淺論高速鐵路軟土地基路基工后沉降的預(yù)測(cè)與控制

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1、同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文高速鐵路軟土地基路基工后沉降的預(yù)測(cè)與控制姓名：王炳龍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：周健20031101摘要摘要高速鐵路要為列車的高速行駛提供一個(gè)高平5}哽性和穩(wěn)定性的軌下基礎(chǔ)，而路基作為軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，必須在運(yùn)營(yíng)條件下將線路軌道的設(shè)計(jì)參數(shù)保持在要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》明確規(guī)定：路堤工后沉降要求小于10cm，竣工初期年沉降速率小于3cm。同時(shí)從京滬高速鐵路沿線工程地質(zhì)條件分析，滬寧段軟土地基總長(zhǎng)度達(dá)103，6km，采用以橋代路后尚有軟土路堤工點(diǎn)36．6kin／110處。因此，軟土路

2、基工后沉降的預(yù)測(cè)和有效控制成了高速鐵路路基設(shè)計(jì)和施：[的關(guān)鍵。軟土地基的路基工后沉降出路基填土壓密、行車引起的基床累計(jì)下沉和軟土地基引起的路基工后沉降三部分組成。為研究各部分工后沉降的大小，在軟土地基上按高速鐵路路基填筑標(biāo)準(zhǔn)，修建了65m長(zhǎng)的試驗(yàn)段，進(jìn)行了填土壓密下沉的觀測(cè)和300萬(wàn)次循環(huán)荷載作用下的試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由填土壓密下沉引起的工后沉降占路堤高度的0．2～O，3％；由列車動(dòng)荷載產(chǎn)生的基床表面彈性變形僅約為0．2～O．3mm；基床累計(jì)下沉僅約lmm。這兩項(xiàng)占《暫規(guī)》工后沉降要求的比例很小，得到了軟土地基引起的路基工后沉降是控制部

3、分，其大小決定了軟土地基路基工后沉降能否滿足要求和彈性變形遠(yuǎn)小于《暫規(guī)》的結(jié)論。為保證在軟土地基上修建的路基工后沉降滿足高速鐵路的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行了塑料排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓、塑料排水板+超載預(yù)壓兩種地基處理方法的試驗(yàn)，同時(shí)在超載預(yù)壓段，分別采用了塑料排水板間距1．2m、超載土柱高1．2m和間距1．8m、超載土棱贏1．8m的方案，研究比較了兩種不同處理方法地基土的沉降變形特性和水平變形特性、工后沉降控制效果：驗(yàn)證了所采用的地基處理方法和設(shè)計(jì)參數(shù)能滿足路基工后沉降的要求，為今后的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)，進(jìn)一步研究了真空預(yù)壓加固地基的有

4、效深度、真空預(yù)壓對(duì)環(huán)境的影響等問(wèn)題：提出了采用堆載預(yù)雁加固地基時(shí)，加載速率控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以路基坡腳水平位移速率為主，路基中心地面沉降速率和孔壓系數(shù)作為參考的新建議。根據(jù)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟土的沉降和水平變形特性，建立了路基預(yù)留寬度的估算方法。對(duì)根據(jù)壓縮模量E；、e一盧曲線、e—lgp曲線計(jì)算地基沉降和采用雙曲線法、摘要指數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法推算地基最終沉降、預(yù)測(cè)工后沉降的適用性進(jìn)行了分析：提出了進(jìn)行真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固地基沉降計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓先分別計(jì)算各自的沉降量后進(jìn)行合并的方法。真空預(yù)壓沉降計(jì)算方法，可將膜下真空壓力作為

5、均布荷載，采用e—igp曲線法估算?；趩尉探Y(jié)解析理論，提出了考慮超載影響和軌道列車荷載作用情況下預(yù)測(cè)高速鐵路軟土地基工后沉降的估算方法。計(jì)算結(jié)果表明：一般情況下軟土地基工后沉降由次固結(jié)沉降和加固區(qū)以下受壓土層未完成的主固結(jié)沉降兩部分組成。因此，對(duì)于高速鐵路工后沉降控制非常嚴(yán)格的工程，若軟土層底下受壓土層滲透系數(shù)較小時(shí)，應(yīng)認(rèn)真選取合理的打入深度。建立了以高速鐵路軟土地基工后沉降和沉降速率為約束條件，以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)函數(shù)的砂井地基聯(lián)合超載預(yù)壓加固軟土的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；采用遺傳算法編制了求砂井間距、超載大小和預(yù)壓時(shí)間最優(yōu)解的計(jì)算程序。

6、最優(yōu)化計(jì)算表明了，控制工后沉降的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為超載量大小和預(yù)壓時(shí)間，目前設(shè)計(jì)砂井地基時(shí)采用的一般砂井間距有進(jìn)一步放寬的余地。關(guān)鍵詞：高速鐵路：軟土地基路基：工后沉降預(yù)測(cè)：工后沉降控制：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：動(dòng)態(tài)試驗(yàn)：砂井地基：真空預(yù)壓：超載預(yù)壓：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：遺傳算法：優(yōu)化設(shè)計(jì)．ABSTRACTThehighspeedrunningoftrainneedsasmoothandstablefoundation．Thesubgradewhichisthefoundationoftracksystemmustmaintainthedesigningpa

7、rametersoftrackwithinastandardundertheoperatingcondition．Itisprescribeddefinitelyin((DesignTemporaryCodeforJing—HuHighSpeedRailway)}：Thevalueofthepost—constructionsettlementofthesubgradei8nomoretban10cm．Thesettlementvalueofperyearislessthan3cnlintheearlystageaftercomple

8、tionofconstruction．ThetotallengthofthesoftsoilinHu—Ninglineis103．6km．a(chǎn)ndthereisstill36．6km／110sectionsofsoftso