車(chē)荷載。</p>

95、<p>　　(3)堆載預(yù)壓措施能加速基底壓縮土層的變形，從而減小工后沉降是有效的。</p><p>　　(4)客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降控制分析，應(yīng)根據(jù)路堤基底墊層形式、加固樁的類(lèi)型，采用復(fù)合地基或復(fù)合樁基理論進(jìn)行。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　四年的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而對(duì)于我的人生卻只是

96、一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將完畢之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了宏偉

97、的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫(xiě)作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽?zhuān)傻弥X草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！ 同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境

98、。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 屈曉輝，崔俊杰．客運(yùn)專(zhuān)線鐵路路基設(shè)計(jì)技術(shù) [M]．北京 ：人民交通出版社，2oo8． </p><p>　　[2] 地基處理手冊(cè)編委會(huì)．地基處理手冊(cè) [K]．3版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20o8． </

99、p><p>　　[3] JGJ 79—2002／J 220—20o2，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[s]．</p><p>　　[4] JGJ 94—2oo8，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[s]．</p><p>　　[5] 何廷樹(shù)．混凝 土外加劑 [M]．西安：陜西科學(xué)技術(shù) 出版社，2003</p><p>　　[6] 郭延輝，郭京育，趙霄龍，等．聚羧酸系高性能減

100、水劑研究與工程應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社 ，2007</p><p>　　[7] 王子明，陳紅巖，崔素萍，等．聚羧酸系高性能減水劑與緩凝劑的復(fù)合效應(yīng)研究 [A]．第三屆全 國(guó)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)年會(huì)[C]，2007，6：134—137</p><p>　　[8] 王驍敏，陳國(guó)軍．聚羧酸鹽減水劑與緩凝劑的復(fù)配[J]聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)，2005，8</p&g

101、t;<p>　　[9] 楊廣慶．高速鐵路路基設(shè)計(jì)與施工[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社 ，2001</p><p>　　[10] 折學(xué)森．軟土地基沉降計(jì)算 [M]．北京 ：人民交通出版社，1998</p><p>　　[11]龔曉南．復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ．2002．</p><p>　　[12] 王麗艷，袁新明．微型樁復(fù)

102、合地基沉降和動(dòng)力特性研究[J]．水利學(xué)報(bào) ，2005，36(12)：1 492—1 497</p><p>　　[13] 陳德春，劉祖德．混凝土剛性短樁復(fù)合地基在軟土地基加固中的應(yīng)用[J]．土木基礎(chǔ)，2003，17(3)：31—33</p><p>　　[14] 郝文化．ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社 ．2005．</p><p>　　[