客运专线铁路沉降位移观测-毕业论文.doc

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摘要

为确保高速列车的行车安全，尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作，客运专线路基工后沉降控制标准越来越高。本文主要介绍了铁路路基沉降的控制标准，影响铁路路基沉降的因素以及控制铁路路基沉降的控制方法。
建立了有限元模型，模拟逐级加荷条件下路基的沉降变形，为路基填筑施工控制提供了科学的参考；分析轨道与列车荷载特点，对轨道、列车荷载在稳定、沉降计算中的考虑方式与简化形式提出了建议，同时用分离式和复合模量两种方法对某高速铁路客运专线段复合地基加固路基在列车荷载作用下的沉降特性进行了有限元分析，计算结果验证了黄土复合地基刚度加固设计的可靠性；介绍了沉降设施的布置原则和技术要求及工后沉降量推算计算方法；以武广铁路客运专线实测数据为基础，分析了超载预压路基沉降规律及特征，总结了与之相适应的评估技术要求和经验；通过对各种基础形式的荷载传递特性、复合地基的形成条件等内容的研究，提出客运专线路基沉降控制分析应根据路堤基底垫层形式、加固桩的类型，采用复合地基或复合桩基理论进行；对管桩网结构复合地基的变形特征和影响因素进行了分析。

关键词：沉降控制；路堤填筑；列车荷载；超载预压；复合地基

Abstract

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 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 the railway .
The article establish finite element model to simulate the subgrade under the conditions of Progressive Loading Settlement , then provide a scientific reference for construction control 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 simplified way . At the same time it finite element analysis to a high-speed dedicated passenger railway embankment section of Composite Foundation under train load settlement characteristics with two ways separate and composite modulus . The results verify the loess composite foundation stiffness reliability of reinforcement . The article briefly introduces the foundation principles and technical requirements , and the amount of settlement . It analysises of the Settlement Law of surcharge preloading and features and summarizes the corresponding assessment of technical requirements and experience based on the dedicated to the measured data Wuhan-Guangzhou Passenger . Based on the studying for various forms of load transfer characteristics of the formation of composite ground conditions , it Proposes subgrade settlement control analysis should be based on embankment cushion form, the type of pile reinforcement . The ground deformation characteristics and influencing factors are analyzed in the complex structure of pipe network .
Key words: settlement controlling ; filling embankment ; train load ; Surcharge preloading ; the cushion form of the embankment base
目录

第1章 绪论 - 5 -
1.1 我国铁路桥梁建设现状 - 5 -
1.2 课题研究的意义 - 5 -
第2章 路基沉降控制标准 - 6 -
2.1 路基沉降控制的目的 - 6 -
2.2 路基沉降控制的标准 - 6 -
第3章 影响路基沉降因素 - 7 -
3.1 路堤填筑 - 7 -
3.1.1 工程概况 - 7 -
3.1.2 逐级加荷有限元模型的建立 - 8 -
3.1.2.1 建立有限元分析模型 - 8 -
3.1.2.2 计算参数 - 9 -
3.1.2.3 路基逐级填筑的模拟 - 10 -
3.1.3 数值计算结果分析 - 11 -
3.1.3.1 模拟计算结果与实测沉降比较 - 11 -
3.1.3.2 有限元模拟施工水平及竖向位移 - 12 -
3.2 列车运行 - 13 -
3.2.1 列车荷载作用下的稳定验算与沉降计算 - 13 -
3.2.2 列车荷载作用下的复合地基的沉降特性分析 - 14 -
3.2.2.1 某工程概况及参数 - 14 -
3.2.2.2 分析方法 - 15 -
3.2.2.3 计算模型及荷载 - 16 -
3.2.2.4 计算结果分析 - 17 -
第4章 路基沉降控制方法 - 18 -
4.1 路基沉降观测 - 18 -
4.1.1 路基沉降观测的目的 - 18 -
4.1.2 沉降观测装置的布置原则 - 18 -
4.1.3 沉降观测装置的埋设 - 18 -
4.2 超载预压 - 20 -
4.2.1 超载预压法 - 20 -

4.2.2 典型超载预压段的变形特征 - 20 -
4.2.3 沉降变形分析评估的技术要求和经验 - 22 -
4.3 复合地基 - 23 -
4.3.1 复合地基的定义与本质 - 23 -
4.3.2 客运专线路基地基加固常用形式与分析 - 25 -
4.3.3 复合地基沉降量计算 - 25 -
第5章 结论 - 27 -
致谢 - 28 -
参考文献 - 29 -

第1章 绪论
1.1 我国铁路桥梁建设现状
铁路桥梁是一种功能性的建筑物。我国自改革开放以来，铁路桥梁建设得到了飞速的发展，对改善人民的生活环境，改善投资环境，促进经济的腾飞，起到了关键性的作用。
我国铁路桥梁的建设正处于一个迅速发展的阶段，从材料的开发应用、科研成果的应用，到设计水平、制造水平、施工技术水平的提高，都越来越与铁路桥梁建设的规模相适应。目前我国在建的铁路桥梁，无论从建设跨度、建设规模，还是建设难度、建设水平都达到了一个新的高度。我国先后建成了武汉长江大桥（1957年建成）、南京长江大桥（1968年建成）、九江长江大桥（1993年建成，位于江西九江）和芜湖长江大桥（2000年建成，位于安徽芜湖）4座里程碑式的公铁两用特大钢桥，实现了全部自行设计、制造和施工。目前正在兴建的武汉天兴洲长江大桥（位于湖北武汉）是当今世界跨度第一的公铁两用斜拉桥（主跨为504m），是世界上第一座按四线铁路修建的大跨度客货公铁两用斜拉桥。这几座标志性桥梁的建设，显示了我国当前在公铁两用桥梁建设方面已经具备了世界先进水平。
1.2 课题研究的意义
桥梁建设飞速发展的同时，旅客对火车平稳舒适度要求也逐渐提高，这必然要求逐渐提高铁路桥梁路基沉降控制的标准，但是目前的地基处理理论与设计方法主要事针对传统的软弱土地基，并不完全适合铁路桥梁路基工后沉降的设计计算与地基加工处理，为确保告诉列车的行车安全，尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作，应提出更合理沉降变形控制体系。
第2章 路基沉降控制标准
2.1 路基沉降控制的目的
客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以确保高速列车的行车安全。所谓路基的工后沉降，是指轨道工程铺设后在路基荷载和列车荷载作用下，路基发生的剩余沉降，即最终形成的总沉降量与路基竣工铺轨开始时的沉降量之差。
2.2 路基沉降控制的标准
客运专线路基工后沉降控制标准的确定，既要考虑列车对路基的要求及线路维修能力，也要考虑前期建设投资与后期养护费用的经济比较，在保证客运专线列车高速、安全与平稳运行的前提下，应取得经济上的合理平衡。
目前，我国客运专线建设建设实践中采用的工后沉降控制标准如表1所示。
表1 路基工后沉降控制标准
设计速度/(km/h)
轨道结构类型
一般地段工后沉降量/mm
过渡段工后沉降量/mm
沉降速率（mm/a）
250
有砟轨道
100
50
30
300/350
有砟轨道
50
30
20
250/300/350
无砟轨道
工后沉降量≤15mm；长度大于20m沉降比较均匀路基，工后沉降量≤30mm，且≥0.4。
路桥、路隧间差异沉降≤5mm，折角≤1‰
注：——轨面圆顺的竖曲线半径（m）；——设计最高速度（km/h）。
从表1可以看出，同普通铁路、高速公路相比较，客运专线（特别是无砟轨道客运专线）路基工后沉降控制标准要严格得多。因此，在路基工后沉降控制设计中，除传统的软土、松软土地基外还需对可能发生较大沉降变形或不均匀沉降的其他土质地基进行必要的分析计算和加固处理。
第3章 影响路基沉降因素
路堤填筑和列车运行是影响路基沉降的两个主要因素。理论上讲路堤填筑或列车运行必然引起地基内附加应力产生，从而使地基土层压缩变形引起路基下沉。

3.1 路堤填筑
路堤是路基的主要结构型式之一。路堤的稳定与沉降关系到路堤是否能完成其预定功能的重要条件，也是路堤设计的主要内容。随着我国高等级铁路建设不断向山区延伸，会越来越多地遇到在斜坡地基上填筑路堤的工程问题，对于此类问题，路基失稳和不协调变形是两种种常见病害。
路基沉降施工控制是公路修建质量的重要保证常规的路基体应力变形计算中，假定路基体一次到，荷载一次施加，则荷载的每一部分都由全结构来承。而实际上，路堤或者路堤逐级加荷过程中，施工到一高度，只有该高度以下已填筑土体来承担这部分载，对尚未填筑的上层土体没有任何作用，上层土体受下层土体的影响 。下面结合河南省岭南高速公路路基断面监测成果，探讨了逐级填筑作用下路基沉降变形数值仿真技术。
3.1.1 工程概况
以河南岭南高速公路第六标段里程K16+675处横断面填方路基工程为研究对象进行观测，编号01，该处路基原地面标高为2l1.646m，需填筑4m。填料为风化碎石，具有一定的代表性。路堤段为低山区，岩性为元古界黑云斜长片石夹斜长角闪片石，第四系坡洪积碎石土、砂砾土。无不良岩土。片岩表面强风化，风化层厚5～10m。在该断面的路中和左右路肩分别埋设有沉降板，如图1所示。通过监测发现在施工填筑期，地基沉降较快，尤其是沉降板cjl，由于其靠近农田，地基下土层为较厚的硬粘性土层，施工期间的总沉降量和沉降速率均稍偏大，最大沉降速率达11mm／d，发生在填筑高度为4.0m时，总沉降达100mm；沉降板cjl3靠近一个山坡，其下的地基土质较好，为粉土质砂，因此沉降速率和总沉降量都比较小。填筑期间通过边桩监测到左侧地面略有上升。

图1 填方路基断面沉降观测元件布置图(单位：m)
3.1.2 逐级加荷有限元模型的建立
采用有限元软件PLAXIS8．2进行计算，其功能为仿真分析土体在非线性或者与时间相关状态下的行为。可模拟岩土及混凝土材料，模拟逐级加荷条件下路基的变形过程，而且还可以得到路基在各级荷载作用下地基不同位置的应力、应变数值和图形。
3.1.2.1 建立有限元分析模型
建模的过程就是对实体进行有限元单元网格划分并定义材料的性质。采用自动网格划分法，在路堤土和地基土的接触面以及地基土和基岩的接触面上采用共节点单元处理。考虑到材料的非线性性质，塑性变形区域采用足够的网格密度。
(1)计算区域的选定
所选路基断面为非对称，该断面左侧地基土为较深厚的粘土层(麦田)，右侧地基土为粉质砂土，附近为一山坡。计算中地基深度方向取填筑高度的4倍，约21m；长度方向取路堤底面的4倍为180m。
(2)边界条件的确定
如图2按照平面应变建立有限元模型。边界条件为左右两侧水平约束，下部固定，上部为自由边界。根据高路基填筑的具体情况，可将其划分为如图2所示的3个区域。图中A区为路堤填筑体，B区为地基土，C区为基岩。

图2 路基横截面分区及边界条件示意图
(3)单元划分类型的选择
对于2D有限元分析(该文为平面应变问题)，软件可以选择6节点或者15节点三角形单元。6节点单元划分是程序默认的网格划分方式，单元的插值为二阶，单元刚度矩阵是通过3个高斯点进行数值积分计算得到的。l5节点三角形单元是一种非常精确的单元，对各类问题能得出精度很高的应力计算结果。单元的插值为四阶，积分过程采用12个高斯点。结构单元和界面单元类型将自动和土单元类型相匹配。使用15节点三角形单元需要较大的内存，计算和运行相对较慢。主要用于对应力结果要求非常高的2D有限元分析，6节点三角形单元对于很多问题的计算精度要求已经足够。网格的生成是基于稳定的三角分割程
序，形成的是“非结构化”网格。这些网格看上去可能较混乱，但是其数值计算一般优于规则(结构化)网格。计算分析选用6节点平面三角形单元进行计算。
3.1.2.2 计算参数
结合河南岭南高速公路工程地质勘察资料和粗颗粒室内大尺寸试验成果，并参考国内相关文献，计算所用参数指标如表2所示。
表2 有限元模拟计算参数表

3.1.2.3 路基逐级填筑的模拟
在路堤的填筑过程中，填筑体的荷载不是一次性施加的，反映在有限元的建模过程，也采用分层填筑的实际模拟算法，逐层进行计算，每层填筑体施加时，将其所有材料参数和几何模型激活，进入计算步，如此直到计算结束。并将计算值与实际观测的每层沉降进行对比分析。用分步施工功能实现路基的分层填筑。
分步施工是荷载输入最重要的类型，它的一个特点就是允许通过关闭或再次激活在几何图形输入里建立的荷载、块类组或结构对象，来修改几何图形和荷载设置。分步施工可以对各种加载、施工和开挖过程进行较准确和符合实际的模拟。这一选项还可以用来对材料数据组重新赋值或者在几何图形里修改水压分布。要执行分步施工计算，首先要建立一个几何模型，它包含了计算要用到的全部对象。那些在计算一开始不需要用到的对象，应当在输入程序结束时的初始几何构造里关闭来模拟实际工程问题，如路基填筑、开挖隧道、桥梁施工等。
要达到关闭结构对象的效果，程序并不是将“关闭”的单元从模型中删除，而是将其刚度(或传导，或其他分析特性)矩阵乘以一个很小的因子，关闭的单元载荷将为0，从而不对载荷向量生效(但仍然在实际的单元载荷中出现)。同样，关闭单元的质量和其他类似效果也设为0值。关闭单元的质量和能量将不包括在模型求解结果中。单元的应变在“关闭”的同时也将设为0。
与上面的过程相似，如果使单元处于“激活”的状态，并不是将其加到模型中，而是重新激活它们。用户必须在建模时生成所有单元，包括后面要被激活的单元。在求解器中不能生成新的单元，要“加入”一个单元，先关闭它，然后在合适的载荷步中重新激活它。
当一个单元被重新激活时，其刚度、质量、单元载荷等将恢复其原始的数值。重新激活的单元没有应变记录。
施工断面采用“分层轮加法”施工，每次填筑50～60 cm，对有限元计算而言，相当于单元数目随着施工进程逐步增加，若严格按照每次填筑高度划分单元，虽然更精确地模拟了施工过程，但势必大大增加单元数目及计算工作量。
3.1.3 数值计算结果分析
3.1.3.1 模拟计算结果与实测沉降比较
对分层填筑的施工过程进行模拟，在每层荷载作、用下，计算该层下各填筑体以及路基和基岩的整体变形，并将此计算结果与实测数据进行对比。该填筑体共分5层填筑，每层填筑高度相等。高填方路基在分层填筑的过程中，有限元模拟施工沉降的计算结果与实测沉降的结果比较如图3所示。根据计算结果可知，有限元计算的结果比实测结果偏小。
经过计算，沉降板所埋设位置处，3点的总沉降量分别为：78、33、23 mm。
cj1的模拟结果与实测结果开始比较接近，误差有逐渐加大的趋势，最大差值达到22 ，这是因为沉降板Cjl中间被撞断一次，后虽又接上，却带来一定的误差。cj2的模拟结果与实测结果比较接近，施工过程中，沉降观测设备的保护较好。cj3的模拟结果与实测结果总体趋势一致，模拟结果略小于实测结果，可见采用有限元法实现分级加载的模拟有较高的可信度。
从图3可以看出，采用有限元软件对模拟出的沉降结果比实测结果小，而且施工前期很小，但随着施工进程日趋增大。这是因为随着施工的进行，应力水平不断提高，另外根据地质资料获取的计算参数也难以完全地反映现场实际情况，导致误差累积。

(a)cj1 （2）cj2 (3)cj3
图3 沉降板有限元模拟结果与实测结果对比图

3.1.3.2 有限元模拟施工水平及竖向位移
通过有限元模拟得到了该路基水平位移、竖向位移云图如4、5所示，相对剪应力图如图6所示。
由图4、5可以看出，由于左侧路基下地基有较厚的粘性土层，竖向位移和水平位移均较大，地质条件的差异导致整个路基断面的差异沉降很大。建议后续施工中考虑左侧路基沉降较大，应稍微加厚铺筑厚度，以平衡差异沉降，同时应延长每层填筑之间的停歇时问，使其充分沉降。

图4 有限元模拟水平位移云图

图5 有限元模拟竖向位移云图

图6 有限元模拟相对剪应力图
受右侧山体影响，最大剪应力出现在路基中部和左侧坡脚处，但是未出现剪切破坏情况。对斜坡地基上的路堤，塑性区发源于路堤与地基的交界部位，随路堤的填筑逐渐向上扩展，且塑性区面积在上部也逐渐增大，而在下部则主要分布于路堤与地基的接触面处。
在填筑加载期，坡脚处由于路堤填筑的加载作用有隆起现象，某级荷载填筑完毕后，该处即发生隆起，一旦重新填筑，该处又有新的隆起，这与实际情况相符。
3.2 列车运行
3.2.1 列车荷载作用下的稳定验算与沉降计算
对行驶列车的荷载，在稳定验算与沉降计算方面是应该区别对待的。对稳定验算来说，失稳是在外部荷载超过地基抗剪强度的某个位置某个时刻发生的，所以要选择最不利的荷载组合，对于客运专线，应考虑双线有车，也就是应考虑 2个荷载换算土柱。
从沉降变形的角度来看对列车荷载的影响，应考虑荷载作用的连续性，因为沉降变形的发生不是在某一荷载瞬间作用下完成的。公路部门在做路面设计时，对于行驶的汽车荷载，采用当量标准轴载的方式进行考虑，有一定的合理性。考虑到路基上轨道与列车荷载的特点，在进行客运专线的路基沉降计算时，并不宜直接套用公路部门的做法，合理的做法应该是考虑双线的轨道荷载，对于列车荷载则可以考虑单个荷载。
3.2.2 列车荷载作用下的复合地基的沉降特性分析
近几年来，我国广泛采取复合地基的方法进行软土地区的地基处理，通过这种方法可以有效地提高地基承载力、减小沉降，在软土层的地质条件下，混凝土刚性桩复合地基更是一种有效的地基加固方法，但目前针对黄土铁路路基加固区动力响应的研究并不多，特别是以测得真实列车荷载对复合地基的动力分析研究。下文将以行车舒适性为评价标准，进而研究黄土地区路基刚度加固措施、沉降控制标准，验证了黄土复合地基刚度加固设计的可靠性。
3.2.2.1 某工程概况及参数
某客运专线的路堤横断面如图7所示，Ⅲ为堤身，Ⅱ为地基处理区地基 ，处理方法为挤密桩，I为处理区以下的地基。

图7 复合地基加 固路堤断面
路堤本体高度为6m，顶面宽度为13.6m，路基填料分4层材料及参数如表3所示。
表3 路堤填料参数

路堤下部土体分为两层：1)砂质黄土，厚度20m；2)粉质粘土，分布在20m以下。地基采用水泥桩加固处理，桩径为0.6m，桩间距为1.05m，桩长为22m，正三角形布置，材料及参数如表4所示。
表4 路堤下部材料参数

3.2.2.2 分析方法
利用计算机有限元软件，采用分离式和复合模量两种方法计算该客运专线某段复合地基加固路基在列车静、动荷载作用下的沉降，分离式计算将桩体视为线弹性材料，桩间土的本构关系采用Drucker-Preger模型，在有限元分析方法中 Dp材料需要三个参数，即粘聚力c、内摩擦角膨胀角(文中取0)，以上角度单位是度，对于DP材料，其受压屈服强度大于受拉屈服强度。如果已知单轴受拉屈服应力和单轴受压屈服应力，则内摩擦角和粘聚力可表示为：

(1)
上式中和与受压、受拉屈服应力的关系为：

(2)
复合模量法把加固区视为一种均匀的材料，计算中可将复地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合缩模量来评价复合土体的压缩性，竖向增强体复合地基复土压缩模量通常采用面积加权平均法计算，即：
(3)
其中，为桩体压缩模量；为土体复合模量；为土体缩模量；m为复合地基量换率，m=(三角形布置)；d为桩体直径；l为桩间距。
该工程计算值 E =76.8 MPa。
动力计算的基本控制方程为：
(4)
其中，M 为体系总质量矩阵；C为体系总阻尼矩阵；K为体系总刚度矩阵；为体系结点加速度向量；为体系结点速度向量；为体系结点位移向量；为体系动荷载列阵。
3.2.2.3 计算模型及荷载
路基模型简化为二维平面问题，宽度取 160 m，高度取 90 m计算机软件 自动划分网格，有限元网格见图4，其中图 4a)为分离式有限元网格，共有 18 077个结点，5 910个单元；图 4b)为复合模量法有限元网格，共有5 047个结点，1 624个单元，有限元网格两侧水平方向约束，竖直方向自由，底部边界采用水平方向，竖直方向约束的边界条件。单元选择四边形单元。

图8 复合地基加固路堤的有限元模型
静力计算中列车及轨道荷载计算分别根据 ZK标准活载，以及结合实际的设计图进行计算。均布后的面分布荷载集度为 q=18.09 kN／。动力计算荷载采取实际测得的列车动荷载。
3.2.2.4 计算结果分析
计算所得两模型在列车静荷载作用下的最大沉降值分别为6.0mm和 6.5 mm，仅差了0.5 mm，证明两种方法计算基本一致。由于分离式有限元网格的结点和单元数目远大于复合模量法，计算速度明显低于复合模量法，因此在动力分析中，采用复合模量法进行计算，节省计算时间。计算中两轨道作用相同的列车动力荷载，列车荷载时间选取约为2 S，时间步长为 0.000 5 S，计算路基上不同点纵向位移随时间的变化曲线。
图4给出了路基中线及离路基中线最近轨道处的沉降随时间变化曲线，从中可以看出，沉降从零时刻开始迅速增大，到1 左右时达到最大值分别约为5 l'nln和6.4 l'nln，在路基中线处曲线是平滑的，说明振动不明显，而在轨道处明显可以看出振动迹象大约每隔0．2 S出现一次波动，图中波动幅值很小，能满足列车乘客的舒适要求。

图9 沉降与时间的关系

第4章 路基沉降控制方法
客运专线铁路路基沉降控制标准高，主要从加强路基沉降观测，对地基进行超载预压和采用复合地基来严格控制路基沉降。
4.1 路基沉降观测
4.1.1 路基沉降观测的目的
保证路堤施工的安全和稳定，控制路基填土速率，推算工后沉降的发展趋势，调整完善设计，进行设计再优化，使地基处理达到预定的控制要求，为路基的交工验收提供收据。
4.1.2 沉降观测装置的布置原则
沉降观测断面路堤全部内路堤中心不大于50m设置沉降板，桥涵过渡段必须设置沉降板，原则上每个工点不少于2个监测断面，根据现场地质情况适当加密。边坡两侧坡脚外侧2m、10m按顺线路方向各布置一排地表水平位移桩（边桩），桩与桩间距20~50m，在填筑成型的路堤路肩设置沉降观测桩。
4.1.3 沉降观测装置的埋设
（1）沉降板
沉降板由沉降钢板（600mm×600mm×10mm）、观测杆（Ф20~30mm镀锌钢管）、保护套管（Ф100~150mm）组成。观测杆与沉降钢板焊接固定，并用3根直角钢筋加强固定，使测杆与钢板相互垂直。沉降板埋设在路基底面或碎石垫层下面，埋设前在下面铺设一层 5cm厚的中粗砂，整平压实，将沉降板平放在砂层上面，表面及四周用中粗砂压实并用水准尺校正板面水平。为了使沉降观测杆不受损坏，将保护套管垂直套进测杆并使其与钢板间隔 15 cm的距离。测杆和保护套管随着填筑的高度而相应接高，每节长度不超过 50 cm，两端用螺纹接头与管箍相接。接高后的测杆应略高于保护套管口5～10 cm，套管顶用铁皮帽封住，防止填筑施工时土粒落入管内而影响测杆的自由沉降。
(2)水平位移桩(边桩)和观测桩
边桩采用Ф100mm的硬质圆木，长度为1000 mm并浸泡沥青进行防腐保护，桩顶设金属测头，桩顶露出地表10 cm，四周并用砼保护，确保边桩埋设稳定。 观测桩采用预制混凝土桩(150 mm x 150 mm×1 000 m)，桩顶预设金属测头，待路基填筑成形后设置在设计路肩线内0.3m的位置，纵向间距 20—50 m。
（3）沉降观测方法及频率
路堤沉降板、观测桩的标高沉降监测采用苏光（DSZ2型）精密水准仪，配用烟瓦水准尺观测，路基水平位移桩的坐标采用徕卡（TC2003）全站仪观测。
在路堤填筑期间，每天监测一次，中间如因各种原因暂时停工期间，前2天每天监测一次，以后每3天监测一次，第15~30天每星期监测一次，第30~90天每15天监测一次，以后每个月监测一次直至交验铺轨。如果观测数据出现异常，应停止施工，及时分析，必要时可进行卸载处理，待稳定后再继续填筑施工。沉降观测测量精度按照二级水准测量要求。
（4）地基基底沉降观测

沉降板的测杆标高观测方法采用几何水准测量方法，测量技术应严格按照《铁路测量技术细则》的要求，确定测量精度，误差应小于1mm。每次观测完成后及时整理，汇总测量结果，绘制填土高度--时间--沉降量关系曲线。路基中心沉降值每昼夜大于10mm的限值时，应停止填筑，及时分析原因，待稳定后再进行继续填筑施工。
（5）水平位移边桩及观测桩观测
坡脚水平位移边桩及观测桩沉降观测采用徕卡(TC2003)全站仪测量，利用单三角前方交会法与视准线法相结合的方法，对边桩位移坐标进行精准定位量测。根据当天测量数据，及时整理汇总并绘制填土高度--时间--水平位移关系曲线。当边桩水平位移超过5mm／d时，应立即停止填筑，必要时进行卸载处理，待恢复稳定后再进行填筑施工。
路基两侧路肩顶面观测桩同地基沉降观测精度一样，及时整理当天测量数据并绘制荷载--时--沉降关系曲线，进行研究，评估路堤顶面沉降变形情况 。
4.2 超载预压
4.2.1 超载预压法
超载预压法是处理土层的方法之一。超载作为时荷载，在持续作用一定时间满足使用荷载下的工沉降要求后，须卸荷到使用荷载水平，其效果可以从载卸除后地基在建筑物荷载作用下的后续变形大小到反映，后续变形小，则处理效果好。
由于铁路运专线无砟轨道铺设对工后沉降提出了严格的要求设计上多采用CFG桩、注浆、旋喷桩等措施对原软土地基进行加固处理，然后再通过超载预压来加速地基土层的压缩变形，以减小工后沉降。另外，超载预压路基的一个关键问题是卸载时机的确定，它直接影响超载预压的工程效果。
高速铁路超载预压路基的沉降变形评估与一般路基在控制标准上是一样的，均要满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》的相关要求，但由于超载预压路基经历了二次堆载、预压和卸载的过程，基底沉降变形观测 曲线会随着荷 载的变化而出现转折，其卸载时机的合理性和工程沉降的计算分析较常规路基要复杂得多。
4.2.2 典型超载预压段的变形特征
下面以武广铁路客运专线堆载预压路基沉降实测数据为基础，总结分析超载预压路基的沉降变形规律和特征，分别采用有效应力面积比法和基于实测数据回归拟合的卸载控制方程，对超载预压路基的卸载时机和沉降进行分析，探讨与高速铁路超载预压路基沉降特征相适应的沉降评估技术。
实测数据表明，大多数超载预压路基段的沉降变形发展过程基本相同。其典型断面的沉降变形过程曲线如图10所示。

图10 DK1 671+426.46典型堆载预压后卸载断面的沉降变形过程曲线

从图10中可以看出，路基从填筑到卸载可分为三个阶段 ：
第一阶段：为堆载阶段，堆载后沉降变形明显增长，沉降速率增大，在沉降过程曲线上表现为下凹曲线。
第二阶段：为预压阶段，此时停止加荷载，但沉降变形继续增长，沉降速率变缓，在沉降过程曲线上表现为上凸曲线。
第三阶段：为卸载阶段，卸载后沉降速率明显减小，沉降变形趋于稳定，且未出现明显的回弹迹象，在沉降过程曲线上表现为一条平缓的曲线。
从以上变形规律可以看出，超载预压路基的变形特征主要体现为：对于填筑完成后有较长恒载期的观测断面，超载施加时，基底沉降变形发生突变，沉降过程曲线出现明显的拐点；对于路基本体和超载连续填筑完成的观测断面，沉降过程曲线相对光滑，与常规路基无明显的差异；卸载后，沉降变形速率明显减小 ，沉降变形很快趋于稳定；对于填筑完成后有较长恒载期的观测断面，由超载引起的沉降增量与超载之比，一般要小于路基本体填筑引起的沉降增量与本体荷载之比。上述变化规律反应出堆载预压措施能加速基底压缩土层的变形，从而减小工后沉降是有效的。
4.2.3 沉降变形分析评估的技术要求和经验
超载预压路基段的沉降变形分析评估应充分考虑以上变形特征，在满足常规路基评估技术条件的基础上 ，还应充分考虑以下控制要求 ：
(1)超载高度和预压时间
超载高度和预压时间均要达到满足设计要求，设计预压时间一般不小于6个月。
(2)沉降预测方法
在沉降预测方法的选择上，不建议采用拓展双线法。这主要是由于拓展双曲线法引入了荷载系数的概念来反映荷载的变化，但其前提是加载量和加载速率基本相同，而超载浮土的填筑速度一般与路基本体填筑速度存在明显差异，若采用拓展双曲线法进行预测分析，可能带来较大的误差。故不建议采用，可以选择三点法、常规双曲线法进行预测。
(3)预测时间起点和时间段
对于路基本体填筑完成后直接进行堆载的路段沉降预测起点和时间段与一般路基无明显的差异，即取填筑完成后或沉降曲线出现突变后的观测数据，进行分析预测；对于路基本体填筑完成后有较长恒载期的观测断面，由于超载会引起沉降曲线出现明显的拐点，因此建议采用拐点之后的观测数据进行预测分析。
(4)最终沉降量的预测计算
最终沉降量是指设计荷载条件下路基最后的沉降量，对于超载预压路基，原则上应根据卸载以后的观测数据进行预测分析。但由于铁路客运专线路基已进行
过处理，在经过堆载预压后，其沉降变形量很小，甚至有可能发生回弹变形，采用卸载后的数据进行预测分析的难度较大。若采用荷载系数来对前期观测数据进行修正，卸载后会出现明显的回弹变形，这与实际变形观测结果存在较大的差异。因此，建议采用超载预压阶段的数据预测的最终沉降量代替设计荷载条件下的最终沉降量，很显然超载条件下的最终沉降量要大于设计荷载条件下的最终沉降量，这对于工程是偏于安全的。
(5)工后沉降的计算
工后沉降是由铺设无砟轨道结构 自重引起的沉降和铺轨后至运营完成所发生的沉降两部分组成，即
=s()—s()+ (5)
式中：为预计铺设无砟轨道时间点 ；为预定运营完成的时问点(=十100年)；s()—s()为路基在铺轨后至运营完成所发生的沉降；为铺设无砟轨道结构自重发生的沉降。
对于超载预压路基而言，超载一般明显要大于结构层荷载，在经过较长时间的预压并趋于稳定后，其历史荷载水平已经超过了使用荷载水平，按超载条件下
观测数据预测的最终沉降量实际已包含了结构层引起的沉降量。因此，对于超载预压路基，当采用超载预压阶段的数据预测最终沉降量时，不再计入结构层引起的沉降量。而按超载阶段的数据来预测铺轨时间点沉降时，应将其转换为路基本体荷载条件下的预测值，因此，应在预测时间段的选择上考虑卸载后的观测数据
实际操作过程中，当卸载阶段沉降已趋于稳定或有回弹的情况下，可以取铺轨前的最终观测值代替。
根据以上原则 ，超载预压路基的工后沉降按下式计算
=s(—s( (6)
式中：s(璀为按超载阶段观测数据计算的运营完成时间点的沉降量；s(为按卸载阶段计算的预计铺轨时间点的沉降量，当卸载阶段沉降已趋于稳定或有回弹的情况下，可取铺轨前的最终观测值。
4.3 复合地基
客运专线铁路路基沉降控制标准高，地基处理多采用 cFG桩、管桩、灌注桩等半刚性或刚性桩进行加固，下面从复合地基的定义、各种地基基础的荷载作用等方面进行一些探讨。
4.3.1 复合地基的定义与本质
复合地基是指天