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摘要：高速铁路是现代化铁路的重要标志，代表着当今世界铁路的发展方向。而路基对高速铁路（无砟轨道）的运营作用尤其显著。由于重复荷载产生的地基沉降直接影响列车运行速度、舒适度和线路养护工作量。地基沉降变形控制问题越来越得到建设者的重视，本文详细介绍了高速铁路路基沉降变形的原因及控制措施。
关键词：路基沉降变形 沉降变形预测 路基沉降的控制
Abstract: the high speed railway is the important symbol of modernization of railway in the world, representing the development direction of railroad. The subgrade of high-speed railway ( ballastless track ) the operation effect is especially remarkable. As a result of repeated load generated by the foundation settlement directly influences the train speed, comfort and line maintenance workload. Foundation settlement control problem more and more get the attention to builders, this paper introduces the high speed railway subgrade settlement deformation reason and control measures.
Key words: the settlement deformation of the subgrade settlement deformation prediction of subgrade settlement control
中图分类号：U238文献标识码：A 文章编号：
1. 引言
路基是铁路工程的重要组成部分，是承受轨道和列车荷载的基础。而随着速度的提高，特别是高速铁路对路基提出的更高的要求。高速铁路无砟轨道要求轨道具有很高的平顺性，这对路基变形是十分敏感，特别是工后沉降，而无砟轨道线路状态只能通过扣件系统调整，所以，于有砟轨道相比，无砟轨道对轨下基础变形要求更为严格，路基变形控制标准要求更高。其中路基沉降变形主要包括：列车行驶中对路基面的弹性变形、长期列车引起的基床累积下沉、路基本体填土及地基的压缩下沉。因此有必要通过路基沉降的计算来预测和分析沉降量。合理确定无砟轨道的开始铺设时间，确保高速铁路无砟轨道结构铺设质量。并通过对路基沉降变形的机理和特征的分析、路基实地的沉降观测，再与路基沉降的计算相结合，做到在一定程度上对路基沉降变形进行预测与分析，服务于线路养护。
2. 地基沉降机理
在对路基沉降原因的综合分析下，得出路基沉降变形主要由三方面因素组成：
2.1. 路基及其附属设施在自重作用下的压实沉降。例如路堤由散体材料组成，由于自重产生一定的压密沉降是正常的，其大小取决于施工质量与填料。此种沉降变形主要包括两个阶段：一是施工阶段的下沉，二是工后沉降。
2.2. 路基在列车荷载作用下的累积变形的累积变形。这是由列车通过道床传递道路基面的动静荷载引起的，这类下沉是一个累积的过程，为使列车安全运行和保持乘车的舒适性，使轨道结构处于良好的几何行位和动力状态，需经常进行轨道的维修作业。根据资料，这种变形虽然在列车运营期间始终存在，但通过提高路基面材料的质量、提高压实标准等控制措施，该部分变形大多控制在很小的范围内，占总体沉降的很小比例。
2.3. 软土地基的压密沉降。地基软土中的水和气体从孔隙中被挤出，土颗粒在外力作用下重新排列组合，形成新的结构，发生压密沉降。地基土的压密沉降，因路基高度和地基条件的不同，沉降差异较大，这部分变形一般经历的时间比较长，是路基沉降变形监测和计算的重点。
3. 路基沉降变形的特征
3.1. 发生阶段：路基刚填筑时，土体处在弹性阶段，路基沉降量随荷载的增加近似线性增减。
3.2. 发展阶段：随着路基填筑高度的增加，路基土体所受的荷载也越来越大，并使其逐步进入到弹塑性阶段。随塑性区不断开展，路基沉降速率也不断增加，但由于该区的路基填筑时间较长，导致土体固结的比例较大，使土体的沉降速率到达一定时间后，随路基的填筑的增加反而有减小的倾向。
3.3. 成熟阶段：当路基填筑完成后，地基荷载不在增加时，部分未固结的土体的流变导致测点的沉降随时间的延长而继续，但沉降速率递减。
3.4. 到达极限：随时间延长，沉降速率快速减小。并趋于稳定。
4. 沉降变形的控制
目前工后沉降控制技术基本上基于国外高速铁路、武广高速铁路的修建及其前期针对高速铁路的一系列研究成果。大体可概括为以下几个方面的措施。
①严格控制标准，武广高速铁路首次提出工后沉降控制标准，要求严格。目前工后沉降控制标准见相关规范。
②采用更有效的地基处理方法。与秦沈线相比，武广高速铁路多采用复合地基法，并大量采用桩网结构和桩板结构。
③大幅提高路基填筑质量标准。路基基底、填料和压实标准大幅度提高，采用级配碎石基床表层等新结构。
④以桥代路，路基的比例大幅度减少。路桥等不同结构物间设置过渡段。例如武广高速铁路在非河流地段采用大量的简支梁桥。
⑤大量采用无碴轨道，利用无碴轨道有效解决线路的初始不平顺、动不平顺性等问题。
⑥动态监控手段的运用。客运专线修建的过程埋设大量的变形观测元器件。
5. 沉降变形问题探讨的目的
影响无砟轨道铺设及其耐久性和生命周期的一个重要因素的是线路的沉降变形稳定性，加强路基的变形预测，评估线路的沉降变形发展趋势，提出相应的措施改进具有重要的工程意义。具体体现在以下几个方面：
5.1. 根据观测数据控制、调整填土速率；
5.2. 预测沉降趋势，确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间；
5.3. 提供施工期间沉降土方量的计算依据；
5.4. 预测工后沉降，使工后沉降控制在设计允许范围之内；
5.5. 通过实测沉降量，预测沉降量并验证设计合理性；进行设计的再优化，控制和保证工程的建设量。
6. 结论：
6.1. 荷载作用下，路基下卧层的地基的长期沉降随着时间的增加而不断增大，但其增长速率会逐渐减小，直至沉降趋于稳定。
6.2. 对路基在铺设前的沉降变形观察数据进行分析，推算出最终的沉降量和工后沉降，合理确定无砟轨道铺设时间，为无砟轨道结构奠定基础。
6.3. 通过对高速铁路路基沉降的机理及其特征的初步探讨，控制沉降可以通过改善基础土壤的力学性质，合理控制鋪设轨道的时间，以达到满足高铁建设规范的要求，满足路基平顺性、稳定性、耐久性的要求。
6.4. 加强勘察设计，建立次固结试验评价系统，以之为依据选择合适的地基处理方法。
参考文献：
（1）《高速铁路沉降变形观测评估理论与实践》 北京 中国铁道出版社 2010 陈善雄 宋剑 编著。
（2）《高速铁路路基工程》 北京 中国铁道出版社 2007 王炳龙 主编。
（3） 付宏渊．路基沉降计算影响因素及预测方法研究明．中外公路，2007，2“5)：53—55。
（4） 李国维，杨涛，宋江波．公路软基沉降双曲线预测法的进一步探讨叨．公路交通科技，2003，20(1)：18—20。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：路基沉降变形 沉降变形预测 路基沉降的控制
Abstract: the high speed railway is the important symbol of modernization of railway in the world, representing the development direction of railroad. The subgrade of high-speed railway ( ballastless track ) the operation effect is especially remarkable. As a result of repeated load generated by the foundation settlement directly influences the train speed, comfort and line maintenance workload. Foundation settlement control problem more and more get the attention to builders, this paper introduces the high speed railway subgrade settlement deformation reason and control measures.
Key words: the settlement deformation of the subgrade settlement deformation prediction of subgrade settlement control
中图分类号：U238文献标识码：A 文章编号：
1. 引言
路基是铁路工程的重要组成部分，是承受轨道和列车荷载的基础。而随着速度的提高，特别是高速铁路对路基提出的更高的要求。高速铁路无砟轨道要求轨道具有很高的平顺性，这对路基变形是十分敏感，特别是工后沉降，而无砟轨道线路状态只能通过扣件系统调整，所以，于有砟轨道相比，无砟轨道对轨下基础变形要求更为严格，路基变形控制标准要求更高。其中路基沉降变形主要包括：列车行驶中对路基面的弹性变形、长期列车引起的基床累积下沉、路基本体填土及地基的压缩下沉。因此有必要通过路基沉降的计算来预测和分析沉降量。合理确定无砟轨道的开始铺设时间，确保高速铁路无砟轨道结构铺设质量。并通过对路基沉降变形的机理和特征的分析、路基实地的沉降观测，再与路基沉降的计算相结合，做到在一定程度上对路基沉降变形进行预测与分析，服务于线路养护。
2. 地基沉降机理
在对路基沉降原因的综合分析下，得出路基沉降变形主要由三方面因素组成：
2.1. 路基及其附属设施在自重作用下的压实沉降。例如路堤由散体材料组成，由于自重产生一定的压密沉降是正常的，其大小取决于施工质量与填料。此种沉降变形主要包括两个阶段：一是施工阶段的下沉，二是工后沉降。
2.2. 路基在列车荷载作用下的累积变形的累积变形。这是由列车通过道床传递道路基面的动静荷载引起的，这类下沉是一个累积的过程，为使列车安全运行和保持乘车的舒适性，使轨道结构处于良好的几何行位和动力状态，需经常进行轨道的维修作业。根据资料，这种变形虽然在列车运营期间始终存在，但通过提高路基面材料的质量、提高压实标准等控制措施，该部分变形大多控制在很小的范围内，占总体沉降的很小比例。
2.3. 软土地基的压密沉降。地基软土中的水和气体从孔隙中被挤出，土颗粒在外力作用下重新排列组合，形成新的结构，发生压密沉降。地基土的压密沉降，因路基高度和地基条件的不同，沉降差异较大，这部分变形一般经历的时间比较长，是路基沉降变形监测和计算的重点。
3. 路基沉降变形的特征
3.1. 发生阶段：路基刚填筑时，土体处在弹性阶段，路基沉降量随荷载的增加近似线性增减。
3.2. 发展阶段：随着路基填筑高度的增加，路基土体所受的荷载也越来越大，并使其逐步进入到弹塑性阶段。随塑性区不断开展，路基沉降速率也不断增加，但由于该区的路基填筑时间较长，导致土体固结的比例较大，使土体的沉降速率到达一定时间后，随路基的填筑的增加反而有减小的倾向。
3.3. 成熟阶段：当路基填筑完成后，地基荷载不在增加时，部分未固结的土体的流变导致测点的沉降随时间的延长而继续，但沉降速率递减。
3.4. 到达极限：随时间延长，沉降速率快速减小。并趋于稳定。
4. 沉降变形的控制
目前工后沉降控制技术基本上基于国外高速铁路、武广高速铁路的修建及其前期针对高速铁路的一系列研究成果。大体可概括为以下几个方面的措施。
①严格控制标准，武广高速铁路首次提出工后沉降控制标准，要求严格。目前工后沉降控制标准见相关规范。
②采用更有效的地基处理方法。与秦沈线相比，武广高速铁路多采用复合地基法，并大量采用桩网结构和桩板结构。
③大幅提高路基填筑质量标准。路基基底、填料和压实标准大幅度提高，采用级配碎石基床表层等新结构。
④以桥代路，路基的比例大幅度减少。路桥等不同结构物间设置过渡段。例如武广高速铁路在非河流地段采用大量的简支梁桥。
⑤大量采用无碴轨道，利用无碴轨道有效解决线路的初始不平顺、动不平顺性等问题。
⑥动态监控手段的运用。客运专线修建的过程埋设大量的变形观测元器件。
5. 沉降变形问题探讨的目的
影响无砟轨道铺设及其耐久性和生命周期的一个重要因素的是线路的沉降变形稳定性，加强路基的变形预测，评估线路的沉降变形发展趋势，提出相应的措施改进具有重要的工程意义。具体体现在以下几个方面：
5.1. 根据观测数据控制、调整填土速率；
5.2. 预测沉降趋势，确定预压卸载时间和结构物及路面施工时间；
5.3. 提供施工期间沉降土方量的计算依据；
5.4. 预测工后沉降，使工后沉降控制在设计允许范围之内；
5.5. 通过实测沉降量，预测沉降量并验证设计合理性；进行设计的再优化，控制和保证工程的建设量。
6. 结论：
6.1. 荷载作用下，路基下卧层的地基的长期沉降随着时间的增加而不断增大，但其增长速率会逐渐减小，直至沉降趋于稳定。
6.2. 对路基在铺设前的沉降变形观察数据进行分析，推算出最终的沉降量和工后沉降，合理确定无砟轨道铺设时间，为无砟轨道结构奠定基础。
6.3. 通过对高速铁路路基沉降的机理及其特征的初步探讨，控制沉降可以通过改善基础土壤的力学性质，合理控制鋪设轨道的时间，以达到满足高铁建设规范的要求，满足路基平顺性、稳定性、耐久性的要求。
6.4. 加强勘察设计，建立次固结试验评价系统，以之为依据选择合适的地基处理方法。
参考文献：
（1）《高速铁路沉降变形观测评估理论与实践》 北京 中国铁道出版社 2010 陈善雄 宋剑 编著。
（2）《高速铁路路基工程》 北京 中国铁道出版社 2007 王炳龙 主编。
（3） 付宏渊．路基沉降计算影响因素及预测方法研究明．中外公路，2007，2“5)：53—55。
（4） 李国维，杨涛，宋江波．公路软基沉降双曲线预测法的进一步探讨叨．公路交通科技，2003，20(1)：18—20。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。