張鵬翔

近幾年來,隨著我國客運專線和高速鐵路項目的建設(shè),鐵路建設(shè)主要以橋梁為主,因路基的工后沉降已成為高速鐵路和客運專線施工控制的重點,控制路基沉降已成為路基施工控制的關(guān)鍵和重點,也是今后影響高速鐵路行車速度、平穩(wěn)、舒適和安全的重要技術(shù)指標。新建京滬高速鐵路設(shè)計時速為350km/h,是我國第一條真正意義上的高速鐵路,為確保路堤施工的安全和穩(wěn)定,控制填土速率,預(yù)測沉降趨勢和工后沉降量,確定軌道鋪設(shè)施工時間,必須對路基施工過程及工后沉降進行全程動態(tài)和靜態(tài)觀測。

1 工程概況及地基處理

京滬高速鐵路蚌埠南站位于安徽省蚌埠市,設(shè)計范圍:DK843+000～DK846+200,全長3.2km,前接淮河特大橋,后接張巷特大橋,站場范圍內(nèi)框架小橋2座、框架涵4座、框架中橋1座。地形地貌主要為淮河二級階地,地勢平坦、開闊,溝渠密布,多辟為水田和居民。地質(zhì)情況表面主要為黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土,厚度在5 m～20 m不等。地下水不發(fā)育,水位埋深1.0 m～3.0 m。在地基處理方面主要有挖除原地面軟土換填A(yù)B組料和CFG樁加固復(fù)合地基,通過對兩種地基不同處理結(jié)構(gòu)進行沉降觀測、分析比較和預(yù)測工后沉降量,確定CRTSⅡ型板的鋪設(shè)時間。

2 沉降觀測技術(shù)控制

2.1 沉降觀測的目的

京滬高速鐵路線下、軌道工程設(shè)計行車速度目標值為350km/h,采用雙線無碴軌道,正線軌道按一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路設(shè)計。無碴軌道路基的工后沉降要求非常嚴格。通過對設(shè)計沉降的驗證和修改,分析、預(yù)測出最終沉降量和工后沉降量,合理確定無碴軌道的鋪設(shè)時間,確保路基工后沉降減少到最小。

2.2 沉降觀測點的布置

1)基底沉降板基本上按80 m～100 m布設(shè)一個,路橋過渡段、路涵過渡段的兩側(cè)5 m～20 m范圍內(nèi)每10 m設(shè)置一個,在過渡段填料的分界處必須設(shè)置基底沉降板和路基面觀測樁,是觀測路基過渡段不均勻沉降的重要措施。

2)沉降板埋設(shè)位置處可墊10cm砂墊層找平,埋設(shè)時確保底板的水平與垂直度。

3)放好沉降板后,回填一定厚度的墊層,再套上保護套管,保護套管上口略低于沉降板測桿,并在其周圍填筑相應(yīng)填料穩(wěn)定套管,完成沉降板的埋設(shè)工作。

4)測量埋設(shè)就位的沉降板測桿桿頂標高讀數(shù)作為初始讀數(shù),隨著路基填筑施工逐漸接高沉降板測桿和保護套管,每節(jié)接長高度以1 m為宜,接管前后務(wù)必測量沉降板桿頂標高:a.形成連續(xù)沉降數(shù)據(jù);b.確定接管高度。

2.3 沉降觀測

1)路基沉降觀測高程和線下施工高程要形成同一高程系統(tǒng),京滬高速鐵路線下施工高程系統(tǒng)應(yīng)用上采用1985國家高程基準。蚌埠南站內(nèi)二等水準點2個,加密工作基點12個,平均300 m布設(shè)一個工作基點。工作基點間距是影響沉降觀測精度的重要指標。按照附合線路閉合差限差和變形觀測的高程中誤差(±1mm)要求,最后反推計算300 m工作基點間距最為合理。2)路基沉降觀測路線必須嚴格按照附合路線觀測,決不能采用閉合路線觀測。在觀測路線上,每次觀測必須沿同一條路線進行觀測、起閉點固定兩個工作基點、使用同一臺電子水準儀和同一塔尺即“四固定”。3)觀測方法采用GB/T 12897-2006國家一、二等水準測量規(guī)范二等水準要求進行觀測,觀測時采用儀器中變換奇偶站aBFFBFBBF的順序進行測量,每一段必須以偶數(shù)站結(jié)束,并且在儀器設(shè)置方面要對儀器進行地球曲率(CE)的改正。

表1 路基施工沉降觀測頻率

2.4 觀測頻率

觀測頻率按照《京滬高速鐵路線下工程沉降變形觀測及評估》實施,見表1。

在實際觀測中,觀測時間和頻率注意基底的沉降速率,在下列兩種情況下加大觀測頻次:1)兩次連續(xù)觀測的沉降值差值大于4mm;2)出現(xiàn)突變或雨季。

2.5 觀測技術(shù)要求

1)路基地段從路基填筑開始沉降觀測;過渡段從涵洞或橋臺底部填筑開始觀測。路基填筑完成或施加預(yù)壓荷載后應(yīng)有不少于6個月的觀測期。觀測數(shù)據(jù)評估或工后沉降評估不滿足設(shè)計要求時,應(yīng)延長觀測時間或采取必要的加速或控制沉降的措施。

2)沉降觀測元件的埋設(shè)是在施工過程中進行,施工與觀測做好協(xié)調(diào),做到互不干擾。施工過程中要保證沉降板的垂直,保證觀測元件自由沉降。

3)路基填筑過程中應(yīng)及時分析路堤觀測點的沉降,當沉降量達到10mm/d時應(yīng)及時通知項目部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及部門,并要求現(xiàn)場停止填筑,待沉降穩(wěn)定后再恢復(fù)填土。

4)觀測精度要求:路基沉降觀測水準測量的精度為±1.0mm(觀測點高程中誤差),讀數(shù)精度至0.01mm。

5)觀測路線:路基沉降觀測路線除首期觀測采用往返路線外,其余采用附合路線,因為相鄰工作基點間高差誤差會使往返測量高程形成正負誤差,使沉降數(shù)據(jù)形成上下跳躍圖形。所以在后期觀測中,每一段水準路線采用起閉于同一個工作基點、同一水準路線進行測量。

3 數(shù)據(jù)分析

路堤填筑完成后沉降主要有路基基底沉降和路基本體壓縮沉降。路基壓縮沉降主要是通過路堤壓實度來控制,路堤填筑完成后6個～10個月壓縮沉降基本完成。所以路堤沉降主要是控制基底的工后沉降。

路堤填筑到設(shè)計標高后,至少要連續(xù)觀測6個月的沉降(含預(yù)壓段),根據(jù)觀測數(shù)據(jù)形成的沉降曲線圖來分析和推算工后50年或100年的沉降量和沉降速率,并初步推算CRTSⅡ板的鋪設(shè)時間,確定鋪軌時間。

3.1 預(yù)測方法

根據(jù)實測觀測沉降量推算最終沉降量方法主要有規(guī)范雙曲線法、修正雙曲線法、固結(jié)度對數(shù)配合法(三點法)、指數(shù)曲線法、Asaoka等八種方法。目前我們最常用的主要是規(guī)范雙曲線法。

沉降量計算的具體順序:1)確定起點時間(t=0),可取填方施工結(jié)束日為 t=0;2)就各實測計算 t/(St-S0);3)繪制 t與t/(St-S0)的關(guān)系圖,并確定系數(shù) a,b;4)計算 St;5)由雙曲線關(guān)系推算出沉降S—時間t曲線。

3.2 路基沉降分析

3.2.1 挖出地表土換填A(yù)B料地段

該段范圍內(nèi)DK843+000～DK844+000路基填土高度為1 m～2 m,設(shè)計無CFG樁加固地基處理地段,在地基處理上采用挖除地表軟土2 m左右,基床底部采用鋪設(shè)0.2 m中粗砂夾鋪單層排水土工格柵加固,再進行基床底層AB料填筑。路基填筑高度和沉降量成反向趨勢,符合路基沉降趨勢。當路基填筑到設(shè)計標高后,沉降會漸漸趨于收斂。2009年3月30日左右沉降基本處于收斂狀態(tài),預(yù)測沉降量和實測沉降量之差小于10mm,可以滿足評估條件。

3.2.2 CFG樁符合地基加固地段沉降

DK844+000～DK846+200路基范圍內(nèi)設(shè)計為CFG樁符合地基加固地段,填土高度在2 m～8 m之間,填筑前鋪設(shè)0.6 m褥墊層夾鋪兩層土工格柵。路基填筑期間路基基底處于沉降趨勢,當路基填筑到設(shè)計標高后無荷載作用時,沉降很快進入收斂。2009年4月12日路基填筑結(jié)束,而且路基沉降也進入收斂狀態(tài)。

4 沉降評估

根據(jù)3個～6個月的觀測數(shù)據(jù),繪制“時間—填土高度—沉降量”曲線。通過分析預(yù)測總沉降量、工后沉降量和沉降速率,并初步推算最終沉降完成時間,確定鋪軌時間。沉降評估要求:

沉降值應(yīng)滿足下列條件:

其中,S(t)為預(yù)測時的沉降值(根據(jù)真實沉降計算);S(t=∞)為預(yù)測的最終沉降值(工后沉降)。

當設(shè)計預(yù)測的總沉降量與通過實測資料預(yù)測的總沉降量之差不大于10mm,預(yù)測工后沉降值不大于15mm時(軌道扣減調(diào)整限差),則滿足要求。

過渡段不同結(jié)構(gòu)間的預(yù)測差異沉降不應(yīng)大于5mm,預(yù)測沉降引起的沿線路方向的折角不應(yīng)大于1/1000。

無碴軌道對路基工后沉降要求非常嚴格,施工過程中的沉降觀測數(shù)據(jù)是指導(dǎo)CRTSⅡ板鋪設(shè)的關(guān)鍵,所以加強路基沉降觀測實施,避免由于前期錯誤沉降數(shù)據(jù)導(dǎo)致后期揭板返工,影響施工進度。

對于路基工后沉降數(shù)據(jù)預(yù)測要采用多種比較驗證,得出最合理的沉降數(shù)據(jù)。

通過近10個月的沉降觀測及數(shù)據(jù)分析,蚌埠南站順利通過沉降評估,進入上部軌道工程作業(yè)。

[1] 鐵二院.《京滬高速鐵路線下工程沉降變形觀測及評估》實施細則[S].

[2] 鐵道部.客運專線無砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗收暫行標準[S].

[3] 鐵道部.客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標準[S].

[4] 王小龍.淺析軟土路基沉降動態(tài)觀測[J].山西建筑,2009,35(3):271-272.