1 高铁路基沉降研究的重要性

　　对于运行速度大于200Km•h??-1?的高速铁路列车而言，舒适、平稳及安全性能是至关重要的，这些要求轨道具有高平顺性。日本和欧洲各国的高铁是通过高标准的强化轨道结构实现的，耗资巨大。不同于普通铁路路基按强度破坏设计的方法，我国通过路基的变形控制实现了高铁。线下工程中的桥和隧道因为其自身刚度大，沉降变形易控制，路基工程刚度小，沉降变形很难控制。中国《高速铁路设计规范》（试行）（TB10621-2009）［1］中规定：无砟轨道路基工后沉降不易超过15mm，路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm，不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000；有砟轨道各速度目标值所对应的路基工后沉降控制标准见表1，由此可见对于高铁路基沉降的研究非常关键。

　　2. 高铁路基沉降变形的分类及成因

　　2.1 分类。

　　工后沉降是路基竣工后继续发生的沉降，沉降值的大小影响着列车的运行安全、车辆轨道结构设施使用寿命及线路养护维修工作量。路基的工后沉降包括普通沉降和特殊沉降两类，普通沉降由路基填土在自重作用下产生的压缩沉降、地基在轨道和路堤自重及列车动力作用下的固结沉降、基床表层在动荷载作用下的塑性累积变形三部分组成［2］；特殊沉降则包括高地震烈度、软土、冻胀土等引起的沉降。

　　2.2 成因。

　　普通沉降的成因有：路基填料级配不良、排水失效、过渡段碎石级配失效或不养生、路基横向碾压、填料含水率超标等［3］。特殊沉降的成因如下：影响冻胀的原因有路基土质条件、水分、外界压力、级配等；影响高烈度地震软土地区沉降的因素有砂土液化、负摩擦力等［4］。

　　3. 高铁路基沉降变形的控制

　　3.1 确保设计施工质量。

　　3.1.1 设计总体要求。高速铁路路基设计过程中，应在考虑静态荷载作用的同时进行动态分析，考虑动荷载在路基中产生的动应力大小、分布规律以及对土体的影响。动载对路基的影响很难用简单的数学模型表达，目前主要应用考虑了列车运行速度以及机车车辆静轴重两因素的简化计算法。

　　3.1.2 路基机床结构的设计原则。按列车运行动应力与与路基自重应力比为0.2的原则设计机床厚度，然后由变形控制和强度控制两种方法确定。

　　3.1.3 路基填料设计要求。力学性能稳定、沉降完成快速。我国铁路沿线缺乏优质填料，应进行填料改良，通过加入添加剂改善土的物理力学性能，目前常用的添加剂有：石灰、水泥、粉煤灰、沥青等，还有合成固化剂和合成树脂。

　　3.1.4 施工质量控制。高速铁路的压实标准高于普通铁路，控制指标有压实系数K、地基系数K30和动态变形模量EVd。

　　3.2 准确监测。

　　3.2.1 合理布置监测基准网。选择地址条件好、稳定、受干扰少的工作基点；基点间距适中；选择闭合路线进行往返观测；及时复测；及时修补工作基点，避免路线过长，影响监测结果，如监测过程中出现异常应加密观测。

　　3.2.2 监测标志的埋设。监测标志埋设应当及时并用仪器校准，施工过程中注意保护，施工过后注意修复。

　　3.2.3 沉降监测要求。观测及时、操作人员技术熟练、观测精度高。观测的数据要避免丢失，及时对累积沉降量进行分析，发现问题迅速采取有效措施。

　　3.3 特殊条件下路基沉降变形的控制。

　　3.3.1 高烈度地震软土地区基础设计。高速铁路选择线路走向时，应尽量避开地层地质力学条件差的高烈度地震软土地区, 以降低路基的防护处理工程, 减少安全隐患。当铁路必须通过高烈度地震软土地区时，路基设计一定要结合地质资料, 认真分析各种可能出现的不利情况，充分考虑各种不利因素, 采取合理的计算模式，确保路基设计的安全可行。 [page]

　　3.3.2 高烈度地震软土地区地基处理［5］。对于高铁经过的软土、松软土地基要进行处理，采用CFG桩等刚性基础加固，合理选择桩径、桩距及桩尖置入压缩性土层的距离。在桩顶设置C30钢筋混凝土筏板，板下设碎石垫层，令桩和桩间土共同形成复合地基，有效减小地基沉降。

　　3.3.3 冻胀区的处理。刘焕强等［6］ 采用粒径为40 mm以下的土样，对冻胀区A、B组填料进行冻胀机理及影响因素试验，得出在路基基床底层用60 cm 厚细粒含量小于15% 的碎石类土填筑路基可有效防止冻胀的结论。试验还发现细颗粒含量分别为5%、10%、15% 和20% 的4 种不同路基填料, 当其含水量分别为3% 和6% 左右时, 在冻结过程中均无冻胀发生。如实际应用中再加上40mm以上的粒径, 则更有利于抑制冻胀的产生。

　　4. 高铁路基沉降变形的预测

　　对高速铁路路基沉降进行预测是保证列车正常安全行驶、防止交通事故的有效手段。有关沉降预测的传统方法主要有三类：一是采用经典的分层总和法计算最终沉降量，利用简化固结公式计算固结度，然后推算沉降发展规律；二是根据固结理论，结合室内试验获得土的各种本构模型，利用有限元方法预测最终沉降量及其发展规律［7］；三是基于前期沉降量实测资料来建立沉降量与时间关系数学模型的预测方法［8］，如常用的双曲线法、泊松曲线法、指数曲线法、抛物线法、三点法等。前两种预测方法涉及很多土工参数，必须通过大量的三轴试验和单向固结试验得到，以及有限元的有限性，在实际工程中难以采用；第三种方法观测数据精度要求高，预测误差大。