遂渝铁路无碴轨道路基施工技术分析 80页

目录1引言...............................................................................................................................11.1路基工程技术的发展和展望...................................................................................11.2课题来源及依据.......................................................................................................31.3工程概况...................................................................................................................31.3.1试验段主要技术标准.......................................................................................31.3.2遂渝线无碴轨道综合试验段工程概况...........................................................41.3.3无碴轨道综合试验段概况...............................................................................41.4主要研究内容及关键技术.......................................................................................51.4.1钢筋砼桩网复合地基结构施工技术...............................................................51.4.2无碴轨道桩网复合路基工后沉降估算方法...................................................51.4.3路基填筑施工技术...........................................................................................51.4.4路基压实检测方法...........................................................................................61.4.5沉降监测方法...................................................................................................62无碴轨道钢筋混凝土桩网施工技术.............................................................................72.1工程概况...................................................................................................................72.2作用原理及结构形式................................................................................................72.3桩网结构施工方案制定...........................................................................................72.4桩网结构施工关键技术...........................................................................................72.5桩网结构施工工艺...................................................................................................92.5.1施工准备...........................................................................................................92.5.2钻机就位.........................................................................................................102.5.3成孔作业.........................................................................................................102.5.4灌注桩身混凝土.............................................................................................112.5.5反插钢筋笼.....................................................................................................122.5.6成桩检测.........................................................................................................13IVn2.6本章小结............................................................................................................153桩网结构复合路基的沉降机理...................................................................................163.1桩网复合地基的定义及其工后沉降的构成.........................................................163.2桩土应力比的计算.................................................................................................173.2.1桩土应力比的定义.........................................................................................173.2.2网单元的受力分析.........................................................................................173.2.3桩土应力比计算式.........................................................................................223.3桩土加固区的工后沉降量的计算..........................................................................233.3.1计算模型.........................................................................................................233.3.2用薄板来模拟网单元计算工后沉降.............................................................233.3.3用中厚板来模拟网单元计算工后沉降.........................................................273.4加固区下卧层工后沉降量的计算.........................................................................333.4.1桩穿透地基下的软土层.................................................................................333.4.2桩未穿透地基下的软土层.............................................................................333.5工后总沉降量的计算.............................................................................................343.6沉降计算与分析.....................................................................................................353.6.1沉降计算.........................................................................................................353.6.2工后沉降的分析.............................................................................................373.7本章小结..................................................................................................................434路基填料级配及填筑施工技术.................................................................................454.1工程概况.................................................................................................................454.2路基填料级配及填筑施工技术研究......................................................................454.2.1路基结构形式.................................................................................................454.2.2路基填筑材料标准.........................................................................................464.2.3路基填筑施工方案制定.................................................................................464.2.4路基填筑施工关键技术.................................................................................464.2.5路基填筑施工工艺.........................................................................................474.3本章小结.................................................................................................................515无碴轨道路基检测技术...............................................................................................53Vn5.1工程概况.................................................................................................................535.2路基压实质量标准.................................................................................................535.3无碴轨道路基压实检测技术.................................................................................545.3.1地基系数及孔隙率检测.................................................................................545.3.2动态变形模量及二次变形模量检测.............................................................545.4无碴轨道路基检测成果.........................................................................................575.5本章小结.................................................................................................................576无碴轨道沉降观测技术...............................................................................................596.1工程概况.................................................................................................................596.2工后沉降控制标准.................................................................................................596.3无蹅轨道路基沉降观测方法.................................................................................596.3.1路基沉降观测.................................................................................................596.3.2位移观测.........................................................................................................616.4观测点布设.............................................................................................................616.4.1观测点布设原则.............................................................................................616.4.2观测点布设表.................................................................................................626.5无碴轨道路基沉降观测仪器.................................................................................636.6无碴轨道路基沉降观测成果.................................................................................646.6.1沉降板观测.....................................................................................................646.6.2路基不均匀沉降分析.....................................................................................686.6.3预压试验.........................................................................................................726.7本章小结.................................................................................................................757本文总结与展望...........................................................................................................767.1本文总结.................................................................................................................767.2对后续研发工作的展望.........................................................................................77参考文献.............................................................................................................................78致谢.................................................................................................................................80攻读学位期间发表的学术论文目录.................................................................................81VIn1引言1.1路基工程技术的发展和展望长期以来，由于国家对铁路建设的投资偏小，我国铁路在20世纪90年代前旅客列车最高运行速度一直徘徊在80~110km/h。由于设计和施工的标准低，加上长期以来存在着重桥隧、轻路基的观念，路基填筑大多靠就近取土、移挖作填完成。路基填料差，施工质量不能保证，运营后会出现相当数量的病害地段。铁路工务部门通过加大维修工作量来保证列车的正常运行。为了使铁路交通系统充分发挥在我国国民经济发展中的“先行”作用，解决运能与运量日趋严重的矛盾，20世纪90年代中，铁道部作出了分步骤在繁忙干线上实现列车提速的决定。列车提速已作为重大发展战略列入我国铁路发展计划之中，并将指导路网的改造和建设工作。截至2006年，铁道部已实施5次大提速，涉及提速线路总里程达2万千米左右。铁路列车大提速提高了运输效率，带来了明显的社会效益和经济效益。但随着提速范围的扩大以及列车速度的不断提高，路基暴露出来的问题也越来越严重。提速后行车密度加大，维修作业时间相对减少；同时，行车速度提高后，列车对路基产生的动应力增加，特别是原有路基病害处，动应力加大致使病害加重，加快了轨道状态恶化，造成线路的恶化循环，影响行车安全。对于既有线路，往往只能在运营状态下进行提速改造。因此，在铁路路基的结构形式和要求上很难达到新线的标准，需要针对我国既有线路的特点来研究提速的路基技术条件。2004年铁道部已提出了《既有线提速160km/h路基技术条件》，以指导既有线提速的路基设计和施工。快速化、高速化是当代铁路技术发展的重要标志。2004年国务院讨论并原则通过了《中长期铁路网规划》。根据《中长期铁路网规划》，我国铁路将建设“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，建设客运专线1.2万千米以上，客运速度目标值达到200km/h及以上。高速铁路的出现，对传统铁路的设计、施工和养护[1]维修提出了新的挑战。传统的铁路路基是按强度设计的，对路基的变形不作要求，由此带来的经验教训是惨痛的。如陇海线徐连段中云一带自1987年4月26日建成通车以来，至1995年工后沉降最大下沉量2.5m，成为全国铁路软土地基下沉严重的典型。随着路基变形对铁路运行影响的逐步认识，《铁路特殊土路基设计规则》（TBJ—1992）第一次对工-1-n后沉降提出了要求，而高速铁路更是改变了传统的设计观念，对路基的变形作了严格的规定。对高速铁路路基来说，强度不是问题，控制路基变形和纵向刚度均匀变化，才是高速铁路路基的关键问题。控制变形就是要控制列车行驶时路基面的弹性变形和路基的工后沉降。路基的弹性变形过大，列车速度不可能提高，沉降量大，需要频繁的维修养护。在高速铁路路基设计规范中，除了增加基床厚度，采用更好的填料外，为控制列车行驶时路基面的弹性变形，对路基各部位的地基系数K30、动态变形模量[1]Evd均作了规定，对路基的工后沉降也有严格的要求，如200~250km/h时速的客运专线，有碴轨道路基一般地段工后沉降分别要求小于15~10cm，路桥过渡段工后沉降分别小于8~5cm。高速铁路轨道结构主要类型包括有碴轨道和无碴轨道。有碴轨道是铁路的传统结构，它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸躁特性好等优点。但随着行车速度的提高，其特点逐渐显现，主要是速度提高后，维修工作量显著增加，维修周期明显缩短。而无碴轨道由于轨道弹性均匀、线路状态稳定、养护工作量小、行车舒适性好等优点，在国外高速铁路获得了越来越广泛的应用，在我国客运专线建设中也将[2]大力发展这种无碴轨道。由于无碴轨道的基础一旦出现变形或破坏，其整治和修复较困难，资金和人力投入很大，维修耗时长，对无碴轨道的变形控制较有碴轨道更为严格。我国对无碴轨道的路基工后沉降要求小于15mm；路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。过渡段始终是高速列车平顺、舒适运行的薄弱环节。过渡段由于刚度差别大，将引起轨道刚度变化，列车通过时，必然会引起车辆与线路相互作用力的增加，加速线[3]路状态的恶化。因此，高速铁路路基的另外一个关键问题，就是控制纵向刚度均匀性的变化，即怎样在路桥、路隧、有碴轨道与无碴轨道等不同结构物之间，实现纵向刚度的均匀变化。在高速铁路路基设计规范中，对过渡段的结构设计、变形和刚度控制指标均做了规定。总之，高速铁路的出现，已彻底改变了以往重桥隧轻路基的观念，其设计理念发生了根本性的转变，真正地把路基作为一种结构物来设计。此外，近年来在高速铁路路基设计中，藉助于国内外房屋建筑、公路工程中的复合地基及其检测等相关技术，采用了CFG桩、PHC管桩加固软土地基和钢筋混凝土桩网结构、桩板结构加固湿陷性黄土的新技术；用动态变形模量测试仪，作为测试路基土动态变形模量新的检测手段；在施工方面，研究制定既有线提速200km/h路基技术条件和标准等，通过不断研究和总结，大幅度提升铁路、高速铁路路基工程的建设水平。-2-n1.2课题来源及依据铁道部为实现《中长期铁路网规划》2020年全国铁路营业线里程达到10万千米，建设客运专线1.2万千米的目标，借鉴国外成功的铁路建设经验，建造具有高稳定性、耐久性的无轨道铁路已成为全国铁路建设主流。通过引进、消化、吸收和自主创新，发展我国的无碴轨道技术，对于组织新一轮大规模铁路建设，特别是建设世界一流的客运专线，快速提升我国铁路技术装备，具有十分重要的意义。近几十年来国外在路基、隧道和高架桥结构上的各种无碴轨道结构有了很大的发展。我国从1995年开始，针对高速铁路需要，结合新线建设，较系统地开展了桥上、隧道内无碴轨道研究和试验，取得了大量的成果；但与国外高速无碴轨道的研究应用实践相比，我国无碴轨道研究的系统性、研究深度以及试验段的铺设数量和规模上均存在较大差距，尤其是对路基上无碴轨道方面的研究才刚刚起步，可供施工参考的资料和经验很少。因此，开展无碴轨道路基施工技术研究十分迫切和重要。我国要实现无碴轨道的规模铺设，必须通过设计、施工的综合试验，系统地解决无碴轨道结构系统的一系列关键技术问题。遂渝铁路无碴轨道综合试验段，正基于此而由铁道部立项建设的我国第一条适用于客运专线的无碴轨道综合试验段。遂渝线无碴轨道试验工程的建设，对于研发我国具有自主知识产权的、有中国特色的无碴轨道[4]及其沉降控制技术，并在我国客运专线上大规模推广应用，具有十分重要的意义。从2005年6月至2006年5月，针对施工中的技术难点和关键技术，经刻苦攻关，共完成了以下课题的研究：无碴轨道路基施工技术、无碴轨道过渡段施工技术、无碴轨道钢筋混桩网施工技术、无碴轨道钢筋混桩板施工技术、无碴轨道CFG桩地基加固施工技术、无碴轨道路基边坡防护施工技术、无碴轨道沉降观测技术、无碴轨道路基检测技术等。但本文只涉及作者参与其中的无碴轨道钢筋混桩网计算方法与施工技术、路堤填筑碎石级配与压密施工技术、路基沉降监测与路基填筑质量检测等方面的科技研发。1.3工程概况1.3.1试验段主要技术标准铁路等级：Ⅰ级；正线数目：单线、预留双线条件；速度目标值：160~200km/h；最小曲线半径：1600m；-3-n限制坡度：6‰；牵引种类：电力；机车类型：在6‰的限坡上，牵引3500t的韶山型货运机车，客运机车暂定满足运行时速160km以上的韶山型；牵引质量：3500t；到发线有效长度：850m；闭塞类型：自动站间闭塞。1.3.2遂渝线无碴轨道综合试验段工程概况试验段工程位于遂渝线重庆枢纽新北碚陵江大桥北端至蒋家大桥北端，起讫里程为：DK126+678～DK138+893，全长13.155km。主要实物工程量为：隧道4座，总长度6980m；桥梁3座，总长度260.72m；区间路基3.89km，站场路基长度为1.49km，路基总长度5.38km。铺设有Ⅰ型板式、减振型板式、Ⅱ型板式（博格板）、纵连Ⅰ型板式、框架型板式、双块式、岔区轨枕埋入式等7种类型轨道结构。无碴轨道综合试验段工程概况见表1。表1遂渝铁路无碴轨道综合试验段工程表序号工程项目单位数量1试验段线路长度km13.155路基总长度段~km4～5.451最长连续路基M4.486长度2路基软基段-m10～486路堤最大边坡M17高度路堑最大边坡M403桥梁座~延长米4～694.721.3.3无碴轨道综合试验段概况无碴轨道综合试验段里程为DK136+100～DK138+893，长2.793km，主要工程量为11座涵洞加固、接长，其余为路基工程，其中路堤10处共长1243m，最高路堤填高17m；路堑9处长1550m，最高路堑边坡33m；软基路堤5处长529m。路基基底主要加固措施有强夯、CFG桩、钢筋混凝土桩网和钢筋混凝土桩板复合地基等，相33应的工程量为：路基土石方挖方29万m，填方16万m；CFG桩四段共计2万m；3桩网复合地基两处计3.9万m；桩板复合地基一处，长95m，砼圬工1194m。本段为丘陵地貌，地形波状起伏，局部较陡，基岩裸露，顺层、高陡、深路堑等工点较多。-4-n1.4主要研究内容及关键技术在软土或松软土地区修建路基，不可避免地要产生一定的沉降。对于无碴轨道，由于受到轨道调整高度的限制，对路基的工后沉降提出了非常严格的要求。无碴轨道要求路基工后沉降一般不应大15mm；过渡段差异工后沉降不大于5mm；过渡段沉[5]降差异造或任意两段路基的折角不大于1/1000。有碴轨道路基Ⅰ级铁路路基工后沉降不大于200mm，过渡段不大于100mm。与有碴轨道轨道相比，无碴轨道路基对施工过程控制质量更加严格，压实标准更高。根据无碴轨道工程的特点及国外无碴轨道方面现有的施工方面的经验，借鉴于国内外房屋建筑、公路工程中的复合地基及其检测等相关技术，经过仔细分析，确定了主要研究内容。1.4.1钢筋砼桩网复合地基结构施工技术为避免本试点工程已填路基红层泥岩填料遇水膨胀软化导致原路堤破坏的影响，对钻孔桩的施工采用了采用长螺旋钻机干法成孔工艺。长螺旋钻机配用合金钻头成孔工[6]艺干法成孔工艺，钻进速度快，穿透能力强，可穿透硬土层，成本较低。钻孔入岩深度判断，采用长螺旋钻机成孔，因钻碴由孔内沿钻杆上升，在孔口处人工清理，钻进过程中入岩深度由钻碴无法直接判断，以至设计桩端入岩3m要求如何判断成为必须解决的一大难题，施工中采取了以钻进电流值控制入岩深度的方法，成功解决了这一问题。预防坍孔及减少孔底钻碴施工技术，本工艺成孔，钻孔时没有泥浆护壁，施工中为避免坍孔和缩孔，采用了管内泵压砼反插钢筋笼施工技术。1.4.2无碴轨道桩网复合路基工后沉降估算方法根据桩网复合地基的组成，分析其桩、土协同工作的机理，指出工后沉降的组成部分；根据网单元的受力平衡条件、路堤荷载特点及工后沉降机理，计算桩土应力比；[7]基于弹性薄板及中厚板变形理论和Winkler弹性地基模型，计算桩土加固区的工后沉降量。通过分析发现，当上部荷载增大、桩间距增大、网垫刚度增大、桩间天然地基土承载力减少，应力比将增大；当上部荷载增大、桩间距增大、网垫刚度减少、桩间地基土刚度系数减少，工后沉降将增大。1.4.3路基填筑施工技术无碴轨道因受轨道结构高度调整能力的限制对路基的差异沉降要求比有碴轨道更加严格，通过A、B组填料的土工及力学性能试验研究，摸索出适用于无碴轨道路[8]基工程的填料级配技术控制标准。参考其他相关线路工程经验，通过路基填筑施工-5-n及压实度检测，摸索出路基填筑施工工艺及设备配套技术。1.4.4路基压实检测方法遂渝线无碴轨道路基工程检测引进了德国检测二次动态变形模量EV2(MPa)、日本检测标准动态变形模量EVd(MPa)。静态变形模量EV2路基检测在国内高速铁路无碴轨道建设上尚属首次采用。在仪器设备方面，国内目前还没有EV2检测设备，而国产的K30仪器是无法检测EV2指标的。在检测方法上，国内高速铁路尚有待于立项研究，还不掌握EV2的检测方法标准；在设计方面，还没有采用过EV2参数，尚无EV2设计经验。遂渝线无碴轨道路基试验工程进行EV2检测的经验，可为今后国内客运专线路基施工检测提供借鉴。1.4.5沉降监测技术对混凝土桩网复合地基，埋设沉降板和变形观测管，以对路基沉降和横断面竖向变形进行全面和系统的监测，实施信息化施工。根据沉降监测反馈信息，判断路基沉降是否稳定并进一步完善工程措施，确保路基工后沉降稳定和满足无碴轨道铺设要求。-6-n2无碴轨道钢筋混凝土桩网施工技术2.1工程概况遂渝线无碴轨道试验段是在正施工的Ⅰ级铁路基础上进行的，施工之前段内部分路基已填筑至距路基面5～6m，为满足无碴轨道技术要求，对已填筑路堤采用了冲击碾压追加压密后设置桩网结构进行基础加固，其上按无碴轨道路基技术标准填筑。2.2作用原理及结构形式通过钻孔灌筑混凝土成桩方法对原已填筑高5m以上路堤进行加固，桩顶设褥垫层，使桩与褥垫层共同作用，形成桩网复合地基结构，承受桩上部填土及列车荷载，要求加固后地基承载力应大于未填筑部分路堤及列车荷载产生的附加应力不小于200kPa。钢筋混凝土桩网结构由C30钢筋混凝土桩和倒杯型桩帽及上部0.6m厚加筋垫层共同组成，桩基桩径0.6m，正方形或长方形布置，桩间距有2m、2.5m、3m三种。桩帽高0.8m，边长1.2m。加筋垫层由两层双向80kN/m土工格栅及0.6m厚的碎石垫层组成。桩嵌入稳定基岩，当桩底为泥岩时，桩身嵌入完整泥岩长度不小于3m；当桩底为砂岩时，桩身嵌入完整基岩长度不小于1m。要求桩端承载力：饱和抗压强度不小于6MPa。结构形式见图1。2.3桩网结构施工方案制定钢筋混凝土桩网结构施工经方案比选，施工中采用了长螺旋钻机干法成孔，管内泵压混凝土，反插钢筋笼成桩施工工艺。实现快速、优质、环保的目标。2.4桩网结构施工关键技术（1）干法成孔问题。因原加固区已填筑普通铁路路堤高5～6m，为人工填土，且填料多为红层泥岩，遇水易软化，若采用泥浆护壁成孔可能导致原已填路基坍塌破坏，因此，施工采用了干法成孔工艺。（2）钻孔入岩深度判定问题。采用长螺旋钻机成孔，因钻碴由孔内沿钻杆上升，在孔口处人工清理，钻进过程中入岩深度由钻碴无法直接判断，以至设计桩端入岩-7-n后填路基501.1:1:土工格栅加筋垫层厚60cm1.504%1:已填路基1.75已填路基<2><3>桩基直径φ60cm桩网结构加固示意图0.6m厚砂砾石垫层φ60cm夹二层土工格栅钢筋混凝土帽石混凝土桩平面布置示意图倒杯型桩帽示意图图1钢筋混凝土桩网结构形式图Fig.1Reinforcedconcretepile-netstructuralstyle3m要求，如何判断成为必须解决的一大难题，施工中我们采取了以钻进电流值控制入岩深度的方法，成功解决了这一问题。（3）预防坍孔及减少孔底钻碴施工技术。该工艺为干法成孔，钻孔时没有泥浆护壁，采用传统的掏碴桶清孔工艺，因钻孔底部地下渗水丰富，且钻孔地质上部为原路基填土，填料多为红层泥岩，孔底为砂泥岩，在掏碴清孔过程中，易造成坍孔和缩孔问题，且因泥岩遇水具有很强粘性使钻碴不易清理干净。施工过程中为避免坍孔和缩孔问题，施工中采用了成孔后更换带阀门的普通钻头，下钻清孔，成孔后管内泵压砼成桩工艺。（4）桩身钢筋笼反插施工工艺。-8-n2.5桩网结构施工工艺桩网结构施工工艺流程如图2所示。2.5.1施工准备（1）为消除桩网施工完成后填土的负摩擦作用，施工前整平场地后，首先对已填路堤采用冲击碾压追加压密，使用YT—25三边冲击式压实机碾压，完毕后检测压实度，要求压实度达到K30≥110MPa/m，压实系数K≥0.95，孔隙率n＜28%，基本承载力不小于200kPa。钻机就位钻孔记录孔深成孔加工钢筋笼换钻头穿钢筋笼拌和混凝土清孔泵送砼插入钢筋笼振捣提升导向管成桩检测成桩检测图2桩网结构施工工艺流程图Fig.2Pile-netconstructiontechnologicalprocess-9-n（2）绘制桩位施工图，注明桩位编号；向钻机操作人员进行技术交底；正确测定桩孔位置，用细钢钎做好标记；确定施打顺序，安装调整钻架。钻架高度应满足钻孔过程中钻具提升到位的要求。（3）钢筋笼严格按设计和规范要求制作。钢筋骨架的保护层，通过钢筋耳环控制保护层的厚度。钢筋笼主筋采用双面搭接焊,钢筋笼骨架焊接前先根据设计图纸放样下料，制作焊接平台，在平台上固定加强钢筋，并根据设计的主筋布置在加强钢筋四周划出标记，焊接主筋，然后焊接螺旋箍筋，钢筋骨架一般分两段进行加工，并在钢筋笼上做好吊点和孔口固定处的加强处理。2.5.2钻机就位钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保桩垂直度容许偏差不大于1%。长螺旋钻机见图3。图3长螺旋钻机桩网结构施工图Fig.3Longangerdrillerforpile-netstructuralfoundation2.5.3成孔作业钻孔开始时，采用合金钢螺旋钻头，向下移动钻杆至钻头触及地面时，起动电机钻进，一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时-10-n纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，使钻杆、钻具损坏。钻头形式见图4、图5。图4合金钻头图5长螺钻机配用带阀门钻头Fig.4AlloybitFig.5Longangerdrillerattachedbitwithvalve在钻进过程中，记录钻机电流表的电流值和相应的钻进深度并观察钻进速度，当电流值陡增，钻机负荷加大，此时速度变慢,记下峰值电流。并记录此时的钻进深度，该深度为土层和岩层的界面深度，再往下钻入相应规定的入岩深度，然后提钻成孔，清碴时，防止碴土落入孔内，并将孔口处清理干净后，进行下步工序。钻孔前，应调整机架保持钻杆垂直，位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚碴；钻孔施工应连续进行，如因故停机，应及时提钻，并加强防护，以防塌孔。钻孔完毕应及时进行下一道工序。间歇时间较长时，钻孔的孔口必须进行遮盖，以防行人及雨水落行孔内。钻孔过程中，应采取措施防止地表水流入孔内，孔底清理并验收合格后，及时灌注混凝土。2.5.4灌注桩身混凝土钻孔验收合格后，钻机换上带阀门的钻头，下钻清孔,使孔底沉碴钻到钻杆飞叶上，开始泵送砼，当钻杆芯管砼充满钻杆的三分之二时开始提升钻杆，此时钻头阀门打开，砼进入孔内。泵送砼的速度与钻杆的提升速度相匹配，使钻头始终埋在砼内，要求混凝土坍落度控制在19～22cm。严禁先拔管后泵料，混凝土应连续灌注成桩，不得形成施工缝，为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌一定高度，不宜小于50cm，一般在0.8～1.0cm。当桩顶标高很低时，砼灌不到地面，砼初凝后，回填钻孔。-11-n为满足耐久性的要求，桩网结构桩身砼掺加20～30%的粉煤灰。2.5.5反插钢筋笼桩身钢筋笼采用反插施工艺，桩身砼灌注前把带有附着式振动器的导向管穿进焊接好的钢筋笼内，导向管端部必须抵紧钢筋笼已焊接好的桩端部，导向管另一端部焊接一连接法栏盘，法栏盘上固定一附着式振动器，功率2.2kW，钢筋笼上端部用带有紧线器的拉环把钢筋笼固定在导向管上。导向管形式见图6、图7。附着式振动器附着板带有紧线器的拉环钢筋笼导向棒绳子绳子固定导向棒钢筋图6反插钢筋笼固定导管示意图Fig.6Inverseinterpolationreinforcingcagefixedduct图7导向管顶部法栏盘及振动器Fig.7Guidetubetopflangeandvibrator-12-n桩身混凝土灌筑完成后，钻机卷扬机将已准备好的钢筋笼提升到已浇注好砼的钻孔上方，移开钻杆，人工配合将钢筋笼对正钻孔孔位，靠钢筋笼自重缓慢插入已灌筑的桩孔砼内2～3m，确认钢筋笼位置后，开启附着式振动器，边振动边插入钢筋笼，钢筋笼由桩端牵引导向管拉入钻孔砼内直到桩端部。为了保证导向管铅垂，预先在振动器法栏盘的三个方向的拉环上系上绳子，用人工拉绳固定位置，钢筋笼插入孔内砼底部后，松开紧线器取下拉环，一边振动一边慢慢拨出导向管。2.5.6成桩检测[9,10]为确认工程质量是否满足设计要求，对所有的桩进行桩身无损检测；按桩根数的1%进行单桩桩顶承载力检测，要求单桩竖向抗压承载力为800kN或1000kN。对桩网结构中单桩进行竖向抗压静载试验的成果见表2。桩网结构成桩质量检查如表3，现场情形见图8。结果表明施工质量满足了工程设计的要求。表2单桩竖向抗压静载试验成果表最大试验相应沉降量设计要求承载力里程试验点编号备注荷载（kN）（mm）（kN）+8977#10477.21有桩帽DK135+765～+8119#10475.331000有桩帽DK135+934+8279#104714.13有桩帽+8151#10473.64无桩帽574#9461.35有桩帽628#9461.30有桩帽DK135+265～1814#9522.01800有桩帽DK135+411910#9522.20有桩帽124#9522.59无桩帽174#104717.31无桩帽DK135+136～1312#10473.041000无桩帽DK135+1811513#10472.78有桩帽3014#10476.06有桩帽2710#10473.79有桩帽DK134+775～376#10473.181000无桩帽DK134+8713511#10474.95无桩帽3113#10473.24有桩帽-13-n表3桩网结构质量控制表项序允许偏差或允许值检查项目检查方法目号单位数值1桩位mm150测量桩中心主-0用重锤测，或测钻杆，应确2孔深mm控+300保嵌岩深度项3沉碴厚度mm≤50用沉渣仪或重锤测量目4混凝土强度C30或设计要求试块报告或钻芯取样送检5载荷试验有关检测标准按有关检测标准1垂直度%<1吊垂球2桩径mm20尺量一3混凝土坍落度mm190-220坍落度仪般4钢筋笼安装深度mm±100尺量项5混凝土充盈系数>1检查每根桩的实际灌注量目+306桩顶标高mm水准仪-50图8桩网结构成桩图Fig.8In-situpile-netstructuralfoundation-14-n2.6本章小结经现场反复试验，长螺旋钻机干成孔嵌岩施工、管内泵压桩身砼反插钢筋笼一机成桩工艺，减少了施工机械和劳力，不破坏已填路堤且不污染工作面及周边的环境水系，工作面洁净，降低了工人的劳动强度。长螺旋钻机桩基施工工艺在国内应用较广，但所应用工程地质条件多为软基加固摩擦桩基础，多没有入岩深度要求。本工艺通过改进长螺旋钻机钻头，采用合金钢钻头，成功的解决了长螺钻机成孔在岩层内钻进问题。扩展了长螺旋钻机的应用范围。采用长螺旋钻机钢筋砼桩网施工技术与旋挖钻机成孔施工技术相比可节约30%的造价。与其他成孔工艺相比，工序合理，提高工效35%。利用本工艺还可以改善施工条件，本工艺加快施工进度，降低造价。因此此施工技术有着广泛的应用前景。桩顶设褥垫层使各单桩联合成为一整体承力结构，共同承受桩网结构上部填土及列车荷载，以提高地基承载力。实践证明，此项施工技术可获得较小的工后沉降，满足无蹅轨道路基加固要求。-15-n3桩网结构复合路基的沉降机理3.1桩网复合地基的定义及其工后沉降的构成桩网复合地基是一种由“竖直向增强体+水平向增强体”的联合式复合地基形式，这种复合地基是指天然地基经过处理，下部土体得到竖直向增强体“桩”的加强，然后在桩土加固区的上面铺设水平向增强体“网”，由此形成加筋土复合地基加固区，使桩—网—土协同作用，共同承担荷载的人工地基。桩网复合路基由上部路堤填土、上部网及由网组成的加筋体、中间砂石垫层和[11,12]复合网垫、下部桩土加固区、最下部的天然持力层或软弱层组成，如图9所示，其中核心部分是桩和网。图9桩网复合地基示意图Fig.9Pile-netcompositefoundation所谓路基工后沉降，是指无碴轨道路基铺设后的沉降。对桩网复合路基而言，工后总沉降量的构成为SSSSS=+++………………………….（3-1）∞∞∞∞∞0123式中，-16-nS——桩土复合路基的工后总沉降量；∞S——桩土复合路基上部加筋土部分的工后沉降量；0∞S——桩土复合路基桩土加固区的工后沉降量；1∞S——桩土复合路基压缩层厚度内加固区下卧层的工后沉降量；2∞S——桩土复合路基中垫层的工后沉降量。3∞已有的研究表明，S在填筑完成后短时间内完成和S较小，可以忽略。故式0∞3∞（3-1）可以近似写为SSS=+………………………………..（3-2）∞12∞∞3.2桩土应力比的计算3.2.1桩土应力比的定义定义：桩土应力比为复合路基中桩头平均竖向应力与桩间土中平均竖向应力的比值，即σpn=………………………………（3-3）σs式中，n——桩土应力比；σ——桩头平均竖向应力；pσ——桩间土中平均竖向应力。s3.2.2网单元的受力分析设路堤无限长；取一个土柱作用下的网单元，其横断面如图10所示，在上覆土的重力作用下，柔性的网将产生下凹的变形。网与其上部的填土、下部的桩及桩间土三部分接触，考虑桩和土共同承担荷载；[13,14]忽略各土柱间的相互作用。因此，网单元受到上覆土柱重力W、因托举上覆土柱而在网中产生的拉力P、桩顶应力σ、桩间土应力σ这四种力的共同作用，在此ps力场中，网单元处于平衡状态，见图11所示。-17-n图10路堤荷载作用下网的变形Fig.10Deformationundertheactionofembankmentload图11网单元受力平衡状态Fig.11Netunitforcebalancingcondition图12正方形平面布置图Fig.12Squaredshearingarea-18-n桩在水平面上是正方形布置，见图12。桩间距（相邻两桩的中心距）为l，桩径为d，桩体横截面积为s；由于每根柱同时承担其上部四个同样的方棱土柱重量，故p1单桩对支撑上部一个土柱的贡献是σs，而每一个土柱有四根桩支撑，因此当柱顶pp4平均应力为σ时，桩对支撑上部一个土柱而产生的向上总作用力为p1π2Ps=×4σ=σσs=d………………………（3-4）pppppp4422ππ22此时，网单元下的桩间土面积为sl=−d，分析可知，d只占l的很少s442一部分，为简便计算，将其忽略，近似取为sl=；则桩间土对支撑上部一个土柱的s贡献为2Psl==σσ……………………………（3-5）ssss由于桩间土应力分布一般是不均匀的，为简便计算，此处用其平均应力表示。忽略网单元下凹部分土体的重量，因为网及垫层自重相对较小，将其一并计入上覆土柱之中。若堤上有外加荷载，可将其折算为相应的土柱高度H进行计算。例如，我国《铁道路基设计规范》（TB10001—99）即采用换算土柱高度来计算列车和轨道荷载，依情况的不同，换算土柱高度的范围为3.0～3.6m之间。采用桩间距为l的正方形布桩方式，则一个网单元的上覆土柱重力为2WlH=γ………………………………（3-6）式中，γ是网单元上覆土柱的容重。综上，得到网单元的受力平衡方程为WP=2sinθ++PP…………………………..（3-7）ps式中的sinθ，参见图13。在上覆土柱重力的作用下，铺设在桩间软土上的柔性网将产生下凹。实践证明，[15]下凹的形状为悬链线，当变形很小的时候，可以近似看成抛物线。桩本身的压缩变形在施工期间基本完成，桩的刺入过程大部分也发生在施工期间，两者在工后阶段所占的比例很小。由于桩身与桩间土的压缩模量不相同，桩间土的压缩模量远小于桩体，因此在桩土加固区，当桩的强度足够进而保证桩不被破坏时，桩身和桩间土的工后压。-19-n图13计算sinθ的方法Fig.13Calculatingmethodforsinθ缩变形必定不同，桩间土的工后压缩量必然大于桩体。若忽略桩本身的工后压缩量和工后刺入量，则桩间土的工后压缩量和桩土加固区以下的软土层的工后压缩量，便构成了整个桩网复合地基的总工后沉降量。为了推导方便，暂将网下凹的最大挠度代替工后沉降量S，参见图13；由此产∞生的误差将在后面进行适当的修正。在图13的坐标系下，设抛物线方程为2y=ax…………………………………………..（3-8）式中，a为待定系数。14S∞因过点AlS(,)，将其坐标值带入（3-8），得到系数a=，于是∞22l4S∞2y=x…………………………………………….（3-9）2l在A点的斜率为14S′===∞………………………………………（3-10）yx()ltgθ2l2tgθ4S∞sinθ==………………………………….（3-11）1+tg2θ16Sl22+∞设网在正常工作状态下的应变为ε，通过试验测得其拉伸模量为Eg（单位为kN/m），则沿路堤纵向（或称长度方向）一个网单元宽度l下的工作拉力（由界面摩阻力平衡）为PE=εgl……………………………………….（3-12）RP式中，网材的工作应变为-20-nll−sε=…………………………………（3-13）l其中，l为网材在荷载作用下被拉伸后的长度，考虑到抛物线方程式（3-8），参见图s13，并利用曲线积分求弧长的公式，有l8S2∞22lt=+21()dts∫0l222222llllll=++21Sln[(11++)]−ln……（3-14）∞2216SS8216S88SS∞∞∞∞∞为使式（3-14）计算简便，令中间量“跨挠比”为ln=………………………………….（3-15）lsS∞将式（3-15）代入式（3-14），则22nnllnnlnllslslslslslS=+21+×+ln[(11+−)]ln…………..（3-16）s∞16821688沿路堤横向（或称宽度方向），在靠近路堤边坡处，为保持稳定，网还需要承担路堤向外的推力，这个推力的大小为以下两个量之差，即朗肯主动土压力减除路堤边坡部分重力在桩间软土上产生的摩擦力，其中后一部分与前一部分相比很小。此外，桩中的水平压力在路堤不同位置是不同的，它不是一个常数，在路堤中央部分小，在边坡及边坡转折点（地基破坏带）附近最大。为计算方便并偏于安全考虑，近似取在一个网单元宽度l中产生的拉力为2PK=0.5γHl……………………………（3-17）RLa其中K为朗肯主动土压力系数：a2aϕ′K=−tg(45)………………………………（3-18）a2式中，ϕ′是路堤填土的有效摩擦角。因此，在路堤横向的边坡附近，网中产生的总拉力为PPP=+………………………………..（3-19）RPRL在路堤横向的不同位置，网中的水平拉力是不同的，在路堤中心位置，该拉力-21-n最小，此处横向拉力和纵向拉力相等，但此处的下沉变形量最大，在变形方面属于最不利的情况。因此，在计算变形或推导有关变形公式时，网中拉力用式（3-12）；而在计算网中的最大拉力以便进行选材验算时，则应该用式（3-19）。为了体现“桩土共同承担荷载，在网的作用下，充分发挥桩间土的承载能力，不足部分由桩补充”这一设计指导思想，在式中，设桩间土的应力σ与桩间土的承载力s标准值f之间有如下的关系s,kσ=λf………………………………..（3-20）ssk,Hγ式中，λ是桩间土承载力发挥系数，其值为，当填土荷载Hfγ≤时，λ=[0,)；s,kfs,k当填土荷载Hfγ≥时，λ=1。s,k显然，当λ=0时，σ=0，即桩间土完全不承载，这种情况是完全刚性承台桩s基础；当λ=1时，σ=f桩间土的承载力得到全部发挥。在这两种极限情况之间，ssk,λ的取值由经验或试验确定。实质上，λ反映了上部荷载大小和桩间土的固结程度的影响，当上部填土等荷载增大时，λ的取值较大。当桩间土的固结度较高时，λ的取值较大。综合式（3-3）和（3-20），有σ==nnσλf……………………………………..（3-21）pss,k式中，n是桩土应力比。将式（3-4）、（3-6）、（3-11）、（3-12）、（3-21）代入式（3-7），得到细化的网单元的受力平衡方程228εEglS∞π2lHγλ=++dnflfλ……………………（3-22）s,,ksk16Sl22+4∞3.2.3桩土应力比计算式整理式（3-22），并考虑到应对推导过程中的若干假设、近似作出必要的修正，给出桩土应力比的计算式为28εEglS∞lH()γλ−−fsk,2216Sl+∞n=××α4…………………………..（3-23）n2πλdfsk,式中，α是根据经验与实测分析所得出的应力比调整系数，一般α=1.0~1.3。nn-22-n3.3桩土加固区的工后沉降量的计算3.3.1计算模型设路堤无限长，正方形布桩，桩间距为l，桩径为d；取相邻四根桩上方一个土[15,16]柱作用下的网单元，其横截面积如图12所示。前面已分析指出，在上覆土重力及外荷载作用下，柔性网将产生下凹的变形，网单元的下凹的最大挠度近似是桩土加固区的工后沉降S。在网的作用下，认为路1∞堤是均匀沉降的，故不计桩间土的相互作用。施于网上的荷载认为是均匀分布的，其值为qH=γ………………………………………（3-24）0式中，γ是路堤填土容重；H是路堤总高度，为路堤本身施工高度与荷载折算高度之和。网材本身很薄，褥垫层由级配砂石构成，网与褥垫层共同组成复合网垫，具有整体性。由此，可以把复合网垫当作板来处理。当l/ΔH/5，可近似认为网单元是薄板；当l/ΔH<5，可近似认为网单元是中厚板。3.3.2用薄板来模拟网单元计算工后沉降3.3.2.1用薄板模拟网单元的的基本假设为简化计算，本文采用了如下几点假设：（1）板材为连续、均质、各向同性的线弹性体。（2）变形前垂直于中面的直线，变形后仍为直线，且垂直于变形后的中面，并保持其原长。（3）与中面平行的各面上的正应力σ与应力σ,,στ相比属于小量。zxyxy（4）中面内各点沿轴x,,yz方向的位移分别用表uv,,ω示，其中uv,与ω相比属于小量。-23-n图14网单元薄板的模拟Fig.14Simulationofnetunitlaminose3.3.2.2薄板挠曲变形的微分方程纳维提出的薄板挠曲变形的微分方程为444∂∂∂ωωωqω++2=…………………………….（3-25）4224∂∂xxy∂∂yD式中D——板的抗弯刚度（将抗弯的网材与抗压的砂石垫层组成的整体网垫看成是3EHH薄板），D=，单位kN.m；212(1−ν)E——复合弹性压缩模量；ν——复合泊松比；ΔH——板厚度；q——薄板所受外力。设薄板位于弹性地基上，地基反力与板在该点的挠度成正比，即Winkler弹性地基模型为qxykxy(,)=ω(,)…………………………………..（3-26）Winkler弹性地基上薄板的变形微分方程为4kq∇+=ωω…………………………………….（3-27）DD-24-n式中，k——工后阶段开始时，桩间土的低地基刚度系数或反力系数（由试验测定，与土的性质、厚度及其固结程度有关），kN.m。显然，地基刚度系数的大小和桩间土的固结程度密切相关，土在工后阶段开始[17,18]之前的施工期固结越充分，固结度越高，则土越硬，其刚度系数必定越大。因此地基刚度系数间接反映了固结度的影响，其大小受固结度的支配。3.3.2.3工后沉降量的计算公式将网单元近似看做是四边简支板，在图14的坐标系中，边界条件为：2∂ω在x=0和x=a处ω==0,0；2∂x2∂ω在y=0和y=b处ω==0,0。2∂y纳维取下列双三角级做为式（3-27）的解∞∞ixπjyπω=∑∑Aijsinsin………………………………（3-28）ij==11ab同时将荷载也将展成双三角级数∞∞ixπjyπqq=∑∑ijsinsin………………………………（3-29）ij==11ab将式（3-28）、（3-29）带入式（3-27）中，求得qijA=……………………………….（3-30）ij422ijπDk[()+()]+ab∞∞qixπjyπij因而ω=∑∑sinsin………………………….（3-31）ij==11π422Dk[()ij++()]abab当板受均布荷载，即qxyq(,)=时，有0ixπjyπ∞∞sinsin16qab0ω=6∑∑…………………………..（3-32）πDij==1,3,...1,3,...ij{[()ijk22++()]21}4abDπ-25-n由于是复合地基，分布于桩和桩间土的应力一般是不同的，它存在一个桩土应力分担比的问题。由前面的分析可知，板的挠曲变形亦即工后沉降量主要是由桩间土就引起的，因此作用于板上的均布荷载，即式（3-32）中q应理解为桩间土上的应力0q0σs=………………………………….（3-33）1(1+mn−)πd2式中，m——面积置换率，m=()；4ln——桩土应力比。当路堤情况下的均布荷载和正方形薄板（abl==）时，将式（3-24）、（3-33）带入式（3-32）得，ixπjyπ4∞∞sinsin16γHlabω=×6∑∑…………......（3-34）πDm[1+−(n1)]ij==1,3,...1,3,...iji[(22++j)2kl()]4Dπll若令xy==,，入上式可得板中点的挠度，即网单元下凹的最大挠度，或22称桩土加固区的工后沉降量ωmaxijππ4∞∞sinsin16γHl22ωmax=×6∑∑………………..（3-35）πDm[1+−(n1)]ij==1,3,...1,3,...iji[(22++j)2kl()]4Dπ这个级数收敛很快，只取两项就能得到足够精确的结果。令i，j=1，3，忽略5次以上的高次项，可得416γHl111ω≈×{}−+（3-36）max6πDm[1+−(n1)]kl44klkl44+++()300[100()]9[324()]DDDπππ416γHl1或进一步近似表示为ω≈×……………..（3-37）max6πDm[1+−(n1)]kl44(+)Dπ鉴于以上的分析有许多的假定，并考虑到工程情况的复杂性，取桩土加固区的工后沉降为-26-n416γHl1S==αωα×……………….（3-38）1m∞ssax6πDm[1+−(n1)]kl44(+)Dπ式中，α是由大量对比计算与实测统计所得出的沉降综合经验修正系数。该系数主s要反映总沉降量和桩间软土固结度的影响，当然也同时反映了以上分析各种推导过程中各种假定条件的综合影响。3.3.3用中厚板来模拟网单元计算工后沉降用中厚板来模拟网单元与薄板不同之处在于：对板进行变形分析的时候，考虑[19]横向剪切变形；变形前垂直与中面的直线，变形后仍为直线，但其不垂直于中面，存在夹角，故有三个广义位移ω,,ψψ。xy3.3.3.1中厚板挠曲变形的微分方程瑞斯纳理论的控制方程为222h2−ν2Dx∇∇ω(,)y=q(,)xy−∇q(,)xy101−ν………………………（3-39）210∇−ψψ(,)xy(,)0xy=2h胡海昌则进一步对瑞斯纳理论的基本方程进行了简化，引入两个函数Fxy(,)、Gxy(,)，它们满足如下方程22DF∇∇(,)xyq=(,)xy22C……………………（3-40）∇−Gxy(,)Gxy(,)0=D(1−ν)而三个广义位移表示为D2ω(,)xyFxy=−(,)∇Fxy(,)C∂∂Fxy(,)Gxy(,)ψ=+………………….（3-41）x∂∂xy∂∂Fxy(,)Gxy(,)ψ=−y∂∂xy-27-n其中C——为板的抗剪刚度；D——为板的抗弯刚度；ψ、ψ——分别表示变形前，垂直于中平面的直线段，在变形后在xz面及yzxy面内的转角。而Winkler弹性地基上中厚板的方程为22kk21D∇∇Fxy(,)−∇Fxy(,)+Fxy(,)=qxy(,)CDD………….（3-42）22C∇−Gxy(,)Gxy(,)0=D(1−ν)三个广义位移表示为D2ω(,)xyFxy=−(,)∇Fxy(,)C∂∂Fxy(,)Gxy(,)ψ=+………………………..（3-43）x∂∂xy∂∂Fxy(,)Gxy(,)ψ=−y∂∂xy其中，5EΔHC——板的抗剪刚度，C=；12(1+υ)D——板的抗弯刚度（将抗弯的网材与抗压的砂石垫层组成的整体网垫看成是中3EΔH厚板），D=，单位kN.m；12(1−υ)E——复合弹性压缩模量；ν——复合泊松比；ΔH——板厚度；k——阶段开始桩间土的地基刚度系数或称反力系数，kN.m；qxy(,)——板所受外力。3.3.3.2Winkler弹性地基上四边自由的矩形中厚板的解现讨论如图15所示，Winkler弹性地基上四边自由的矩形中厚板，它们有如下边界条件：-28-n在x=0,a自由边界上，有M=0，M=0，Q=0；xxyx在yb=0,自由边界上，有M=0，M=0，Q=0。yyy图15中厚板的坐标示意图Fig.15Coordinatediagramofmediumplate若精确求解该问题相当困难，给出了能满足全部边界条件的近似函数∞⎡⎤2−ββ1νnnFxy(,)=+f12∑{fnnnncosαxcosβαy−⎢⎥f2(1+2)+f6ncosmxn=1⎣⎦ναnnνα22⎡⎤ββnn1−νβnβnαn2−+−⎢⎥f(1)fycosβ−+(ff)x26nn2n2n6nνανα22νν⎣⎦nn2ββnnαn2−−()ffy}+fxy+fx+fy26nn34522νν∞Gxy(,)=∑f6nnnsinαxsinβy…………………………….（3-44）n=142n−42n−这里α=π、β=π，为计算简便，下面仅考虑上述级数的首项，即取nnab2⎡⎤ββ1−νFxy(,)=+ffcosαxcosβαy−⎢⎥f(1+)+fcosx12226⎣⎦νανα222⎡⎤ββ1−νββα2ββα2−+−⎢⎥f(1)fycosβ−+(ff)x−−()ffy2622626⎣⎦νανα22νν22νν+++fxyfxfy，345-29-nGxy(,)=fsinsinαxβy…………………………….（3-45）622这里α=π、β=π。不难验证，函数满足边界条件，为此将式（3-45）带ab入控制方程（2-42），一般情况下不能满足，得到误差函数kk22222kR=+ff[(α++++βα)(β)]cosαxycosβ112DCD242kk⎡⎤ββ1−ν−++()ααα⎢⎥f(1++)cfxos262CD⎣⎦νανα242kk⎡⎤αα1−ν−++()βββ⎢⎥f(1+−)cfyos262CD⎣⎦νβνβ22kkββα22ββα−+−−()ffxffy()2626DD22νν22νν22kkαβ+q(,)xy++()fxyfxfy++f−……………………….（3-46）3452DCνD222CR=−[(α+βα)+]fxysinsinβ………………………（3-47）261−νD对误差函数构造其平均值222E=+()RRdxdy……………………………..（3-48）∫∫12f,,,,,fffff2它是123456待定系数的函数，为使E最小的必要条件是2∂()E=0（i=1，2，……，6）。由此得：∂fi∂∂RR12()R+=Rdxdy0……………………………（3-49）∫∫12∂∂ffii将（3-46）、（3-47）误差函数带入上式，当i=1，2，……，6时，得到关于f,,,,,fffff123456的6个线性代数方程，所以方程有解。这样问题就解决了。-30-n图16修改后的中厚板坐标Fig.16Mediumplatecoordinateafteramendment如果矩形中厚板所承受的横向荷载具有双向对称性，问题可大大简化。这时取板的中心为原点坐标，见图16。在这种情况下，满足四个自由边界全部边界条件的近似函数，可以修改为；2aa1−νFxy(,)=+ffcosαxcosβαyf+[(1+)+f]cosx12223ννbb222bb221−ναββααβ2++−[(f1)fy]cosβ−(f+f)x−−()ffy2322323ννaa22νν22νν（3-50a）Gxy(,)=fsinsinαxβy…………………………………….（3-50b）3按照前述同样的方法，可以得到双向对称问题的求解方程2442222kkππa++bk4abkqπ22(,)xyfabf−−[]−fa()−−bdxdy=0123∫∫DDa6ννbCabDD6ν（3-51）2442222kabababkπ+++224kabkk2−+ff{(4ππα+)++(+α+)1222Da64νbababCDCD232323aaba3342kkbabbkaa×+(1)(+)+(ββ++)(1+)(+)+(1+)222ννbbC22Dννaa22Dbbνν-31-n23455442244kbbkbakππkab2(π++)(ab)++(1)+(++)ab−}22332233DaaννDabD20ν18νC3νab242413−−νν42kkaa1342kkbb++f{(αα+)(+)−(ββ++)(+)322ννCD22bννCD22a22224664kaakbbkaππ−bk22++(1)−+(1)++(ab−)}222222DbννDaDaνν20νbD36ν2222qxy(,)ab2ππ222−+[cosαβxcosy(1+)cosαx+(1+)cosβy−x−ydxdy]=0∫∫2222Dbννaνbνa(3-52)2222kaπν224k2ka(3−)bfb()−++af{(1)(αα++)−+(1)1222Db62ννCDννa266466442kkb(3−−νν)ka1−bkaπ−bkπ22×++()ββ+++(ba−)2222222CD22ννDabDa0νbD36ν4443kba2(πν−−42kk1)(3−ν)a42kk++}{f(αα++)+(ββ++)22232Ca32ννbCDbCD3444444(1−−νν)(3)bkabk1−+νπabk+π×++−ab222222ννaDabD0ννabD18222ab+−2(Cabqxy,)11ννa−b−+−(4π)}(cosαβx−cosy22∫∫ab12−ννDDbνa2222ππ22−+xydxdy)0=………………………………..（3-53）ννabab在上述三个方程中，含有三个待定系数（f,,ff），所以有定解。123由于是复合地基，分布于桩和桩间土的应力一般是不同的，它存在一个桩土应力[20]分担比的问题。由前面的分析可知，板的挠曲变形亦即工后沉降量主要是由桩间土就引起的，因此作用于板上的均布荷载，即式（2-42）中的qxy(,)应理解为桩间土上的应力：-32-nq0σs=……………………………………（3-54）1(1+mn−)πd2式中m——面积置换率，m=()；4ln——桩土应力比。D2由ω(,)xyFxy=−(,)∇Fxy(,)可以求得板中任意点的挠度。若令xy==0,0，C代入上式可得板中点的挠度，即网单元下凹的最大挠度ω。max鉴于以上分析中有较多的假定，并考虑到工程情况的复杂性，需要对网单元下凹的最大挠度进行修正，即桩土加固区的工后沉降量为S=αω……………………………………….（3-55）1m∞sax3.4加固区下卧层工后沉降量的计算3.4.1桩穿透地基下的软土层当桩穿透地基下的软土层时，由于桩身嵌入稳定基岩，不存在下卧软土层，也就不存在计算其工后沉降量S的问题，只需要计算桩土加固区的工后沉降量S，便2∞1∞可以得到整个体系的工后沉降量。3.4.2桩未穿透地基下的软土层当天然地基下的软土层厚度较大时，桩可能打不穿透软土层，此时呈悬浮桩状态，存在下卧软土层。由于下卧软土层基本没有排水通道，因而不产生固结过程，仅因受[21,22]荷载而产生压缩变形，故可以近似把其总沉降当作工后沉降。综合考虑以上分析和有关的规范，也用下式计算ppββiSz21∞−=−βψs∑∑()iiαziαi−1=βψsH2i…………………..（3-56）EEssissi式中S——桩网复合地基加固区下卧层的工后沉降量；2∞β——考虑“群桩效应”的修正系数，取1.03；ψ——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，或参照《建筑s-33-n地基基础设计规范》（GJB7-89）取值；p——下卧软土层顶部的附加荷载压力；βE——下卧软土层第i层土的压缩模量；ssiz、z——桩土加固区底面至第i层、第i-1层土底面的距离；ii−1α、α——桩土加固区底面计算点至第i层、第i-1层土底面范围内的平均附加应ii−1力系数，可按《建筑地基基础设计规范》（GJB7-89）选用；p——p在下卧软土层第i层土产生的平均附加应力；βiβiH2i——下卧软土层第i层土的分层厚度，HH22=∑i。考虑到桩网复合地基以控制沉降为主要目标，故参照《建筑地基基础设计规范》（GJB7-89），采用所谓的“变形比法”，按下式确定沉降计算深度z。nΔSn≤0.025S2∞=0.025∑ΔSi…………………………..（3-57）式中ΔSi——在计算深度范围内，第i层土的计算沉降值；ΔSn——在由计算深度向上取厚度为Hzn的土层的计算沉降值；n——在计算深度范围内，下卧软土层的计算分层数，in=1,2,3,...,。3.5工后总沉降量的计算根据实际岩土工程及材料参数，按下面步骤计算工后总沉降量S。∞（1）由式（3-66）计算下卧层的实际工后沉降量S。2∞（2）根据给定的工后总沉降控制值[S]，由式[SSS]=−[]，可得到桩土∞12∞∞∞加固区的工后沉降控制值[S]。1∞（3）根据所得[S]，由式（3-23）等计算桩土应力比n。1∞（4）根据所得的桩土应力比n，计算加固区的实际工后沉降量S。1∞-34-n（5）由式（3-2），即SSS=+，计算实际工后总沉降量。∞∞∞123.6沉降计算与分析3.6.1沉降计算无碴轨道桩网路基见图17。桩直径600mm，混凝土强度等级C30，桩帽面积1.2×1.2m，桩底进入岩层2～3m，桩间距2.0m，正方形布孔；桩顶以上铺设两层土工格栅后填筑A、B组填料,土工隔栅的抗拉模量为双向80-80KN/m；路基填筑高度为5～6m。图17遂渝无碴轨道桩网路基Fig.17Pile-netsubgradeforSui-Yuballastlesstrack33（1）路堤采用A、B组填料，压实密度为2.07~2.14g/cm，取γ=20.5kN/m，路堤总高度为5～6m，取H=6m。（2）钢筋混凝土桩：桩长为8～18m，桩径d=0.6m，桩间距lm=2.0，正方形布桩，穿透软土层，嵌入稳定基岩。（3）桩间天然软土：承载力标准值f=150kPa；此时桩间土的承载力发挥系sk,数λ=0.7。（4）网材：土工格栅，其抗拉模量E为双向8080kN/m−，铺设两层。g3（5）桩间土的地基刚度系数k30=11MN/m，复合网垫厚度ΔH=0.6m，其复合弹2222性模量E=(650~450)310kN/m，取E=550310kN/m，复合泊松比ν=0.15。（6）路基工后沉降控制值[S]0.015m=。∞-35-n先求桩土应力比。由于钢筋混凝土桩嵌入稳定基岩，故S=0，所以2∞[SS][==]0.015m。将此值带入式（3-14）算得此种情况下，路堤中心位置网材拉1∞∞伸后的长度l=2.000m，进而由式（3-13）算得其工作应变为ε=0.15%，取应力比s调整系数α=1.1，将上述值带入式（3-23），算得应力比为n=2.67。n再求桩网复合地基的工后沉降3EΔH板的抗弯刚度D==1164.7kN.m，12(1−υ)5EΔH板的抗剪强度C==11956.52kN/m12(1+υ)正方形布桩，πd2γH2a=b=l=2m，m==()7.07%，q==111.03kN/m。4l1+m(n−1)若当薄板计算，将已知数据带入式（3-38），取α=2.2，此时桩土加固区的工后s沉降为S1∞=3.39mm。实际观测的工后沉降值为3.53mm，相对误差为4.04%。若当中厚板计算，将已知数据带入方程（3-51）、（3-52）、（3-53），经计算整理，得到如下三个方程：q434.4444ff−−4685.74684=0,12Dq−+9528.4325ff422604.8469+=85.72980,12Df=0。3求解上述三个方程，得：qqf=0.0092746，f=0.00000625，f=0。123DD于是，挠度函数可以表达为：q−−35−5ω(,)xyx=×(9.34410+1.67110cos×ππcosy+8.80210cos×πxD−−542−42+×8.80210cosπy−×−×2.05710xy2.05710。-36-n板中点的挠度最大，故ω=ω(0,0)，取α=3.3，此时桩土加固区的工后沉降为maxsS==αω3.42mm。实际观测的工后沉降值为3.53mm，相对误差为3.22%。1m∞sax3.6.2工后沉降的分析3.6.2.1桩土应力比的变化规律将式（3-23）表达成一般函数的形式nfHfldES=(,,,,,,)γsk,g∞显见，桩土应力比与路堤高度、上覆填土的容重、桩间土承载力、桩间距、桩径、[23,24]网材抗拉模量、路基工后沉降控制值等因素直接有关。为了明确的揭示桩土应力比随各主要因素的变化规律，现仍借用遂渝无碴轨道路基工程实例的有关参数进行讨论。（1）nl~的关系令l取一系列不同的值，其他参数不变，见表4和图18~图20所示。2l经分析计算，可得到nl~的解析关系式：na=−α()l，式中abc>>>0,0,0，n2bcl+224(Hfγ−λ)πλdfπλdfs,ks,ks,k均为待定系数。当正方形布桩时，有a=，b=，c=。22πλdf8εE256εESsk,gg∞表4桩土应力比与桩几何尺寸见的关系桩间距l(m)1.21.522.22.42.8344.8距径比ld22.53.33.744.756.78置换率m(%)19.6312.577.075.844.913.613.141.771.23应力比n1.101.592.673.193.775.085.8210.3114.87-37-n16n14121086420012345l(m)图18应力比与桩间距的关系Fig.18Relationshipbetweenstressratioandpilespace1616nn1414121210108866442200024681005101520l/dm(%)图19应力比与桩径比的关系图20应力比与置换率的关系Fig.19RelationshipbetweenstressFig.20Relationshipbetweenstressratioandpileslenderratioratioanddisplacementratio从以上分析可见，应力比随桩间距的增大而增大，随桩的径距比的增大而增大，随置换率的减少而增大，说明当桩的数量减少而布成疏桩时，单桩将承担较多的荷载份额。（2）nS~的关系：令S取不同的值，其他参数不变，计算结果见表5和图21∞∞所示。2S∞经分析可得到下列nS~解析关系式na=−α()，式中，abc>>>0,0,0，∞n2bS+c∞表5桩土应力比与工后沉降量的关系S（cm）0.010.0150.020.0250.03∞n2.667722.667692.667612.667492.66731-38-n2.6678n2.66762.66742.667200.0050.010.0150.020.0250.030.035Sm()∞图21桩土应力比与工后沉降量的关系Fig.21Relationshipbetweenstressratioandsettlmentafterconstruction2224(lHγλ−f)πλdfπλdfs,ks,ks,k均为待定系数，当正方形布桩时，有a=，b=，c=。2πλdf8εEl256εEsk,gg工后沉降控制值的大小与工程性质及设计要求有关，无碴轨道路基工后沉降要求[25]小于20mm。从以上分析可见，桩土应力比随路基工后沉降量的增大而减少，但减少的趋势在本例条件下不明显，这是由于选择的工后沉降值相差较小，且桩间土的刚度系数较大所致。这一趋势表明当路基工后沉降控制较严格的时候，桩承担较多的荷载，发挥更大的作用；若保持应力比不变，则需要适当减少桩距，增大用桩量。（3）nH~的关系令H取不同的值，其他参数不变，计算结果见表6和图22所示。经分析计算，可得到下列解析关系式na=α()H−b，式中ab>>0,0，均为待定n24γl24l2256εElSg∞系数，当正方形布桩时，有a=()，b=+()。222πλfdππddλfSl(32+)sk,sk,∞表6桩土应力比与路堤总高度的关系H(m)678910n2.6675.718.74411.7814.82-39-nn161412108642067891011H(m)图22桩土应力比与路堤总高度的关系Fig.22Relationshipbetweenstressratioandtotalheightofembankment由以上分析可见，桩土应力比随路基总高度的增大而显著增大，说明上部荷载增大时桩将承担较多的的份额。（4）nf~的关系s,k令f取不同的值，其他参数不变，计算结果见表7和图23所示。s,ka经分析计算，可得到下列解析关系式nb=α()−，式中ab>>0,0，均为待nfsk,224232lHSγγ∞+−lH64εElSg∞4l2定系数，当正方形布桩时，有a=×4，b=()。222πλdSl(32+)πd∞从以上分析可见，桩土应力比随桩间天然地基土的承载力的增大而显著减少，说明良好土质可以承担较多的荷载；同时也说明桩土复合地基“充分发挥桩间土的承载潜力，在网的作用下，桩土共同承担荷载，减少用桩数量而布成疏桩，进而降低工程[26]建设成本，加快工程建设进度”这一设计思想。表7桩土应力比与地基承载力的关系f（KPa）5080100120150s,kn39.1318.6111.787.232.67-40-n40n32241680306090120150f(kPa)图23桩土应力比与地基承载力的关系Fig.23Relationshipbetweenstressratioandgroundbearingcapacity3.6.2.2工后沉降的变化规律（1）令k取不同的值，其他参数不变，计算结果见表8和图24。（2）令ν取不同的值，其他参数不变，计算结果见表9和图25。表8地基刚度系数与工后沉降的关系k（MPa/m）608090100110130S（mm）6.244.694.173.673.422.9∞76(mm)5432106080100120140k(Mpa/m)图24地基刚度系数与工后沉降的关系Fig.24Relationshipbetweenfoundationstiffnessandsettlementafterconstruction表9复合泊松比与工后沉降的关系ν0.10.120.150.180.20.25S（mm）5.114.433.422.411.720.48∞-41-n65(mm)4321000.050.10.150.20.250.3图25复合泊松比与工后沉降的关系Fig.25RelationshipbetweencompositePoissonratioandsettlementafterconstruction（3）令E取不同的值，其他参数不变，计算结果见表10和图26。表10复合弹性模量与工后沉降的关系2E（kNm/）45000500005500060000S（mm）3.4233.4213.4193.417∞3.424(mm)3.4223.423.4183.4164000045000500005500060000650002EkNm(/)图26复合弹性模量与工后沉降的关系Fig.26Relationshipbetweencompositeelasticmoduliandsettlementafterconstruction从以上分析可知，工后沉降量随地基刚度系数的增大而减少，随复合泊松比的增大而减少，随复合弹性模量的增大而减少；地基刚度系数增大，说明在工后阶段开始之前的施工期内固结越充分，土越硬，承担荷载的能力增强，从而减少工后沉降，且对工后沉降影响较大。泊松比的增大和弹性模量的增大，增强了板的抗弯强度和抗剪-42-n[27]强度，从而减少了工后沉降量。同时，随着路堤荷载的增大、桩间地基土的刚度（或承载力）的减少、桩间距的增大（面积置换率的减少）、桩土应力比的减少，工后沉降量将增大。但从其他工程经验可以推论，路堤荷载和桩间土的刚度对工后沉降量的影响最为显著。因此，当工后沉降控制较严格的时候，应该增强桩间土的刚度，适当减少桩距，增强褥垫层的弹性模量（即采用多层强度较高的、摩擦系数较大的土工格栅和级配良好的砂石垫层）。3.7本章小结桩网复合地基兼有“竖直向增强体”、“水平向增强体”复合地基的优点，即具有桩体、垫层、排水、挤密、加筋、防护等综合优点。考虑了网、桩、土三者协同作用，桩、土共同承载，在网的作用下，充分发挥桩间土的承载潜能，不足部分由桩补偿，能够严格控制工后沉降。同时，在复合地基的施工过程中，桩落在地基土比较坚硬的持力层或基岩，可以有效减少桩土间的相对位移，充分发挥桩侧摩阻力，提高地基承载力。采用本章工后沉降计算分析理论，对遂渝无碴轨道桩网复合路基进行了计算分析，从理论上验证了此项工程的可靠性.并以此项无碴轨道路基工程为例，研究了应力比及工后沉降的变化规律，得出了以下初步结论：（1）桩土应力比随桩间距的增大而增大，随桩的径距比的增大而增大，随置换率的减少而增大，说明当桩的数量减少而布成疏桩时，单桩将承担较多的荷载份额。（2）桩土应力比随路基工后沉降量的增大而减少。当路基工后沉降控制较严格的时候，桩承担较多的荷载，发挥更大的作用。若保持应力比不变，则需要适当减少桩距，增大用桩量。（3）桩土应力比随路基总高度的增大而显著增大，说明上部荷载增大时桩将承担较多的的份额。（4）桩土应力比随桩间天然地基土的承载力的增大而显著减少，说明良好土质可以承担较多的荷载；同时也说明桩土复合地基充分发挥桩间土的承载潜力，在网的作用下，桩土共同承担荷载。（5）土工格栅和砂石垫层共同组成复合网垫，其刚度增大，将导致网的下凹变形（表现为工后沉降）减少，同时可明显扩散应力、减少应力集中，承担更多的荷载并将荷载传递给桩。（6）随着路堤荷载的增大、桩间地基土的刚度（或承载力）的减少、桩间距的-43-n增大（面积置换率的减少）、桩土应力比的减少，工后沉降量将增大。但其中路堤荷载和桩间土的刚度对工后沉降量的影响最为显著。本文试验工程也证实了如下观点，桩网复合路基能充分发挥桩间土的承载潜能，竖向沉降变形小，可用于工后沉降控制严格的地基加固。-44-n4路基填料级配及填筑施工技术4.1工程概况铁路线路路基设施刚度不均匀、地基条件不同产生的线路沉降和纵向不均匀沉降，直接影响行车安全和列车的稳定性、舒适性、随着铁路工程建设标准的提高，对工后沉降的要求也越来越严格，特别是线路的不均匀沉降控制标准。路基工程作为铁路线路中的土工构筑物，因其基础面积大，填筑材料多样、结构复杂，控制路基的不均匀沉降和工后沉降成为铁路高速、安全、平稳运行的关键。由于受到线路高程调整能力的限制，无碴轨道对路基的工后沉降的要求非常严格，高速铁路对路基工后沉降的标准：一般地段不大于5cm；沉降速率小于2cm/年；桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3cm。因而对路基的压实质量较有碴轨道压实质标更高。遂渝无碴轨道路基填料除部分红层泥岩改良试验段采用改良后的红层泥岩外，其它路基均为A、B组填料，基床表层及过渡段路基采用了水泥稳定级配碎石填筑。4.2路基填料级配及填筑施工技术研究4.2.1路基结构形式遂渝线无碴轨道综合试验段路基标准横断面参照《客运专线暂规》等规范，结合无碴轨道结构要求以及电缆槽和接触网杆塔基础设置需要综合确定。（1）区间单线路堤、路堑路基面宽度均为7.7m，双线路堤、路堑路基面宽度均为11.9m（线间距4.2m），路基两侧设4％的横向排水坡，曲线不加宽时，路基面仍保持梯形，路基面外侧按《客运专线暂规》规定加宽。为了确保路基填筑质量，基床以下路基采用A、B填料填筑。（2）接触网支柱采用挖孔桩基础，在路肩处预设通信和信号电缆沟槽，电力电缆采用架空或在路基边坡外埋设。（3）遂渝线无碴轨道基床结构为：基床总厚度3.0m，其中表层级配碎石0.7m，底层A、B组填料2.3m。轨道板两侧路基面表层设10cm沥青混凝土封闭层。路堑基床，参考德国高速铁路经验，为保证线路纵向刚度的匹配，全段路堑地段（均为泥岩夹砂岩）基床范围全部换填符合基床标准的填料：一般地段路堑基床底层1.0m范围换填A、B组填料，基底地层软硬不均或土质较差地段适当加深。-45-n4.2.2路基填筑材料标准遂渝线无碴轨道综合试验段，设计采用A、B组填料填筑路堤，国内现有规范对填料分类较粗，为保证路基施工质量，施工中经现场调查及取样试验，并参考现行铁路施工规范对填料定性的原则，经多次试配分析，选定遂渝线无碴轨道采用碎石类土A、B组填料。因路基检测K、E、E承压板直径均为300mm，按现行30VdV2铁路工程土工试验规程及德国标准E平板载荷试验操作说明，控制填料最大粒径不V2大于63mm。A、B组填料控制标准如下：（1）颗粒级配，见表11。（2）压碎指标，A组压碎指标在20%以下；B组压碎指标在26%以下。33（3）表观密度，A组碎石土2.70g/cm以上；B组碎石土2.60g/cm以上。（4）掺入细粒土，15%以下为A组；16%～30%为B组。表11颗粒级配级配通过筛孔累计质量百分数%编号6340201052.50.50.075A95～10075～9555～8042～6530～5515～358～250～5B/95～10080～9565～8055～7035～5015～300～104.2.3路基填筑施工方案制定路基填筑按“三阶段、四区段、八流程”进行施工，工艺流程见下图27。为有效控制路基工后沉降，确保路堤竣工后3～6个月时间内沉降稳定，达到铺设无碴轨道要求，必须对路堤填料及填筑密实度进行有效管理，本试验段对已填土采用冲击碾压，加速沉降，新填层每填高1.2m，对填土表面进行冲击碾压。4.2.4路基填筑施工关键技术（1）分层碾压，应用多种检测方法检验路基压实质量。（2）格栅设置，土工格栅极限抗拉强度不小于40KN/m，破断延伸率不大于11%。路堤基底在处理完地面后即铺设格栅，随路基填筑高度每0.6m铺设一层。（3）冲击碾压机械的选择，用YCT-25三边冲击式压实机冲击碾压施工。-46-n图27路堤填筑施工工艺流程图Fig.27Embankmentfillingconstructionprocessing4.2.5路基填筑施工工艺4.2.5.1施工准备（1）测量放线施工前设置永久性平面和高程控制基点，对线路中线及水准基点进行复测，复测资料核对无误后进行施工放线，施放线路中线桩和路基边桩。（2）设置排水系统路基填筑施工前应做好防、排水工作，施工中基底、坡脚、填层面不得积水。临时排水设施与路基永久排水边沟相结合设置。（3）填筑试验段施工为有效控制路基工后沉降，综合试验段基床以下路基采用A、B组填料。路基填筑前先对取土场土样进行试验，试配分析，确定A、B组填料粒径级配，最佳含水量等指标。建立A、B组填料生产线，路基A、B组填料及级配碎石在填料生产场生产，集中供应。在进行路基填筑前，首先进行填筑试验，以确定合理的施工工艺参数和施工方法。[28]在试验段内用不同粒径级配、不同含水量的填料进行填筑压实，每次碾压后测试-47-n空隙率n、地基系数K、E、E，然后确定出合适的压实工艺参数。30VdV24.2.5.2基底处理当地基土密实与地面横坡缓于1:10的地段，挖出地基表层植被层0.3～0.5m厚，并对基底进行机械碾压。当地面横坡大于1:10的地段即陡坡路堤地段，清除0.3～0.5m厚草皮后，原地面挖台阶，台阶宽度不小于2.0m，高度不大于0.6m，对基岩面上较薄的覆盖层，先清除覆盖面再挖台阶。路基地基要求E＞45MN/㎡。V24.2.5.3路基填筑路基填筑按“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺组织施工。填料的挖、装、运、填及压实必须连续进行。填筑区、平整区、碾压区、检验区必须划分清楚，每一区段应立有标识牌。碾压区段应设立有标识填料种类、碾压机械及遍数标识牌。雨天施工时，填层面采用塑料膜大面积覆盖防水，雨后继续施工。（1）分层填筑按横断面全宽纵向水平分层填筑，每200m左右或两结构物之间划分为一个施工区。填筑区必须有专人指挥卸车，在填筑面上标出卸料网格；平整区应在路堤中桩、两侧边桩处每10m插立标识杆，以控制填层厚度。填层厚度每层30cm，压实厚度控制在每层30cm，地形起伏时由低处分层填筑，边坡两侧各加宽30～40cm，以方便机械压实作业，以保证完工后的路堤边缘的压实质量。（2）摊铺整平用推土机初平，压路机快速静压一遍，以暴露潜在的凹凸面，再用平地机终平，满足摊铺层面局部凹凸差的要求。摊铺时层面作成向两侧倾斜2%～3%的横向排水坡，以利雨天路基面排水。（3）洒水、晾晒路堤填土的含水量控制在最佳含水量的-3%～+2%之间。当含水量超出最佳含水量时，采取在路基上摊铺，松土晾晒相结合的办法，降低填土的含水量。当含水量低于最佳含水量的3%时，洒水润湿。（4）碾压夯实碾压前，先对填层的厚度及平整度进行检查，确认符合要求后再进行碾压。具体流程如图28。-48-n图28路基碾压流程图Fig.28Embankmentrollercompactionprocessing按试验所确定的施工工艺及碾压遍数，用大吨位振动压路机按先两边后中间（曲线地段先曲线内侧后外侧）先静压1遍，后振压，再静压1遍的原则进行碾压，碾压速度为1.5～2.0km/h，纵向搭接40cm。碾压过程中发现有凹凸现象，应人工配合及时补平。使碾压好的层面凹凸差不大于15mm。（5）检验路基每层填筑压实后，及时进行检测，每层填土检测合格，并经监理工程师认可后，才能进行上层路基填筑，并进行压实度及外型尺寸检验。施工中采用K30孔隙率n和EV2(德国标准)控制路基的填筑质量。路堤基床以下外形尺寸检验标准见表12。表12路堤基床以下外形尺寸检验标准及频次检查项目允许偏差频次纵断高程（mm）±50每100m检查5点中线至边缘（mm）50≮每100m检查5点宽度（mm）≮设计值每100m检查3处横坡±0.5%每100m检查2个断面边坡（偏移量）5%设计坡度每100m检查3处平整度（mm）15≯每100m检查10点-49-n4.2.5.4土工格栅设置路堤边坡高度大于4m或半填半挖地段边坡高度大于3m时，边坡增设双向高强土工格栅水平加筋，边坡高度小于6m时，土工格栅幅宽2.5m，边坡高度大于6m时，土工格栅幅宽4m，竖向间距0.6m。土工格栅极限抗拉强度不小于40KN/m，破断延伸率不大于11%。路堤基底在处理完地面后即铺设格栅，随路基填筑高度每0.6m铺设一层。土工格栅沿线路纵向铺设，边坡处土工格栅内缩10cm。土工格栅接头搭接长不小于10cm，接头采用塑料带绑扎，绑扎间距1m。铺好的土工格栅每隔2～2.5m用钢筋弯制的钩头钉固定于填料面，以使铺好的土工格栅平顺，与填料表面密贴。4.2.5.5冲击碾压为确保路堤竣工后3～6个月时间内沉降稳定，达到铺设无碴轨道要求，本试验段对已填土采用冲击碾压，加速沉降。新填层每填高1.2m，对填土表面进行冲击碾压。采用YCT-25三边冲击式压实机，它是一种高振幅低频率的冲击碾压设备，其主要工作机构是有三条凸轮边组成的冲击轮。在运动过程中，冲击轮的高位势能转化为动能对地面进行冲击，从而对土体的深层产生较大的冲击能量。通过冲击式压实机的冲击碾压，能有效减少铁路路基的工后沉降量，大大改善因不均匀沉降而形成的路基病害，提高路基的整体强度和均匀性，对于保证路基的使用质量具有重要的作用。（1）施工设备每一个工作面配备1台YCT-25冲击式压实机、1台装载机，每3～4个工作面配备1台平地机、1台推土机和1台洒水车。①按要求对达到冲击碾压前标高的路段，将路基范围内的杂物清除。②检测表面以下50cm处的土体含水量。含水量应控制在最佳含水量的-3～2％以内，否则应进行晾晒或洒水。③冲击式压实机进行冲击碾压，压实机的行进速度应控制在10～12km/h左右，从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，以轮迹重叠1／2铺盖整个路基表面为冲碾一遍，冲击碾压遍数由工艺性试验确定，一般为5～9遍。④冲击碾压过程中，如果因轮迹过深而影响压实机的行进速度，可用推土机平整后再继续冲碾。若冲击碾压过程中路基表面扬尘，可用洒水车适量洒水后继续冲碾。⑤冲击碾压效果的控制指标为压实度。当原路基压实度≤95％时，压实度提高5-50-n％为宜；当原路基压实度＞95％时，压实度达到100％为宜。⑥冲击式压实机冲击碾压完毕后，检测路基表层0～20cm的压实度。如果压实度达不到要求，应视情况补充冲碾遍数。⑦冲击碾压完成后，人工配合机械整平路基面，碾压1～2遍。（2）施工工艺工艺流程见冲击碾压施工工艺流程图29。（3）施工要点①冲击式压实机进行冲击碾压时，因机械的调头范围较大，应尽可能在路基形成较长的连续冲碾压段后进行。不但可以提高冲碾效率，也可以避免因过多的“接头”而影响路基的整体均匀性。②因冲击式压实机的冲击能量大，路表50cm的土体含水量对冲击碾压的效果具有较大影响。含水量过大时，容易形成弹簧、翻浆等，故需严格控制路表以下50cm内的含水量。③冲击式压实机进行冲击碾压时，为了避免结构物遭到损坏，必须制定相应的措施，严格控制冲击碾压的范围。在距离结构物3～5m、暗涵顶面填土高度小于2m时，禁止用冲击式压实机进行冲击碾压作业。明涵顶面不得用冲击式压实机进行冲击碾压。④当土体表面含水量较大时，如果用冲击式压实机进行冲击碾压，易形成表面推移，上层20cm左右的土体与下部土体产生脱离现象。因此，雨后或表面含水量较大时，应采取晾晒或其它措施降低表面含水量，不宜直接用冲击式压实机进行冲击碾压作业。4.3本章小结遂渝线无轨道综合试验段，经试验分析，选定了A、B组填料作为路基填料，并提出了相应合理的填筑施工技术。在施工过程中，加强压实质量控制，严控填料含水量，并于2006年5月顺利完成了标准段路基的施工。-51-n冲击表面碾压段检查压实度及不含水量洒水或晾符晒合要求冲击工艺试符合要冲击式压实机冲击碾压配合推土机整必要时洒水不检查表面压实度符补充冲击碾合要求符合要清除多余部分整理路检测路基标不合格合格振动压路机或光轮压路机碾压1~2不合格路基验合格验收图29冲击碾压流程图Fig.29Shockrollercompactionprocessing-52-n5无碴轨道路基检测技术5.1工程概况由于受到线路高程调整能力的限制，无碴轨道对路基的工后沉降的要求非常严格，因而对路基的压实质量较有碴轨道压实质标更高。遂渝无碴轨道路基填料除部分红层泥岩改良试验段采用改良后的红层泥岩外，其它路基均为A、B组填料，基床表层及过渡段路基采用了水泥稳定级配碎石填筑。在我国对有碴铁路检测方法有孔隙率n、K等，遂渝线无碴轨道参考德国标准，增加了动态变形模量E和二次变形模量30VdE检测。V25.2路基压实质量标准根据德国、日本的经验，对路基制定了压实标准，如表13~表15。同时采用德国E检测标准对路基填筑质量进行复核，E检测标准为：基床表V2V222层级配碎石E/120MN/m，基床底层AB组填料E/80MN/m，路堤本体AB组填V2V22料E/60MN/m。V2表13路基基床以下部分填料压实标准填料压实标准细粒土粗粒土碎石类地基系数K(MPa/m)≥110≥130≥15030A、B组填料压实系数K≥0.95孔隙率n（%）＜28＜28表14路基基床底层填料及压实标准厚度填料压实标准细粒土粗粒土碎石类(m)地基系数K(MPa/m)≥110≥130≥150A、B组填30料及改良2.3压实系数K≥0.95土孔隙率n（%）＜28＜28-53-n表15路基基床表层填料及压实标准表压实标准备注厚度填料地基系数K动态变形模量空隙率n(m)30E(MPa)（%）(MPa/m)Vd级配碎石0.7≥190≥55＜18路堤级配碎石≥190≥55＜18易风化的软质岩、风化严重的硬质岩中粗砂≥130≥45及土质路堑5.3无碴轨道路基压实检测技术5.3.1地基系数及孔隙率检测近年来，国内外广泛采用承压板试验来确定填土的基床系数，并以此来检验水利、[29]公路、铁路等填土或垫层的压实质量。日本铁路路基压实质量控制全部用地基系数K检查。所谓K，是指用直径为30cm的承压板进行荷载试验，国外还有用直径3030为40、50和75cm的承压板试验确定的地基系数KK和K。我国在大秦线上40、5075首次使用K试验检验天然地基及粗粒土填料的质量，并作为控制标准。K试验是3030承压板试验中最快速的一种，它能适应快速机械化施工的需要。遂渝线无碴轨道综合试验段路基压实检测就是采用K平板载荷试验方法。K3030及孔隙率检测方法如《铁路土工试验规程》。5.3.2动态变形模量及二次变形模量检测5.3.2.1动态变形模量检测（1）检测原理，动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力FS和冲击时[30]间ts作用下抵抗变形能力的参数。它由E=1.5⋅r⋅σ/s计算得出。其中E为动态VdVd变形模量（MPa）；r为荷载板半径（mm）；σ为荷载板下的最大冲击应力，它由落锤产生的最大冲击力FS=7.07kN且冲击时间ts=18ms时标定得出的，即σ=0.1MPa；s为荷载板下的沉陷值；1.5为荷载板形状影响系数。实测结果采用E=22.5/s。该Vd仪器的工作原理主要是利用落锤沿导向杆从一定高度自由下落在弹簧阻尼装置上产生的瞬间冲击荷，并通过弹簧阻尼装置及传力系统传递给底部Ф300mm的荷载板，在荷载板下面产生符合列车高速运行时对路基所产生的动应力，使荷载板发生沉陷s，-54-n即阻尼振动的振幅，由沉陷测定仪自动采集记录下来，通过计算机处理后显示出测点处的E值。E仪VdVd器如图30。（2）检测前准备工作测试面须用工具或者通过荷载板的转动来整平，如果这样做还达不到要求的平整度，则可以用少量的细中砂来补平。检查导向杆的垂直度和测试面的倾斜度，测试面倾斜度应不大于5°，严格检查仪器标明的落距。（3）测试步骤①将荷载板轻轻放置在准备好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。图30E检测仪器Vd②将落锤提升至脱钩装置的临界点位置，然后让Fig.30EDetectorVd落锤自由落下，在阻尼装置上产生冲击后再将弹回的落锤抓住，这样进行一次冲击（即预冲击），以消除可能产生的塑性变形的影响，并可使荷载板下得到精确的平整面。③按第2步的方式进行3次冲击测试。测试时可通过脚踩固定来避免荷载板的移动和跳跃。④测试时，要将对应于每个试验编号的工程名称，检测部位，检测时间，土的种类、含水率以及相关参数记录下来。⑤仪器显示并打印的3次冲击测得的荷载板沉陷值S的平均值和动态变形模量E的平均值即为检测结果。Vd5.3.2.2二次变形模量检测（1）检测原理平板荷载试验的目的在于测出应力—位移曲线，并对地面的变形量与承载力的关系进行分析计算，通过应力—位移曲线得出变形模量E。E检测如图31。VV2①变形模量E，土体的变形模量E值是通过一次加载或重复加载测得的应力—VV位移曲线上0.3σ和0.7σ之间的位移割线斜率来确定的。omaxomax②二次变形模量E，一次加载的变形模量值为一次变形模量，用E表示；二V2V1次加载的变形模量值为二次变形模量，用E表示。V2-55-n图31E检测仪器V2Fig.31EDetectorV2（2）E检测V2①检测前准备工作，准备一个与承载板面积大小相适应的测试面。借助工具（钢尺、抹刀或通过推移和转动承载板）尽可能地将测试面整平，清除地面上的杂物。②平板载荷试验仪的安装，承载板直径30cm，安装时要准确地放在测试面上。如果测试面稍有不平整，可用几毫米厚的干中砂充填找平。然后将承载板放在测试面上转动并轻砸使承载板与测试面密贴。用承载板上的盒式水准器检查测试面是否水平。液压缸放在承载板中心位置上，并与加载反力装置底面垂直，并且要进行加固以防倾倒。承载板与加载反力装置着地点间的净距离对于直径300mm的承载板不得小于0.75m,加载反力装置要进行加固以防移动。施工中一般采用压路机作为加载反力装置。③位移测试装置的安装，位移测试是通过测量表，即位移传感器完成的。测量承载板的位移时，首先要将传感器触点放到承载板的中心位置上。支撑架的着地点与加载装置的着地点的距离不得少于1.25m。支撑架须保持水平状态，位移传感器，即测量表必须垂直于测试面。安装承载板时需注意把位移传感器的触点无约束地放入承载板上测量孔中，并保持在承载板中心位置上。位移测试装置要有防日晒和防风沙的保护措施。检测进行中平板载荷试验仪和加载装置不得晃动。④应力——位移曲线，将施加每一级荷载的平均标准应力σ所对应的测量表即o位移传感器的读数M填写到记录表格中。读数M与对应的承载板的位移S按方程式（4-1）由位移S与杠杆比h/h的乘积计算得出。MpMS=SM⋅hp/hM……………………………………………………..（5-1）变形模量是基于一次加载和二次加载应力——位移曲线，通过二次多项式方程计算得到的。-56-n2S=a+aS+aS………………………………（5-2）o1o202式中：S—承载板下的平均标准应力，单位：MN/m;oS—承载板的位移，单位：mm;a0—二次多项式中的自由项，单位：mm；2a1—二次多项式中的一次项系数，单位：mm/（MN/m）；24a2—二次多项式中的二次项系数，单位：mm/（MN/m）。变形模量E由公式（5-3）计算：VE=1.5r⋅1/(a+aσ)（5-3）V12omax…………………………….2式中，E是变形模量（MN/m），r是承载板半径（mm），σ是最大平均标准应力Vomax2（MN/m）。一次加载的变形模量值用E表示，二次加载的变形模量值用E表示。V1V2施工中应用计算程序算出变形模量E，打印出结果。V检测断面间距一般50m，过渡段加密为10m；断面检测点必检点3个（中心及两侧边坡内1m），随机检测点不少于两个；每填筑1.5m，检测一次，所有检测工作均需现场摄影存档。5.4无碴轨道路基检测成果通过施工过程中检测，路基压实检测情况如表16。表16基床以下部分路基压实情况2部位K30（MPa/m）EV2（MN/m）n（%）备注过渡段230～300200～26018～22级配碎石+4%水泥路堤170～230120～16020～24砂性B组路堤180～240190～24020～24B组5.5本章小结（1）无碴轨道路基检测方法区别于有碴轨道，增加了二次变形模量E检测。V2目前在我国高速铁路无碴轨道路基上还缺乏该项检测的国产仪器、检测方法和应用于设计的经验，而本文在遂渝线无碴轨道试验段路基上的实际检测经验，可为今后国内客运专线路基施工检测提供了有益的借鉴。-57-n（2）由检测结果可知，路基KE及孔隙率n各参数均满足压实标准。30、V2（3）测动态变形模量E时，尽管预加了三次冲击荷载，但由于反弹很难保证Vd荷载板同地面的结合象静载那样良好，测试的沉降在很大程度上受界面的影响，测试值很难保证是真正意义上的动态变形模量。-58-n6无碴轨道沉降观测技术6.1工程概况铁路路基工程作为变形控制的土工结构物，其强度、刚度将影响以后列车的高速平顺运行。遂渝铁路无碴轨道综合试验段，为满足无碴轨道铺设技术条件，严格控制工后沉降，路基工程从地基加固处理到填料选取都采取了相应措施。无碴轨道路基地基加固措施有挖除换填，CFG桩补强加固，钢筋砼桩网结构，钢筋砼桩板结构，强夯等多种加固形式。路基填料除部分红层泥岩改良试验段采用改良后的红层泥岩外，其它路基都是A、B组填料，基床表层及过渡段路基采用了水泥稳定级配碎石填筑。6.2工后沉降控制标准无碴轨道对路基残余变形（工后沉降及沉降差）控制要求严格。根据德国、日本的经验，遂渝线路基残余变形（工后沉降及沉降差）要求满足以下条件：（1）桥、隧与路基连接处的差异沉降不大于5mm；（2）桥、隧与路基过渡段或任意两段路基的折角不大于1/1000；（3）任意路基地段20m长度范围的不均匀沉降不大于20mm/20m。[31,32]为使路基残余变形满足上述标准，首先必须严格控制路基工后沉降。参考德国和日本经验，遂渝线无碴轨道路基工后沉降控制标准采用15mm。无碴轨道路基残余变形（工后沉降及沉降差）控制标准见表17。表17路基残余变形（工后沉降及沉降差）控制标准工后沉降不均匀沉降差异沉降折角≤15mm≤20mm/20m≤5mm≤1/10006.3无蹅轨道路基沉降观测方法6.3.1路基沉降观测路基沉降观测形式如图32。-59-n沉降板基床表层测斜管图32路基沉降观测示意图Fig.32Roadbedsettlementobservation6.3.1.1沉降板观测法（1）沉降板，沉降板由混凝土底板、测杆和保护套管组成，混凝土底板尺寸为[28,33]120cm×50cm×3cm，测杆采用Φ40mm钢管，垂直固定在底板上，保护套采用塑料套管。沉降板安装前必须压实路基面，测量安装位置，固定后测量测杆顶标高，该值为沉降观测初始值。随填土增高，测杆相应接高，接高采用管箍连接，接高管每节长不超过55cm。接高后的测杆顶面应略高于套管上口，测杆顶用顶帽封住管口，避免填料落入管内而影响测杆下沉自由度。沉降板形式如图33。120封口塞50553图33沉降板形式示意图（cm）Fig.33Settlementplate（2）沉降观测，沉降的观测采用水准仪进行，每天观测1～2次。在沉降量急剧加大的情况下，每天观测次数不少于2～3次，观测精度应准确到±0.5mm。在预沉降期内的前2～3个月内，每5天观测一次，三个月后7～15天观测一次，半年后每一-60-n个月观测一次，一直观测到预期末。观测后应整理绘制“填土高-时间-沉降量”关系曲线图。6.3.1.2剖面沉降管观测法（1）剖面沉降管由PVC材料制成，管的外径53mm，内径43mm，管内有4个导槽，槽深2mm，管外有2个导槽，供管接长使用。每根管长3m，接长时有专用接头，能保证管内4个导槽的良好对接。（2）剖面沉降管的埋设，每条剖面管的最小长度不小于20m，以满足20mm/20m的技术要求。路基压实后，在路基面上画出相应的测线，人工开挖一条宽30cm，深30cm的沟槽，槽底撒垫一层细砂，使之大致平顺。槽内铺设剖面沉降测管，测管两端各长出路堤面0.8m，管内穿线备用。铺设好后回填沟槽，压实后测量试初始值。（3）沉降观测，施工期间每3天观测一次，达到预压高程后，观测频率同沉降板。6.3.2位移观测位移观测桩采用C15钢筋混凝土预制，桩截面尺寸为15cm×15cm，桩长不小于1.5m，桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。边桩埋置深度在地表以下不小于1.4m，桩顶露出地面不大于10cm。埋置方法采用洛阳铲成孔后，将预制边桩放入孔内，桩周以C15混凝土固定，以确保边桩埋置稳定。位移观测桩布置如下图34。图34位移观测桩示意图Fig.34Referencepilefordisplacementobservation6.4观测点布设6.4.1观测点布设原则（1）填方地段每隔25m～50m设置一个观测点；（2）挖方地段不少于2个观测点；（3）路桥、路涵、堑堤过渡段观测点适当加密。-61-n6.4.2观测点布设表沉降观测点布设位置及其数量如表18所列。表18沉降观测点布设表里程路基型式沉降设备数量DK131+586～+607路桥（台+过渡段+路堑)沉降板9块不均匀沉降管180mDK131+722涵顶+过渡段+路堤分三层安装沉降板8块不均匀沉降管180mDK131+780路堤CFG桩（三层）沉降板12块DK131+835～+845路堤（基底强夯）沉降板9块DK132+066隧堑过渡段（软基深换填）沉降板6块DK132+315～+325路堑（基底强夯）沉降板3块DK132+435路堤（红层泥岩）沉降板6块不均匀沉降管180mDK132+450路堤（红层泥岩改良）三层管沉降板6块沉降点3处DK132+545桩板结构变形观测全段DK132+480路堤（桩板+过渡段+红层泥岩）不均匀沉降管160mDK134+440路涵过渡不均匀沉降管60m半填半挖（人工挖孔CFG桩，不均匀沉降管60mDK134+520高填方）沉降板3块DK134+810桩网，高填方沉降板3块DK135+150堤涵过渡，高填方沉降板3块DK135+300桩网，地下水丰富沉降板6块DK135+380堤堑过渡DK135+600路堑（道岔区）沉降板3块DK135+780路堤（桩网结构）沉降板6块DK135+845～865路堤（桩网结构）沉降板6块DK135+918涵洞+过渡段+路堤分二层安装沉降板6块堤堑不均匀沉降管120mDK135+940～970沉降板6块-62-n表18（续）路堑不均匀沉降管120mDK136+027沉降板6块DK136+155路堤（CFG桩）砂性B组填料沉降板6块DK136+180～+205堤堑（砂性B组填料）沉降板6块DK136+265～+290堤堑（砂性B组填料）沉降板6块DK136+305～330路涵（无牛腿桩）沉降板6块DK136+360～+385路堑沉降板18块DK136+450～+475路堑（半挖半填）沉降板6块沉降板6块DK136+515～+545堤堑（砂性B组填料）不均匀沉降管160m不均匀沉降管120mDK136+570～+600堤堑（砂性B组填料）沉降板6块不均匀沉降管240mDK136+660～+690路堤（桩网结构）沉降板18块不均匀沉降管120mDK136+730～+760路涵（砂性B组填料）沉降板18块不均匀沉降管120mDK136+820～+850堤堑（砂性B组填料）沉降板12块DK137+090桩网不均匀沉降管100mDK137+720路堤沉降板6块6.5无碴轨道路基沉降观测仪器水准仪采用用精密水准仪或DNA03数字水准仪，测量精度为±0.3mm。全站仪的测距仪精度±1mm，经纬仪水平角误差±2.5″。数显滑动沉降仪数据分组80组，每组数据100个。探头测量范围0～±530（与水平线的夹角），分辨率8″（0.04mm/m），线性±0.025%（300以内），导轮间距基准500mm，使用环境温度-20℃～+60℃，抗震10g（敏感轴方向，其中g为重力加速度）；电源使用时间：450mA（使用背光灯）可连续使用8小时，200mA（不使用背光灯）可连续使用20小时。-63-n6.6无碴轨道路基沉降观测成果6.6.1沉降板观测通过施工过程中及完成后的观测，至2006年9月份沉降观测成果如表19。表19沉降观测成果表红层CFG路桥路涵桩网强夯泥岩位置桩地桩板过渡过渡路堤路堑地基地基改良基段段路基最大沉降量5.275.371.734.674.239.8111.795.134.69（mm）因沉降板埋设后对施工影响很大，因此，施工过程中沉降板损坏十分严重，沉降分析只对观测时间大于1个月以上的有效数据进行了分析。各观测点沉降观测情况及图解双曲线分析方法预测各点沉降情况如下。6.6.1.1桩网结构（1）DK135+800Y沉降板该处观测数据如表20所列。表20DK135+800Y沉降板观测数据序号观测日期埋深沉降差（mm）12006.4.30.31022006.4.120.31-0.5732006.4.200.31-2.1542006.4.220.31-2.3652006.4.240.31-2.4862006.4.250.31-2.0472006.4.300.31-2.1982006.5.50.31-2.7892006.5.70.31-2.74102006.5.110.31-2.83112006.5.140.31-3.23122006.5.200.31-3.28-64-n表20（续）132006.5.220.31-3.33142006.5.270.31-3.26152006.5.310.31-3.38162006.6.70.31-3.36172006.6.140.31-3.38182006.6.250.31-3.4192006.7.30.31-3.42202006.7.90.31-3.55212006.7.170.31-3.67222006.7.300.31-3.742006年6月25日新增点DK135+79912006.6.250.300.0022006.7.30.30-0.7232006.7.90.300.0442006.7.170.30-0.4652006.7.300.30-0.44（2）图解双曲线方法的分析结果预测曲线与实测曲线比较如图35所示，双曲线参数a=12.83，b=0.47。线性相关系数F=0.93>0.92，符合验收要求；最后一次观测沉降值为预测沉降的89.92%，符合要求；总沉降量S=4.16mm+2.0mm，剩余沉降2.42mm。54.543.532.52沉降量(mm)1.510.500102030405060708090100110120沉降天数(d)---实测曲线---预测曲线图35DK135+800Y沉降板观测趋势图Fig.35Observedsettlement-timecurveatDK135+800-65-n从DK135+757～+800路堤，剩余沉降差为0.44mm，符合无碴轨道路基技术条件要求。6.6.1.2路堤该段填料为砂岩、砂、细粒土的混合B组填料，透水性强。（1）DK136+195沉降板该处观测数据如表21所示。表21DK136+195沉降板观测数据序号观测日期埋深（m）沉降差（mm）12006.4.160.00022006.4.200.30-3.7832006.4.220.30-3.2442006.4.240.30-3.252006.4.250.30-3.1762006.4.300.30-3.6872006.5.60.30-3.0382006.5.80.30-3.8292006.5.110.30-3.32102006.5.140.30-3.04112006.5.200.30-3.15122006.5.220.30-3.36132006.5.260.30-4.4142006.5.290.30-4.18152006.6.40.30-4.44162006.6.70.30-4.65172006.6.140.30-4.87182006.6.260.30-4.85192006.7.50.30-4.98202006.7.110.30-5.13（2）图解双曲线分析方法分析结果实测曲线与预测曲线如图36所示，双曲线参数a=5.24，b=0.41。线性相关系数-66-nF=0.97>0.92，符合验收要求；最后一次观测沉降值为预测沉降的92.308%，符合要求；总沉降量S=7.56+2.0mm，剩余沉降为4.43mm。5.554.543.532.52沉降量（mm）1.510.500102030405060708090100沉降天数（d）---实测曲线---预测曲线图36DK136+195沉降板沉降观测趋势图Fig.36Observedsettlement-timecurveatDK136+1956.6.1.3高路堤（1）DK137+068沉降板观测数据该位置不同时间观测的沉降板数据如表22。（2）图解双曲线分析方法分析结果实测曲线与预测曲线如图37所示，双曲线参数a=5.43，b=0.53。线性相关系数F=0.95；线性相关系数F>0.92,符合验收要求；最后一次观测沉降值为预测沉降的80.62%，符合要求；总沉降量S=3.9+2.0mm；剩余沉降4.40mm。表22DK137+068沉降板观测数据序号观测日期埋深（m）沉降差（mm）12006.6.220.300.0022006.6.260.30-0.7732006.7.50.30-0.8342006.7.120.30-1.2052006.7.160.30-1.3362006.7.260.30-1.50-67-n1.61.41.210.80.6沉降量(mm)0.40.20010203040天数(d)----实测曲线----预测曲线图37DK137+068沉降观测趋势图Fig.37Observedsettlement-timecurveatDK137+0686.6.2路基不均匀沉降分析经沉降管测试，换算为线路纵向不均匀沉降，预测各测点工后不均匀沉降小于[34]20mm/20m，符合路基验收要求。6.6.2.1沉降管测试成果表具体测试数据列于表23。表23沉降管测试成果埋设沉降管序测试时间累计不均匀里程高程长度沉降管位置号(年月日)沉降（mm）(m)（m）涵洞+过渡段1DK131+722260.562706.2.23～6.179.32+路堤涵洞+过渡段2DK131+723261.143006.2.20～4.630+路堤3DK131+817262.3226.5路堤06.4.6～6.1716.84DK132+448262.4023.5路堤06.4.19～6.1713.53路堤+路堑过5DK135+935262.522.506.4.3～6.1513.91渡段6DK136+030263.0226.5路堑06.4.3～6.1518.7-68-n6.6.2.2沉降管测试不均匀沉降曲线图（1）P5-722-1底层测管剖面管中心里程为DK131+722，埋设标高为260.56，斜向跨（涵洞+过渡段+路堤）；地基为CFG桩。观测对比日期为2006年2月23日和24日，结果如图38所示。观测结果表明，涵洞顶几乎没有沉降，两侧下沉了1.7mm，27m间距内的累计不均匀沉降为3.84mm。图39曲线与图38为同一测点，对比日期为2006年3月29日和4月6日。从两张图形可以看出，路基在施工期间发生了较大沉降（曲线形态发生了很大变化）发生日期为2月24日后，到3月2日后沉降收敛，至3月29日后，路基趋于稳定，27m间距内的累计不均匀沉降为2.7mm。图38DK131+722底层测管测试曲线图（1）Fig.38ObservedbedsettlementprofileIacrossDK131+722图39DK131+722底层测管测试曲线图（2）Fig.39ObservedbedsettlementprofileIIacrossDK131+722-69-n（2）P5-722-2中层测管剖面管中心里程为DK131+723，为基床底层第二层测管，埋设标高为261.14，斜向跨（涵洞+过渡段+路堤）；地基为CFG桩。对比日期2006年3月1日和3月8日，从图40沉降分析曲线可以看出：涵洞顶几乎没有沉降，不均匀沉降主要发生在16~22m区段，分别为4.0mm、7.9mm。图41与图40观测位置相同，但对比日期2006年2月20日和4月6日。从沉降分析曲线可以看出，30m距离间的累计不均匀沉降为30mm。图40DK131+723中层测管测试曲线图（1）Fig.40Observedmid-depthsettlementprofileIacrossDK131+723图41DK131+723中层测管测试曲线图（2）Fig.41Observedmid-depthsettlementprofileIIacrossDK131+723-70-n（3）P5-030-1路基沉降管剖面管中心里程为DK136+030，埋设标高为263.02，斜向埋设于路堑中，地基换填厚度为1.0m；对比日期为2006年3月2日和3月20日，从图42沉降分析曲线可以看出：不均匀沉降主要发生在12~20m路基中心区段，累计不均匀沉降为18.70mm。图43与图42为同一测点。3月20日后进行过冲击碾压。对比为2006年3月2日和28日，从沉降分析曲线可以看出：不均匀沉降主要发生在12~20m路基中心地段，累计不均匀沉降为35mm。对照上图可以看出，冲击碾压对压密质量有较大影响。图42DK136+030路基沉降管测试曲线图（1）Fig.42ObservedbedsettlementprofileIacrossDK136+030图43DK136+030路基沉降管测试曲线图（2）Fig.43ObservedbedsettlementprofileIIacrossDK136+030-71-n6.6.3预压试验为判断无碴轨道路基是否已趋于稳定，2006年7月对DK136+142～152高约10m路堤段进行了预压，预压荷载47kPa，预压配重设于线路左线范围（图44）。沿线路纵向设沉降板，每横断面左右中线及路基中线各设一沉降板共18个观测点。观测成果如表24、表25，测得最大沉降量为16.49mm，连同差异沉降均满足路基验收要求。图44预压试验装置Fig.44Pre-loadingtestDevice表24DK136+142～152沉降观测统计表序号沉降板编号观测日期堆载高（m）沉降差（mm）备注2006.7.122.502006.7.162.5-0.2511#2006.7.232.5-0.192006.7.262.5-0.172006.7.302.5-0.162006.7.122.502006.7.162.5-0.2622#2006.7.232.5-0.072006.7.262.5-0.252006.7.302.5-0.1233#2006.7.122.502006.7.162.5-0.262006.7.232.5-0.07-72-n表24（续）2006.7.262.5-0.252006.7.302.5-0.122006.7.122.502006.7.162.5-0.1744#2006.7.232.5-0.032006.7.262.5-0.292006.7.302.5-0.262006.7.122.502006.7.162.5-0.1555#2006.7.232.5-0.112006.7.262.5-0.312006.7.302.5-0.292006.7.122.502006.7.162.5-0.1566#2006.7.232.50.212006.7.262.5-0.272006.7.302.5-0.142006.7.122.502006.7.162.5-0.2577#2006.7.232.50.012006.7.262.5-0.622006.7.302.5-0.672006.7.122.502006.7.162.5-1.0488#2006.7.232.5-1.252006.7.262.5-1.682006.7.302.5-2.022006.7.122.502006.7.162.5-0.3899#2006.7.232.5-0.432006.7.262.5-0.952006.7.302.5-0.95-73-n表25DK136+142～152沉降观测统计表序号沉降板编号观测日期堆载高（m）沉降差（mm）备注2006.7.122.502006.7.162.5-0.311010#2006.7.232.5-0.472006.7.262.5-0.862006.7.302.5-0.882006.7.122.502006.7.162.5-0.261111#2006.7.232.5-0.262006.7.262.5-0.592006.7.302.5-0.72006.7.122.502006.7.162.5-0.581212#2006.7.232.5-0.442006.7.262.5-0.592006.7.302.5-0.822006.7.122.502006.7.162.5-0.231313#2006.7.232.5-0.122006.7.262.5-0.652006.7.302.5损坏2006.7.122.502006.7.162.5-0.331414#2006.7.232.5-0.22006.7.262.5-0.882006.7.302.5-0.932006.7.122.502006.7.162.5-0.271515#2006.7.232.50.032006.7.262.5-0.512006.7.302.5-0.43-74-n表25（续）162006.7.122.502006.7.162.5-0.1116#2006.7.232.50.262006.7.262.5-0.282006.7.302.5-0.342006.7.122.52006.7.162.501717#2006.7.232.5-0.082006.7.262.5-0.462006.7.302.5-16.492006.7.122.52006.7.162.501818#2006.7.232.50.062006.7.262.5-0.392006.7.302.5-0.736.7本章小结（1）从沉降观测情况看，混凝土桩网复合地基以及各种形式的过渡段在路堤填筑完成后20～30天内沉降趋于稳定。用图解双曲线方法进行沉降预测，其预测总沉降量小于设计控制指标，满足无轨道铺设条件。（2）由沉降管测试结果看，各测线工后不均匀沉降小于20mm/20m，符合路基验收要求。（3）由预压测试结果看，各测点的沉降值及不均匀沉降值均满足路基验收要求。-75-n7本文总结与展望7.1本文总结铁路遂渝线建设无蹅轨道综合试验工程，在我国属于首次。藉助于国内外房屋建筑、公路工程中的复合地基及其检测等相关技术，结合具体的工程地质条件、路基类型及其沉降控制要求，该试点工程在设计和施工过程中，对诸多需要探索和攻关的技术难题开展了系统的研究，并获得较为良好的技术和经济效益。本节主要总结本文作者所参与其中部分研究工作的主要结果。（1）本文涉及的桩网复合地基，是由间距较大的混凝土桩及其顶端上方的土工格栅和砂石褥垫层构成的，其中桩的性状对路基沉降的控制具有重要的作用。为避免本试点工程已填路基红层泥岩填料遇水膨胀软化影响桩和原路堤的质量，对钻孔桩的施工采用了采用长螺旋钻机干法成孔工艺，其中用合金钻头有效地解决了遭遇孤石的钻孔问题。为预防坍孔和减少孔底钻碴，采用了管内泵压砼反插钢筋笼的混凝土灌注成桩施工技术，没有护壁泥浆污染，工艺流程清晰，易于操作。现场静载试验结果表明，采用这些综合施工技术后，桩的质量及其荷载-沉降特性能够满足工程设计要求。（2）为从理论上初步了解桩网复合路基的沉降特性及其受相关因素影响的规律，本文根据网单元的变形特点和静力平衡条件，尝试采用了基于弹性薄板、中厚板弹性力学理论和Winkler弹性地基模型，推导了桩网复合地基的工后沉降估算公式。再由此进行了参数分析，考察了桩-土应力比随桩间距、复合地基模量和路堤高度等因素对它的影响，并与实测数据进行了初步的比较分析。这项工作对桩网复合地基工程设计方案优化和工后沉降估算，具有一定的应用参考价值。（3）为保证高速铁路无蹅轨道路基的填筑施工质量，参考现行铁路施工规范对填料的相关定性原则，经现场调查和多次试配并取样进行土工力学性能试验分析，选定了遂渝线无碴轨道路基采用碎石类土A、B组填料的级配，并初步提出了包括不同断面结构之间过渡段在内的路基填筑施工技术及其质量控制要求。（4）为及时发现和解决工程质量问题，并对设计和施工方法的可靠性进行检验，在试点工程开展了相应的现场监测工作，其中桩网复合地基变形监测采用了沉降板、剖面沉降管和位移观测桩等方法，碎石路基压实质量检测则采用了动态变形模量Evd和二次变形模量Ev2综合检测技术，并由此实现了全程的信息化施工。监（检）测结果表明了，试验段碎石路基压密质量符合设计要求，路基工后3个月的沉降性状能满足无碴轨道铺设的控制要求。-76-n7.2对后续研发工作的展望在高速铁路建设会遇到桥梁和隧道的。为保证高速列车运行的安全性和平稳性，不断提高旅客乘坐的舒适性，由于各自的刚度存在较大的差别，桥台、隧道与其紧邻路基的衔接处应设置一定长度的过渡段。这一过渡段的设置原则，一般是将桥台、隧道基础与过渡段路基的工后沉降差控制在容许的范围之内，以最大程度地减小过渡衔接处的轨面弯折角。因此，在过渡段路基区段，应根据线路和地质情况采取相应的加固处理措施，如采用级配碎石、加筋土路基结构、设混凝土搭板等。为确保高速列车通过过渡段区域的平稳性，减小轮轨间的动力冲击，除在线路下部结构采取相应的处理措施来控制工后沉降值以外，由于桥上和隧道内无碴轨道刚度要大于路基上有碴轨道的刚度，在线路上部结构需要合理进行轨道刚度的过渡，一方面采取措施减小无碴轨道的整体刚度（如低刚度轨下胶垫、板下设弹性层等），另一方面在过渡段有碴轨道部分设置刚度变化过渡区(调整轨下胶垫刚度、设辅助轨、固化道碴层等)。为科学地解决上述这些问题并运用于实际工程，需要经历一个“研究并提出合理的结构型式并确定设计参数→室内外模型试验→铺设试验段→运营考验并编制技术标准→改进完善后推广应用”的过程。只要主管部门组织好科研、设计和施工等部门的线路、桥隧和路基等多个专业的科技人员，携手一道针对性地开展技术攻关，各种技术难题终会迎刃而解的，并使得无碴轨道结构在我国高速铁路和客运专线上得到广泛的应用。-77-