路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，也是线路工程中最薄弱、最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然引起轨道的几何不平顺。高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格，不仅要求静态条件下平顺，还要求动态条件下平顺，控制路基变形已经成为高速铁路最大的研究热点和技术性难题。我国制定的《客运专线无砟轨道铁路评估指南》明确规定:“路基工后沉降不应大于15mm，对于沉降比较均匀且长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降为30mm”。我国在长期的铁路建设中虽然已经积累了处理软土地基的许多宝贵经验，但是软土地区的地基沉降计算方法、及地基处理技术一直未得到彻底解决，历来是岩土工程最重要的研究课题。因此，对线下工程沉降变形进行科学合理、有效的评估工作，从而比较合理地选择无砟轨道的铺设时机，对整个工程有重要的现实和经济意义。从我国高速铁路的建设特点及软土路基的沉降控制要求来看，目前在沉降预测及控制方面存在以下问题:　　 沉降预测方面，在勘察设计阶段，设计人员根据地质条件、底层物理力学试验参数、地基加固措施、填土高度、工期等计算路基总沉降量和估计工后沉降量。但由于底层的复杂性、试验参数的不精确性、估算方法的局限性，以及施工过程中的其他影响因素，设计阶段的沉降估算难以满足高速铁路路基工后沉降控制的高标准要求。在实际工程中，最实用的方法是根据现场实测资料来推算工后沉降。在路基工程中应用比较成熟的预测方法有双曲线法、指数曲线法、三点法、Asaoka法等，但这些方法都有其适用范围，不同的地基加固处理方式、初始时间点的选择和预测时间长短都会对预测精度产生影响。特别是对于高速铁路路基沉降量级小、数据波动大的特点，每一种预测方法的适用性和预测精度都需要根据具体的工程情况进行具体的研究和优化比选。从武广客运专线路基沉降变形观测数据来看，大部分路段基底沉降变形小于15mm，部分堆载预压段的地基沉降变形可以达到40～50mm，武广铁路客运专线线下工程的实测沉降变形的量级较小。由于现场仪器精度和技术条件的限制，沉降监测的系统误差与沉降变形增量基本处于同一量级上，较小的测量误差都会引起观测数据较大的波动。高铁路基沉降的这一特点为沉降变形的预测精度提出了更高的要求，为工后沉降评估工作增加了难度。　　 沉降控制方面，目前已经将堆载预压、桩网复合结构等新形式软基处理方法应用于高速铁路软土地基的处理。近些年，随着桩网复合地基理论的进一步完善和地基沉降控制标准的提高，软土地基越来越多的采用桩网复合结构。桩网复合结构是由桩（预应力管桩、CFG桩等）、桩帽、网（土工格栅、土工格室等）以及桩间土构成的复合系统。桩网复合结构采用网（土工格栅）代替混凝土板，降低了造价，并且可以利用桩间土的承载力，从而减少用桩量，进一步降低了造价。关于桩网复合结构在软土路基中的应用，国内外都做过很多研究，研究的内容主要涉及桩的土拱作用，土工格栅对地基沉降的影响，及桩网复合结构处理效果。但是关于桩网复合结构的拱效应假设、荷载的传递和分配等问题，目前并没用统一的计算模型;关于桩网结构路基的沉降和工后沉降，同样没有普遍适用和认可的计算方法。　　 基于以上问题，本文主要从以下几个方面展开了研究，并得到了相应的结论:　　 1.高速铁路路基的沉降特征及影响因素分析　　 以武广客运专线DK1943～DK1945段路基工程为依托，制定路基沉降监测方案，在分析现场监测数据的基础上，总结无砟轨道路基沉降规律及其影响因素。结果表明:路基总体呈现的沉降特征是沉降量级小，数据波动大;在保证路基填筑质量的条件下，当路基填筑完成后，整个路基的沉降是由地基沉降决定的;影响路基沉降的因素众多，其中以地基处理方式、填筑期的加载速率和填土高度、地基土体的应力历史、地基土的含水率因素的影响最为明显。　　 2.高速铁路路基沉降预测模型研究　　 对几种常用的路基沉降预测模型进行了优化比选，结果显示，就几种曲线方法的预测结果比较而言，三点法仅采用了恒载期3个点的观测数据，其预测效果反而较好，双曲线法、指数法采用的是恒载期全部观测数据进行分析，由于恒载期变形增量较小，观测数据的小幅度波动对曲线回归过程都能带来较大的影响，造成预测结果的偏差较大。Asoaka法的总体回归相关系数和预测误差较小，但该方法需要对原始观测数据进行平滑处理，在平滑处理过程中，数据的反复波动回影响平滑曲线的单调性，可能造成预测结果的失真，该方法预测精度的稳定性欠佳。　　 对智能预测方法在高速铁路路基沉降预测中的适用性作了分析和评价，结果表明，直接用灰色模型进行预测，预测效果差;将灰色模型与三点法相结合，能使数据的敏感性降低，增强模型的稳定性，预测效果好。　　 利用拓展双曲线模型对通过对堆载预压路段的两个断面(DK1944+200和DK1944+230)的卸载时间进行了估算，结果显示:堆载后89天（三个月）就可以卸载，卸载时间远小于《高速铁路设计规范（试行）》(TB10621-2009)所规定的堆载期限。　　 3.CFG桩网结构路基荷载计算方法及优化设计分析　　 对比了国外规范关于桩网结构路基的理论模型和计算方法，推导了桩土荷载分担比和土工格栅拉力、应变的计算公式;选用合适的计算方法，通过计算实例分析了桩网结构路基的设计参数对荷载分配及桩土差异沉降的影响，提出了桩网结构路基参数的优化设计建议。得到以下结论:就桩网结构而言，正方形布桩优于三角形布桩，合理的设计应该是在扩大桩间距的同时设置桩帽;一味通过增加格栅的刚度来控制复合地基的沉降或提高桩体荷载分担比并不可取;地基刚度对桩土沉降差有决定性的影响，在施工过程中适当控制路基的填筑速率，通过静置期的观测和调整、堆载预压等措施，可以增加地基的固结度（地基刚度），从而有效控制其工后沉降。　　 4.列车动荷载下无砟轨道路基沉降变形数值模拟研究　　 采用有限差分软件FLAC3D建立了桩网结构路基数值模型，分析了列车动荷载下路基的动力响应特性，计算了路基土体的累积塑性变形，确定了桩网结构路基等沉面的高度。结果如下:路基动变形主要集中在路基表层及以下2m部位，动变形值均在1.5mm之内，基床表层变形模量是影响路基稳定和应力变化的主要因素;在通车约半年后路基累积塑性变形值约为2.21mm，通车一年后模型中部横断面上总的累积塑性变形达到2.4mm，在之后的循环荷载作用下则比较稳定;桩网结构路基等沉面的高度与桩间距之比约为1.5～1.75，等沉面的高度受桩间距的影响最大。　　 5.工后总沉降预测结果　　 根据实测数据，利用三点法预测各断面的工后沉降，得到静载下路基工后沉降的最大值为8.31mm。利用第六章所建数值模型计算CFG桩网结构路基的工后沉降，在考虑路基土体累积塑性变形的情况下，计算结果与曲线拟合法预测结果基本一致。将曲线拟合法预测的地基最大沉降值作为地基的工后沉降值，再加上列车荷载作用下路基的累积塑性变形最大值，可得路基的工后沉降量为10.86mm，满足“一般路基工后沉降小于15mm”的控制要求。　　 本文的主要创新点:(1)提出了基于灰色理论的三点法预测模型，验证了其对高速铁路路基沉降预测的适用性;(2)利用拓展双曲线模型估算了堆载预压路基的卸载时间，得出了预压时间可以小于六个月的结论;(3)推导了桩网结构路基荷载分配及差异沉降的计算公式，结合武广客运专线工程实例对桩网结构的设计参数进行了计算分析;(4)采用有限差分软件FLAC3D建立了桩网结构路基数值模型，分析了路基的动力响应，计算了列车动荷载下路基的累积塑性变形，为考虑动荷载的路基工后沉降预测提供了思路，通过计算确定了桩网结构路基的等沉面高度。