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陈伯军
（中铁十九局集团公司第五工程有限公司,辽宁 大连 116100）
摘 要：无砟轨道路基要求按土工构筑物设计,应具有足够的强度、刚度、稳定性,满足耐久性要求,文章结合设计图纸、文件相关要求以及客运专线路基实践经验,对客运专线路基变形控制设计与施工进行了阐述.
关键词：客运专线路基；沉降；变形控制；填筑压实质量标准；路基填料施工
中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）16-0053-04
无砟轨道路基要求按土工构筑物设计,应具有足够的强度、刚度、稳定性,满足耐久性要求,并强调与相邻构筑的变形与刚度协调、统一,满足高速列车平稳、安全运营,以及旅客乘坐的舒适度要求.鉴于无砟轨道路基与常规铁路相比,具有路基变形控制标准高、路基强度高刚度大且均匀性要求高、在高速运行以及自然条件下长期稳定的特点,对客运专线无砟轨道路基来说,必须在路基结构、填筑材料、路基施工工艺、质量控制标准、工后沉降的控制、抵御各种不良环境的加固防护等方面,采取比常规铁路更高的技术标准,满足其需要.这需要在勘测、设计、施工各阶段共同采取措施,严格控制,本文通过对武广客运专线路基沉降变形控制设计及施工措施的了解与学习,并结合武广客运专线路基施工实践经验分析总结,特形成此文,供类似工程参考借鉴.
一、客运专线路基设计概况
(一)路基结构型式
路基面宽度及横断面布置型式应根据线间距、轨道结构型式、曲线超高设置、通信信号和电力电缆槽布置、接触网立柱基础、声频障基础等因素,并应结合路基防排水等问题综合考虑确定.
路基标准横断面：双线无砟轨路基横断面宽13.6m,线间距5m,路基面形状为梯形,轨道的混凝土底座范围内为平面,边缘以外做成向两侧4%的横向排水坡,并设置7cm厚的沥青混凝土封闭层.
(二)主要技术标准
1.基床以下路堤填筑压实质量标准.
检验数量：沿线路纵向每100m每压实层检验压实系数或孔隙率6点,其中：左、右距路肩边线1m处各2点,路基中部2点；每100m每填高90cm检验地基系数4点,其中：距路基边线2m处左、右各1点,路基中部2点.
2.基床底层填筑压实质量标准.
检验数量：沿线路纵向每100m每压实层检验压实系数或孔隙率6点,其中：左、右距路肩边线1m处各2点,路基中部2点；每100m每填高90cm检验地基系数、动态变形模量各4点,其中：距路基边线2m处左、右各1点,路基中部2点.
3.基床表层填筑压实质量标准.
检验数量：沿线路纵向每100m每压实层检验动态变形模量Evd和孔隙率各6点,其中：左、右距路肩边线1.5m处各2点,路基中部2点；检验地基系数4点,其中：距路基边线1.5m处左、右各1点,路基中部2点.
二、路基沉降变形控制设计措施
(一)综述
1．武广客运专线工后沉降控制标准与特点.根据我国《客运专线无砟轨道铁路设计指南》的规定,路基工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量1 5 m m , 等路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm等.由于岩土的差异性大,这种高标准的沉降控制要求,现有的沉降计算方法难以满足其精度.可以说,路基施工过程中,任何一个施工环节的质量问题,均有可能导致工后沉降超过控制标准.
2．产生路基沉降因素的组成.从无碴轨道路基结构特点分析,路基沉降可分为以下三部分：（1）对于列车动荷载长期作用下产生的变形.（2）路基填料在自重作用下的压实沉降.（3）支承路基的地基沉降变形.
路基高度的不同,地基条件的不同,沉降也不一样,为路基的主要沉降变形部分,且完成时间长.而且对于不同的地基土类型沉降完成的速度、时间不同,计算模式和方法亦不同. 因此,在路基设计中应主要针对地基沉降采取地基加固处理措施.此外,施工中的控制也十分重要.
(二)路基沉降设计中的控制
1．纵向控制. 武广客运专线路基设计中进行了整体变形分析,以控制不均匀沉降的出现.具体设计中,根据压缩层的厚度变化情况、路基的填筑高度、地层软硬均匀性等条件选择检算横断面,并保证了一定的检算密度；如果地表纵坡变化大、压缩层的厚度变化、地层相变大,则必须检算变化处的相邻两个横断面的工后沉降,建立整体变形分析表,使相邻断面工后沉降差控制在轨道可圆顺范围内.
下列地段必须检算相邻断面或按每50m进行工后沉降的检算,直至计算满足不均匀沉降的控制要求：（1）有复合地基加固与无复合地基加固的相邻横断面；（2）地层相变大的地段；（3）路基高度变化地段；（4）岩溶溶沟、溶槽区.
2．横向的控制.陡坡路堤地段,当路堤基底无法通过挖台阶,使基底水平时,设计进行了横向不均匀沉降差的检算.沉降差控制在5mm内.
3．过渡段不均匀沉降的控制.过渡段范围,桥台台尾路基应进行工后沉降的分析,且与桥台工后沉降差不超过5mm,同时还应考虑相邻断面的不均匀沉降的检算.
4．设计中路基地基沉降控制措施的选择.设计根据各工点的地基条件、填土高度,对工后沉降值不能满足要求的地段,按下列原则采取了强夯或强夯置换、振动碾压、冲击压实；搅拌桩、旋喷桩、CFG桩复合地基和刚性桩（预应力管桩、方桩和钻孔灌注桩等）-网复合地基；预压等地基加固措施；其中厚层～巨厚层的第四系黏性土、花岗岩全风化层、灰岩残积红黏土层、膨胀土路基同时应根据现场载荷试验成果,计算路堤地基的沉降量.
5.设计中建立了路基沉降监测与分析评估体系.
三、路基变形施工控制要点
由于武广客运专线路基沉降控制标准高,要求路基工后沉降一般不大于15mm,趋于零沉降.基于此,路基工后沉降的控制,不仅需要准确而详细的勘察资料,尤其是土工试验资料,适宜不同类型地基土的沉降分析办法,更要重视并切实加强路基施工各个环节的施工质量的控制,因为任何施工环节的施工质量问题均有可能导致路基工后沉降超过15mm.其主要体现在路基地质条件的核查、路基地基加固或处理的施工质量控制与检测、路基填筑施工质量的控制与检测等以下几个方面：（1）地基条件的核查（武广工［2005］84号文中有效详细的规定）；（2）地基加固处理施工的控制与检测；（3）无复合地基加固地段清基回填的施工控制与检测；（4）路基开挖后或基底清基后做好临时排水,严禁浸泡路基基底.路基基底一旦遇水浸泡,基底土将软化,引起新的沉降变形.因此,当现场出现浸水软化层时,应将软化层清除换填,软岩软化层一般采用片石混凝土换填,土质地区的软化层一般采用三合土或细粒土改良土换填；（5）路基基底褥垫层的施工控制与检测；（6）路基填筑施工控制与检测.
(一)路堑基床土的检测与处理
1．一般软质岩、强风化岩、以及土质路堑地段,基床表层应换填级配碎石；弱风化或未风化硬质岩地段,如为非可溶岩时,基床表层及以下不换填,如为可溶岩时,基床表层应换填不少于0.2m的C20混凝土,同时应采用C15片石混凝土嵌补凹坑、溶沟、溶槽及溶蚀裂隙等；处于基床底层范围内的土不满足基床土质及压实标准时,应进行换填处理.
2．检测.路堑开挖后应采用工程地质调绘、原位测试、电法物探,必要时进行钻探取样等办法,加强地基土地基条件的核查与检测工作,换填底面应满足均质地基的要求,且变形与强度符合要求.换填以下基床范围内不得夹有Ps<,1.8MPa、N<,10或σ0＜0.2MPa的土层.具体在武广工［2005］84号文中有效详细的规定.
(二)路基填料施工中的控制
1．路基填料的设计.设计要求路基基床表层一般采用级配碎石,基床底层一般采用A、B组填料,基床以下要求采用A、B和C组填料（不包含细粒土、粉砂、软块石土）或改良土.
在设计文件中较详细的列出了岩石类与粗粒土填料的分类与处理措施,细粒土填料分组、适用范围与处理措施,提出了浸水地段或高路堤路基填料要求.并要求填筑施工前必须进行填筑工艺试验,且武广公司也已发文作了详细的要求.
对软岩风化崩解物填料以及花岗岩全风化物填料,虽然根据筛分,其颗粒组成类似于土质砂类土或土质角砾土B组填料,但由于其组成成份复杂,组颗粒分布不均匀,其水理性差以及填筑路基的长期稳定性目前尚存在争议,因此设计中没有采用软岩风化崩解物填料以及花岗岩全风化物填料直接用作路基填筑.
2.路基填料施工中的控制要点.
第一,取料场的控制.（1）土工试验的土样应有代表性.由于岩土结构的复杂性以及成分的多变性与不在均匀性,在同一料场中的不同点取样,进行土工试验,其试验成果往往差异性大,因此现场取样鉴定时,应在不同的地点进行取样,且土工试验成果应有一定数量的样本数.（2）对拟定的取料场应进行地质勘察.由于岩土结构的复杂性以及成份的多变性,在同一料场中往往不是所有的地层岩性都能满足客运专线填料的要求,因此,对拟定的取料场应进行地质勘察,目的是：查明取料场的地层岩性是否全部或部分符合要求；查明料场的路用性质是否符合客运专线的要求；确定开采范围、确定破碎与拌和方案.（3）准确鉴定填料的组别.对第四系碎石类、砾石类、砂类土（包括土质砂类土、土质碎石类土）填料,可以颗粒分析为主结合必要的物性指标按规范确定填料的组别；块石类土应重点根据岩块的饱和抗压强度、软化系数,结合必要的矿物分析、颗粒级配划分填料组别.
路基沉降板:汉宜铁路部分路基沉降超标 铁路方否认存质量问题
对易风化软岩（包括其风化崩解物）属于性质特殊的填料,不宜按照颗粒分析进行填料组别的划分,规范已有规定不能直接用作客运专线路基填筑.
第二,现场填筑控制.（1）对天然的第四系碎石类、砾石类、砂类土（包括土质砂类土、土质碎石类土）B组填料,由于现场颗粒组成不均一,同一料场有些位置粗颗粒富集,而有些位置细颗粒过多,为此,建议在填筑现场应设置堆料场,通过倒运使颗粒拌和均匀.（2）按要求加强现场填筑工艺性试验,验证、确定工艺参数.工艺试验时应重点注意下列问题：骨料粒度及均匀性对压实质量的影响；含水量对压实过程的影响；击实功对最佳含水量和最大干密度的影响.（3）按规范要求加强各道填筑工序的控制与质量检测.
四、沉降监测与系统的分析评估
路基变形监测进行施工期间系统的沉降监测与系统的分析评估,来保证工后沉降控制精度.通过变形监测数据的综合分析与评估,验证或调整设计措施使路基地基处理达到规定的变形控制要求,分析推算地基的最终沉降量和工后沉降,确定无砟轨道铺设时间,同时观测数据还可作为竣工验交时控制工后沉降量的依据.可以说,路基工后沉降控制精度、系统的监测以及系统的评价,是武广客运专线无砟轨道路基建设的关键.
(一)变形监测的内容与设置原则
根据不同的路基高度,以及不同的地基条件,监测内容主要有：路堤及浅挖路基的路基面沉降监测、基底沉降监测、路堤本体沉降监测、过渡段不均匀变形的监测,另外软土或松软土地基路堤地段的边桩位移监测、桩网结构的加筋（土工格栅）应力、应变监测等.
监测范围应涵盖所有有沉降发生的路基地段.沉降监测剖面应根据不同的地基条件,不同的结构部位等具体情况设置.
路基面监测点是变形监测的重点部位,同时为评价沉降的发生与发展规律,预测总沉降量及工后沉降完成时间,还必须在路基填层中以及路基基底布置监测点.
由于现场地形的变化,现场布置监测剖面及监测元器件时应结合具体地形情况依据上述原则进行调整.
(二)监测类型
武广客运专线变形监测剖面基本布置类型如“变形监测剖面的基本布置图式”,具体应根据路基填筑高度、路基结构类型、地基条件以及监测内容等因素确定,大致可有以下7种监测类型：
1.一般路堤地段沉降监测.
2.一般软弱土地基路堤地段沉降 监测.
3.深厚覆盖层地基地段沉降监测.
4.低填浅挖路基地段监测.
5.过渡段路基沉降监测.
6.岩溶路基沉降监测.
(三)路基变监测施工控制要点
1.根据变形监测细则要求加强元器件质量与参数的控制.
2.加强现场元器件埋设质量的控制.
3.加强监测数据采集系统的构建控制.
4.确保监测数据的正确性与完整性.
(四)工后沉降的分析与评估
武广客运专线建设工程规模大、技术标准高、建设速度快,为保证线下工程350km/h速度目标值要求,按时铺设无碴轨道,武广公司委托咨询单位（评估单位）对全线上报的大量沉降观测资料进行全面分析和预测.针对武广铁路客运专线沉降变形分析评估的技术要求,开发建立了“武广铁路客运专线沉降监测数据管理与分析预测集成系统”,将实现监测数据的统一管理查询与图形显示,有效提高沉降数据分析与工后沉降预测的工作效率,为武广客运专线沉降变形分析评估工作提供重要的技术保障.
五、过渡段路基设计与施工
武广客运专线因交通、灌溉或排水需要,设置于路基地段的涵洞密度较大,加之地形起伏大,路堤与路堑过渡段多,导致过渡段密度大.为避免刚性构筑物与土工构筑物间的刚度差异以及不同构筑物间的差异沉降过大影响列车的高速运行以及运行舒适度,需在不同构筑物联结处设置过渡段,使其刚度与变形均匀过渡,确保列车高速、安全、平稳过渡.过渡段是路基工程与其它工程的衔接过渡部位,作为与过渡段衔接的桥台、涵洞等结构物均提前安排施工.当桥台、涵洞施工及地基处理完成后,立即进行过渡段的填筑,以便加长过渡段静置自稳的时间,进一步减小工后沉降量.
武广客运专线全线过渡段类型主要有：桥路过渡段、路堤与横向结构物（立交框构、箱涵）过渡段、隧路过渡段、堤堑过渡段、桥桥或桥隧过渡段、半填半挖路基及不同岩土组合的横向过渡段等.为了保证过渡段填筑质量,过渡段与相邻路堤应按水平分层同时填筑,并将过渡段与其连接路堤的碾压同时进行,按大致相同的高度进行填筑,并需结合各工点的实际情况进行现场工艺试验.过渡段填筑材料级配碎石或级配碎石加5%水泥等填料由混合料拌合站集中拌制,混凝土由混凝土拌合站拌制,自卸汽车运至施工现场施工.
六、路基防排水工程
路基应有良好的排水设施,对受水浸泡易于松软的黏性土和易于软化的岩石路基,必须加强排水措施,保证路基边坡和地基的稳固.路基排水设备应布置合理,与桥涵、隧道、车站等排水设施衔接配合,并有足够的过水能力.为避免地表水对路基的侵蚀,路堤地段坡脚根据需要设置排水沟,路堑地段设置侧沟、天沟、边坡平台截水沟、吊沟等.
客运专线防排水工程主要有地表排水系统、地下排水系统、路基面防排水、线间排水等.
1.地表排水设施有天沟、侧沟、边坡平台截水沟、吊沟、边坡截水槽、路堤坡脚排水沟等.
2．路基基床防排水.（1）路基线间排水：采用横向直排、设置线间集水等排水方式.（2）基床表面及护肩的防排水：路基基床表层及两侧护肩的防排水目的是防止表水渗入基床及路基本体,路基面及电缆槽底排水层底至路基边缘均铺设有沥青混凝土防水层.
（3）基床及护肩的防排水.
3．地下水防排水.对路基有危害之地下水,应根据其性质和特征设置明沟、边坡支撑渗沟、渗水盲沟、渗水隧洞、渗井或排水斜孔等排水设施,特别顺层路堑、岩堆、滑坡路基应加强引排水措施.地下水防排水设施主要有渗水盲沟、边坡渗沟及支撑渗沟、排水斜孔等.施工中要特别注意地下排水设施的出口设置与检查,确保排水通畅.
七、结语
路基沉降变形控制是武广客运专线路基工程重点研究的内容,路基工程质量的成败也主要取决于对路基沉降变形控制.为此,了解和掌握客运专线设计意图并按照设计意图和相关规范要求严格给予实施落实,才是建好客运专线的根本.
作者简介：陈伯军（1974-）,男,中铁十九局集团公司第五工程有限公司工程师,研究方向：客专、城际、高铁建设.
（责任编辑：陈倩）
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