毕业论文任务书
题 目 高速铁路黄土路基沉降分析及控制
学生姓名 学号 班级 专业 铁道工程
承担指导任务
单位
导师
姓名
导师
职称
一、主要内容
(1) 黄土的介绍；
(2) 路基产生沉降的机理分析；
(3) 沉降对高速铁路的危害；
(4) 高速铁路对路基施工后沉降的要求以及依据；
(5) 黄土路基沉降的基本规律及影响因素分析；
(6) 控制路基沉降的施工方法与技术措施；
二、基本要求
(1)制定设计进度计划，严格执行，按期独立完成设计任务。
(2)设计方法步骤可参考设计指导书，对于设计疑难问题，首先应独立思考与查阅有关资料，
确实不能解决时，可向指导教师提出答疑。
(3)了解高速铁路严格控制路基沉降的原因和目的。
(4)熟悉高速铁路设计与施工的相关规范，明确各种地基上高速铁路施工的步骤与关键技术及
控制指标。
(5)明确高速铁路路基产生沉降的原因，熟悉各种地沉降控制的施工工艺和技术措施熟练运用
所学知识、参考资料分析实际工程问题。
(6)熟悉客运专线路基设计的特殊要求，了解黄土路基工后沉降的控制方法。
(7)能够结合施工方案进行路基稳定性计算和沉降计算。
三、主要技术指标
铁路客运专线。设计速度 350km/h，轨道类型为重型。
四、应收集的资料及参考文献
[1] 陈仲颐，周景星，王洪瑾．土力学[M]．北京：清华大学出版社，2005.
[2] 龚晓南．复合地基设计和施工指南[M]．北京：人民交通出版社，2003.
[3] 池淑兰，孔书祥．路基工程[M]．北京：中国铁道出版社，2002.
[4] 中华人民共和国铁道部．铁路路基设计规范 TB 10001—2005[S]．2005．
[5] 范云．地基加固技术[M]．石家庄：石家庄铁道学院，1999.
五、进度计划
第 1-4 周 开题报告。路基沉降机理及其危害分析，熟悉各种控制沉降的施工方法与技术
措施；
第 5-8 周 控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较，沉降监测方案设计。撰写设计说
明。
第 9 周 整理、装订
教研室主任签字 时 间 年 月 日
毕业论文开题报告
题 目 高速铁路黄土路基沉降分析及控制
学生姓名 学号 班级 专业
一、课题研究背景及国内外研究现状
我国人口众多，随着中国经济的迅猛发展，城市化进程加快，我国铁路呈现客流量大、
集中、行程长的特点。为实现我国铁路事业跨越式的发展铁路，客运专线已开始在我国大力
修建。目前，京沪、武广、石太、郑西、京石等铁路客运专线已相继开工。客运专线列车运
行速度快，技术标准高，对路基的要求严格，控制路基变形已成为高速铁路路基的最大特点。
自 20 世纪 60 年代第一条高速铁路在日本建成以来。世界范围内出现了竞相修建高速铁路的
热潮，国外铁路发展的方向是重载及高速铁路，高速铁路的出现对传统铁路的设计，施工和
养护维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计方法和观念。
我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，其中黄土在我国分布广泛，给铁路工程建设带来了
较大的影响和隐患，成为铁路工程的关键问题之一，现在铁路修筑经验表明，作为支撑路堤
的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和和沉降
速率。我国铁路路基主要病害现象的路基下沉，有不少是因为基底变形所致，对支撑高速铁
路路基的地基来说。除了强度要求外，还有变形条件要求。日本东海道新干线建成后，由于
软土地基沉降造成轨道状态不良，不能达到设计速度和运量的要求。吸收了经验教训之后日
本对支撑高速铁路路基的地基提出了强度要求，对不符合强度要求的地基要采取加固和减少
工后沉降的措施。其他许多国家也相应的提出了各种地基加固措施。目前国内外对黄土地基
的处理主要有垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻水方案和深层散
水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。
二、研究方案
本毕业设计为高速铁路黄土地基沉降控制。依据客运专线铁路路基设计规范，满足等级
标准要求的黄土路基上铁路客运专线路堤设计的主要内容包括以下几个方面：
1 路基沉降的原因及路基对强度、填料的要求
路基沉降的原因包括路基填土、路堤填料的不当、地下水的影响等；客运专线无碴轨道
路基的填料要求；客运专线无碴轨道路基沉降的控制理念；客运专线无碴轨道路基沉降的控
制要求。
2.设计黄土路基处理措施及影响因素
黄土路基的处理措施有：垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻
水方案和深层散水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。并分析了各种措施的处理效果；
影响路基沉降的因素分为人为因素和自然因素；控制路基工后沉降的主要途径、步骤和措施。
3 路基设计和沉降计算
地基设计包括桩网地基和非桩网复合地基。桩网地基设计包括 CFG 桩桩网复合地基和
灰土挤密桩；非桩网地基设计包括板桩结构、DDC 桩和水泥土挤密桩；介绍了桩网的加固
原理，沉降计算模式、各种机构设计以及沉降计算方法和公式。
4.沉降监测
从沉降监测的目的、监测内容及要求出发，进一步介绍介绍沉降监测的基本要求、技术
要求、监测设备的选择、观测元件的埋设说明、沉降观测的步骤和频率、观测资料的应用等。
5.总结与展望。
三、预期达到的目标
1.设计出的路堤能够满足《铁路客运专线路基设计规范》；
2.充分考虑黄土路基的工程特点，熟悉黄土路基工程处理措施；
3.掌握路基稳定性检算和沉降计算的原理和方法；
4.了解减少工后沉降应该采取的措施；
5.熟悉路基加固防护方案；
6.通过理论联系实际，进一步巩固和加强已学专业理论知识，加深理解，做到学以致用。
同时，培养自己分析实际问题、运算、绘图等基本技能。锻炼自己阅读参考书籍及运用有关
手册、规范和技术标准等解决实际问题的能力。
四、进度计划
第 1-4 周 开题报告。路基沉降机理及其危害分析，熟悉各种控制沉降的施工方法与技
术措施；
第 5-8 周 控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较，沉降监测方案设计。
第 9 周 整理、装订
指导教师签字 时 间 年 月 日
高速铁路黄土路基沉降分析及控制
摘 要
高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势，是21世纪交通运输的重大成果，
是人类的共同财富。随着经济的迅猛发展，交通运输需求激增，我国铁路客运专线建
设已经进入一个高速发展的时期，由于高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的
要求严格， 控制路基变形沉降已经成为客运专线路基的最大特点。路基变形最明显、
危害最大的问题是路基沉降。路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有较大不确定性
的工程难题。
路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，工后沉降尤其发生几率大、危害严重。
本论文从黄土的性质和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基工
后沉降的机理，控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点，路基沉
降计算、监测等方面分析了路基沉降。
关键字： 黄土 路基工后沉降 控制方式 沉降计算 监测
Abstract
High-speed railway represents the railway modernization development trend in the
21st century, is the important achievement of transportation, is the common wealth of
mankind. Along with the rapid development of economy, the transportation demand, China
railway PDL surge has entered a rapid development construction period，Due to the high
speed railway running speed, the technical standard of roadbed, strict control of subgrade
settlement of deformation and has become the biggest characteristic of PDL roadbed. The
most obvious harm, roadbed deformation of the biggest problems is the embankment
settlement. Embankment settlement control is one which involves many factors, has large
uncertainties of engineering problems.
Embankment settlement including sub grade construction settlement and
post-construction settlement, post-construction settlement risk, particularly serious
harm,This paper from the nature and characteristics of loess embankment settlement, the
reason and harm, the control measures of embankment settlement and roadbed settlement
mechanism, Control of sub grade settlement after the necessity, steps and measures, and
the characteristics of measures, embankment settlement calculation, monitoring of
embankment settlement.
KEY WORDS： sienna embankment settlement control mode
settlement calculation detectio
目 录
第 1 章 绪论..........................................................................................................................1
选题背景及意义 .....................................................................................................1
我国铁路路基现状 .....................................................................................................................1
黄土 .........................................................................................................................1
黄土的颗粒组成会及结构............................................................................2
黄土的多孔性................................................................................................2
黄土的湿陷性与变形特性............................................................................3
黄土的结构性问题........................................................................................4
第 2 章 路基沉降 .........................................................................................................................................4
路基沉降 ........................................................................................................................................4
路基沉降的原因............................................................................................4
路基不均匀沉降的影响和危害 .............................................................................6
路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 ............................................................6
路基对称将对高铁运营的危害 ....................................................................6
客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准 ..........................................................................6
客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 ..........................................................................8
．1 沉降控制标准 ................................................................................................................8
.2 客运专线无砟轨道路基的填料要求 ........................................................................8
第 3 章 路基沉降的控制及计算 ..........................................................................................................11
影响路基沉降的因素 .............................................................................................6
影响沉降稳定的自然因素............................................................................11
影响沉降稳定的人为因素............................................................................11
湿陷性黄土路基处理方法及效果评价 .................................................................8
试验段工程地基处理方法..............................................................................8
地基处理效果方法..........................................................................................8
湿陷性黄土路基的沉降控制措施..................................................................8
路基工后沉降 .......................................................................................................14
路基工后沉降组成分析................................................................................14
工后沉降控制的重要性与特点....................................................................15
控制工后沉降的主要途径 ...................................................................................15
加强技术培训及明确控制标准....................................................................16
重视黄土地质核查........................................................................................16
工后沉降的控制步骤 ...........................................................................................16
施工前的控制措施........................................................................................16
施工过程中的控制措施................................................................................17
加强路基沉降分析与预测............................................................................17
做好路基沉降观测........................................................................................18
地基设计................................................................................................................18
桩网地基设计 ....................................................................................................19
CFG 桩桩网复合地基 .................................................................................19
灰土桩桩网结构.........................................................................................24
桩板结构 ............................................................................................................26
整体构造分析.............................................................................................27
结构几何尺寸优化.....................................................................................27
承台板设计.................................................................................................28
托梁设计.....................................................................................................28
桩基设计.....................................................................................................29
DDC 桩................................................................................................................32
适用性及沉降控制机理分析.....................................................................32
沉降计算模式.............................................................................................33
复合地基下部土体的沉降.........................................................................33
水泥土挤密桩 ....................................................................................................35
水泥土其它影响因素及有关性能研究......................................................35
水泥土挤密桩的加固原理..........................................................................36
地基沉降计算........................................................................................................36
地基沉降计算基本原理...................................................................................36
CFG 桩的沉降计算 ...........................................................................................36
桩板桩基承载力、沉降计算...........................................................................39
第 4 章 路基沉降监测......................................................................................................40
路基沉降监测的目的 ...........................................................................................40
路基沉降的监测内容及要求 ...............................................................................40
沉降观测基本要求..........................................................................................41
路基沉降监测的技术要求..............................................................................42
合理选择观测设备。 ...........................................................................................43
观测元件埋设说明 ...............................................................................................43
沉降观测操作要求 ...............................................................................................44
沉降观测时间、频率 ...........................................................................................44
沉降观测资料的应用 ...........................................................................................45
第 5 章 结论与展望............................................................................................................47
结论 .......................................................................................................................47
展望 .......................................................................................................................47
参考文献..............................................................................................................................48
致谢......................................................................................................................................49
第 1 章 绪论
选题背景及意义
我国幅员辽阔，铁路经过的地区比较复杂，路基作为铁路的重要组成部分，是承
受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础，路基本体必须有足够的强度和一定
范围内的变形，所以作为承载高速铁路的基础—路基的设计得到越来越广泛的重视，
把路基作为土工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体现,在一般情况下，路
基给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题，所以路基
沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要控制因素。
为了确保列车安全、平稳运行，路基必须具有强度高，刚度大、稳定性、耐久
性好，不易变形等优良特性。随着我国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁
路的修建，如何解决路基沉降这个屡屡出现的问题就被提上日程。
我国铁路路基现状
长期以来，我国新建铁路没有把路基当成土工结构来对待，而普遍冠名为土石方。
在“重桥隧，轻路基，重土石方数量，轻质量”的倾向下，路基翻浆冒泥、下沉、边坡
坍滑、滑坡等病害经常发生，使新建铁路交付运营多年仍不能达到设计速度与质量，
经济效益与社会效益较差。
运营铁路路基技术状态不佳，强度低，稳定性差，严重威胁铁路运输和安全，已
成为铁路运输的主要薄弱环节。如今，全国铁路网已相继完成四次提速，开发了一批
最高运行速度为140～160KM/h的“快速列车”。运营时速为200KM的秦沈客运专线的
建成通车，使我国铁路路基设计施工水平有了较大幅度的提高，极大地促进了路基工
程的进步。
黄土
通常将具有以下特性的土称为黄土；颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；
颗粒组成以粉粒(～)为主，含量一般在60%以上；有肉眼可见的大孔隙、
较大孔隙，一般在左右；富含碳酸盐；垂直节理发育。公路工程中，根据黄土
沉积年代不同，可将黄土分为新黄土(如马兰黄土Q3、Q4)、老黄土(离石黄土Q12、
Q22)、红色黄土(午城黄土Q1)三类；根据黄土的湿陷性又分为湿陷性黄土和非湿陷性
黄土。
黄土的颗粒组成会及结构
黄土的颗粒组成以粉粒为主，其含量可达50%以上，其中粗粉粒(～)
含量大于细粉粒(～ mm)含量。黄土中的粘粒、细粉粒和腐殖质胶体，大部
分被胶结成集粒或浮在砂粒及粗粉粒的表面，或聚集在大颗粒间的接触点处。黄土中
的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架，较大的砂粒“浸”在结构体中由于其排列比
较疏松，接触连接点少，构成了一定数量的架空孔在结构体中，而在接触连接处没有
或只有少量的胶结物质。常见的胶结物质有聚集在连接点处的粘粒，易溶盐及沉积在
该处的CaCO3、MgCO3等。研究表明，黄土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度
越小，其湿陷性越明显。粘粒的存在对湿陷性有抑制作用，当粘粒含量大于30％时，
湿陷性几乎减弱到不复存在，当然这与粘粒的结构、性质及分布有关。在颗粒大小中，
小于的颗粒对湿陷性的影响更加明显。
黄土的多孔性
黄土中的孔隙，呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上、下贯通，其内壁附有白
色的胶结物，一般为CaCO3,这种胶结对黄土起着加固作用。一般将黄土的孔隙分为以
下三类：≯大孔隙，直径约～，肉眼就可辩识；≯细孔隙，是架空结构中大
颗粒的粒间孔隙，肉眼看不见，可在放大镜下观察到：≯毛细孔隙，由大颗粒与附在
其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙，肉眼更看不见。由这三种孔隙形成了黄土的高
孔隙性，故又将黄土称为“大孔隙土”。黄土孔隙率一般在35％～60％之间，有沿着深
度逐渐减小的趋势；在地理位置上，自东向西，自南向北，黄土孔隙率有增大的规律。
一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因，但有资料表明压实黄土仍存在大孔
隙，也具有湿陷性，表明这不是黄土湿陷的根本原因，但它为黄土湿陷提供了足够的
空间【1】。
黄土的湿陷性与变形特性
湿陷性是指土在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量
的下沉。浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土，而浸水湿陷
在土体自重与附加应力共同下产生的黄土称为非自重湿陷性黄土。根据自重湿陷量与
总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。非自重湿陷性场地的湿陷起
始压力一般大于土的饱和自重压力，湿陷敏感性较弱，湿陷性事故较少，自重湿陷性
场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力，湿陷敏感性较强，湿陷性事故多 。
黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感，含水量的高低严重影
响土的湿陷性和承载力的高低，含水量低时，土的湿陷性强烈，但承载力却很高，随
着含水量的增加，土的湿陷性逐渐减弱，承载力随之急剧下降，而压缩性却得以提高。
根据大量土样的试验资料统计结果表明，黄土的湿陷性与饱和度成直线反比关系，见
表l-l，即饱和度愈低，土的湿陷性愈强，土的湿陷性随着饱和度的增大而降低。
表1-1 饱和度Sr与湿陷系数6s的关系
饱和度 (％) 湿陷系数 范围 湿陷系数 中值
＜30 ～
30～40 ～
40～50 ～
50～60 ＜～
60～70 0～
＞70 0～
＞者只占%
黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小，主要取
决于土的密实程度和含水量，三者的关系见表l-2。
表1-2 黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系
土类 含水量（%） 孔隙率（%） 变形模量（Mpa）
10～17 47～48 ～
6～8 46～48 ～黄土
8～14 47～49 ～
12～18 43～45 ～
22～25 45～48 ～黄土状粉质
粘土 25～30 40～45 ～
黄土的结构性问题
结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度重要的一个侧面。它的重要
性早为太沙基所指出，也早为一系列学者所重视。如果说结构性对任何土都是重要的，
那么，对黄土就更是不可避免的，具有更大的意义。研究黄土的结构性及其在力和水
作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射作用。
S r s s
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目前，将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法，因
其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性关系的建立出现了新的
跳跃。但它仍然遇到了建立不同湿密状念土在受到外力作用过程中损伤变量正确表述
的困难．显然，如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化
的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学的参数体系
更加完善．文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵敏性、稳定性
与普遍性的检验的相关研究表明：
(1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构
体系．它的单元形态(单粒的矿物碎屑与集粒或凝块)确定了力的传递性能和土的变形
性质，它的连接方式(点接触、面接触)确定了土的结构强度，它的排列方式(大孔隙、
架空孔隙、粒间孔隙)确定了土的稳定性．单粒点接触、架空孔隙占优势的结构，湿
陷性大；集粒或凝块，面接触、粒间孔隙占优势的结构，湿陷性小．
(2)黄土结构性的研究，应既注意揭示土颗粒排列的几何特征(以孔隙分布特征最
为敏感)，又注意揭示土颗粒联结(物理的和化学的，而以化学的为最敏感)的力学特
征，同时将结构与组成相结合，探讨黄土的非均质性，各向异性．
(3)从黄土力学的观点来看，结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行
为的影响及内在联系，因此，将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确的
研究途径．
(4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳性
的能力，它和颗粒联结的特性与稳定性有关；在结构联结遭到破坏以后表现为结构
可变性的能力，它和颗粒的排列特性与均匀性有关．
第2章 路基沉降的原因及影响
路基沉降
路基裸露在自然界中，整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作用。
由于水、温度和各种荷载的作用，路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变形，那
些不能恢复的变形，将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变，甚至造成土体位移和
路基横断面几何形状的改变，危及路基及其各组成部分的完整和稳定，形成路基的危
害
路基沉降的原因
路基填土压实度不足
由于压实度不足，往往导致填方路基的不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂缝，
路基土体压实度不足的主要原因有以下几点:
(1)施工受实际条件的限制。路基施工时，天气太干燥，局部路堤填料粘土土块
粉碎不足致使路基压实度不均匀;暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能
超宽碾压，致使路基边缘压实度不够;某些加减速车道与行车道没有同步施工，当拼
接处理得不好时，其拼接处也会产生压实度不足的情况。
(2)考虑到施工安全和进度，使得压力或压力作用时间不足，路基压实不充分，
致使路基压实度达不到规范要求。
(3)由于填方土体的最佳含水量控制不好，压实效果达不到规范要求。
(4)在填方路堤施工中，当路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压
实度不足问题，对于较高的填方路基，通常都要做相应的处治。
填方土体压实度不足，其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力
之和，在自重作用下就会发生沉降变形，这些附加应力主要来自以下几个方面:≯车载，
尤其超载情况;≯含水量变化造成土体容重的改变;≯地下水位升降而导致浮力作用改
变;≯土体饱和度改变，引起负孔隙水压力改变。这些附加应力引起土体中有效应力改
变，从而导致土体发生压缩变形。
路堤填料不均匀，控制不当
在公路施工过程中，对填料、级配很难得到有效的控制，填料常常是开挖路堑、
隧道掘进产生的方法，这些填料性质差异大、级配也相差很远。一方面，在施工过程
中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实，在荷载的长
期作用下，回填料会产生不协调沉降变形，路面会产生局部沉陷，刚性路面还可能产
生裂纹。另一方面，由于回填料的性质不一样，特别是有的回填料具有膨胀性，在路
基排水系统局部失效后，水的渗入会使路面局部隆起，影响行车舒适度，严重的会使
路面破坏。
地下水的影响
在地下水的交替作用下,路基土体内含水量反复变化,土体容重在一定范围内波动,
更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值,再加上水的软
化、润滑效应,可以使土体产生沉降变形。路基或地基中地下水的动态特征对路基不
均匀沉降影响很大，路堤及其地基中的地下水主要补给来源有 3 种类型，即地下水侧
向补给、降雨补给、地表水侧向补给。其动态变化及潜蚀作用影响到土体中的有效应
力分布、土体的结构特征和土体强度从而导致路基的不均匀沉降。
路基不均匀沉降的影响和危害
路基不均匀沉降对铺轨施工的影响
路基不均匀沉降会增加施工难度和施工强度，在铺轨时需要再度调整路基整体的
高度使其达到统一，因扣减可调整量很小并要预先填高一定量为工后沉降留有空间以
便达到设计标高，还要考虑未来行车后各不同时间段各路段不同土质以及路桥过渡段
不同沉降量。
路基对称将对高铁运营的危害
路基是路面的基础,路基不均匀沉降必然会引起路面的不平整,导致路面产生许多
病害,主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面沉
降、桥梁伸缩缝的跳车等,破坏了线路平顺通畅，不仅难以满足客运专线高速行驶的
要求,而且还会加大运输成本,增加运输时间,增加养护维修费用，减少使用寿命，降低
社会经济效益，降低旅客舒适度，危及行车安全等。
影响路基沉降的因素
影响沉降稳定的自然因素
地形
地形不仅影响路线的选定与线形设计．也影响到路基设计。平原、丘陵、山岭各
区地势不同，各区的水和温度的情况也不相同。平原区地势平坦，地面水易于积聚，
地下水水位较高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然区划和土
质所规定的临界高度：丘陵区地势起伏，山岭区地势陡峭。如果排水设计不当，或地
质情况不良，易降低路基的强度与稳定性，出现水毁、边坡坍方、路堤沿山坡的滑动
等坏现象。
气候
气候条件，如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、年蒸发量、风向和风力等，
都影响路基水温情况。在一年之中．气候有季节性的变化，因此路基水温情况也随之
变化。气候还受地形的影响，例如山顶与山脚、山南与山北，就有所不同。即所谓“小
区地形与小区气候”．因此路基水温情况也有所差异。大气的温度变化使路基的温度
也发生相应的变化．并造成土基内不同深度处温度出现差异。在温度差的影响下，土
基中的水分以液态或气态由热处向冷处转移，并积聚或凝结在该处。从而使土基中的
湿度分布发生变化．特别是在季节性冰冻地区，湿度积聚现象更为严重。
水文地质
水文条件指地面径流、河流洪水位、常水位及其排泄条件、有无积水和积水期的
长短以及河岸的冲刷和淤积情况等。水文地质条件指地下水位、地下水移动情况、有
无泉水、层间水等。所有这些。都会影响路基的稳定性，如处理不当，往往会导致路
基出现各种病害
影响沉降稳定的人为因素
荷载作用
作用于路基的荷载有路面路基的自重(静载)和机车的轮重(动载)。静载在土基内
部产生的应力随深度的增加而增加；相反，动载在土基内部产生的应力随深度的增加
而减少。且车型不同．动载在土基内部的应力作用深度也不相同。随着交通运输的蓬
勃发展，交通量逐年增长，在很大程度上影响路基的稳定性。
施工方法
正确的施工方法也是保证路基稳定性的重要因素。就土质路堤而言，既要选择良
好的土填筑路基，同时还要选用正确的填筑方法和合适的施工机械。通常采用水平分
层填筑法自下而上逐层填筑，并在土的含水量控制于最佳范围同时进行充分压实。保
证达到《路基施工规范》规定的压实度，使路基具有足够的强度和稳定性。相反，如
果填筑方法不正确，压实不充分。土基在车辆荷载的重复作用下就会出现不同程度的
变形沉陷。从而造成路面破坏。
养护措施
养护措施包括一般措施及在设计、施工中未及时采用而在养护中加以补充的改善
措施。通过及时养护可以保证路基在使用期限内具有较高的强度和稳定性。
第 3 章 路基沉降的控制
客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降，以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。
湿陷性黄土路基处理方法及效果评价
试验段工程地基处理方法
试验段工程地基处理方法对湿陷性黄土的地基处理应达到两个目的，其一是消
除处理范围内的湿陷性，其二是提高地基承载力，提高地基的变形模量，减少压缩(固
结) 变形试验段采用多种地基处理方法，改变黄土结构，增加土密度，达到消除黄
土的湿陷性的目的。
首先进行局部地表处理，挖除耕植土后，换填改良土和冲击碾压进行加固处理，
再采用桩基和碎灰土垫层处理，同时辅以土工布和土工格栅。坑墓穴处， 先挖出松
土，再用灰土夯填，然后再用钻灌注水泥砂浆进行填实处理。
地基处理效果方法
对湿陷性黄土地基处理的成功经验地分析研究得出：当湿陷性黄土厚度不大于
3m时，灰土垫层种经济有效 的方法(但一般需要较大的翻挖地，不利于冬、 雨季施
工) 。深度相对较大(4～6m且环境影响要求较低时，可选择强夯法，但它的有效性与
夯击的最佳击数(9～12击)、夯锤的底面积(锤重l0～15t，锤底面上静压力宜为20～25
kPa )、及地基土的含水量(最好为最优含水量附近)有关更大深度(大于8m) 宜选择挤
密桩(孔内填以灰土或素土)、搅拌桩或 CFG桩，这些是处理厚湿陷性黄土地基的经
济有效的方法，而且对调整地基的不均匀性和提高防水抗渗性能也有一定的作用。因
此在条件允许的情况下， 在试验段进行现场试验和长期观测， 能更好地把握地基处
理效果和路基变形规律。
湿陷性黄土路基的沉降控制措施
(1) 对试验段湿陷性黄土、松软土、地震液化土段地基，根据初步设计采用换填、
强夯、灰土挤密桩、CFG桩、水泥搅拌桩 、旋喷桩、碎石土垫层加铺土工格栅等多
种地基处理方法进行加固，消除黄土的湿陷性和地震液化土的液化性 ，并对松软土
进行加固经检测达到《京沪高速铁路设计暂行规定》和设计要求后转入下道工序施工。
(2) 在基础处理前首先进行局部地表处理，提高地基上部的密实度，减少路基的
工后沉降。基础加固后保证地基系数 K30≥90MPa／m、压实系数I>。
(3) 路堤填筑按照“ 三阶段、四区段、八流程”水平分层( 每层松铺厚度不超过30cm)
填筑。推土机粗平，平地机精平，YZ18～20型振动压路机压实；填料的最佳含水量、
碾压遍数、碾压速度及铺设宽度等按现场填筑试验段确定的施工参数进行，根据压实
黄土的湿陷性随含水量的减小而增加，随干容重的增大而减小的试验分析特性，施工
中填料含水量偏差控制在最佳含水量的-1％～3％之间，填料的干密度大于／m
以消除湿陷性；每填高左右采用YCT25型冲击式压路机碾压一次， 碾压遍数根
据现场试验确定。路堤分层填筑主要控制质量达到压实系数≥ ，地基系数≥90MPa
／m，静态变形模量Ev2>45N/mm。
(4) 路基基床表层所采用的级配碎石，基层采用的改良黄土均有严格的材质、粒
径和级求。为保证达到设计标准，设带自动计量装置配碎石拌和站和改良土拌和站对
填料进行集中拌和或改良，确保基床底层和基床表层的压实质达到规范规定的标准。
(5)为满足工程进度及施工质量要求，施工中采用机械化作业。选用大吨位石方
挖掘、运输及重型振动压实机械(过渡段选用小型振动压实机械配合)，并配备级配碎
石摊铺、拌和等特种机械。
(6) 为控制堤身的沉降，施工中加强检测与试验，确保路基填料特性和质量、
工程措施及施工全过程受控。根据德国高速铁路施工经验，在基床底层和表层施工质
量控制标准中增加静态变形模量、Ev2控制指标。在路堤分层填筑质量检测中，也增
加静态变形模量控制指标Ev2。通过综合指标控制，达到消除或减小路基工后沉降量
的目的。
(7) 黄土路基基底的沉降最突出的是湿陷性下沉，其次是压缩下沉和增湿变形引
起的下沉,控制黄土路基湿陷性下沉和增湿变形下沉, 施工中采取的防排水措施有以
下几个方面。
≯雨天不进行路堤填筑施工，并对刚填筑层采取覆盖防雨水渗人保护措施。
≯为确保路基填筑过程中不被冲刷破坏，每层填筑时应严格按设计要求做好路拱
以利排水，并在两侧路肩顶铺设临时砖砌挡水埝和急流槽。
≯路堤与路堑施工前先做好临时排水系统，在施作临时排水系统时应与永久排水
系统统筹安排，尽量做到永临结合， 临时工程按永久工程标准施作。
≯加强道床及路基的防排水设施，防止路基面的雨水渗人路基。双线之间铺筑沥
青防水层，道床面雨水通过横坡直接排出路基两侧 ，通过两侧排水沟排走。曲线双
线之间铺筑沥青防水层，隔一定距离设置集水井， 纵向设置纵向排水管汇集，通过
横向排水管排至两侧排水沟。
≯加强路基两侧地表防排水设施，防止路基外地表水浸人路基。
≯防止地表水侵蚀地基，阻断路基外地表水与地基的渗水通道。对整个线路经过
地段，因线路的修建而改变了原有地表的排水系统。所以要对线路两边附近的地表坑
洼地段进行回填，加强排水，防止形成汇水坑造成渗水通道。
≯加强防洪措施，对路基两侧的沟渠进行补充汇水面测量和流量计算。根据计算
结果对有可能产生洪水的沟渠加设截水沟、急流槽、导流堤等防洪设施。
路基工后沉降
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。
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，尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作。
客运专线建设具有其自身的特殊性，如线路长、地质情况变化大、工期长，路基
沉降过程实际上就是多级填筑过程中多方面因素共同作用的结果。沿线路基大都采用
了不同形式的地基处理方法以满足客运专线对道路的平顺性要求，如地基冲击压实、
CFG桩法复合地基等。
路基工后沉降组成分析
路基沉降按其组成成分划分，包括路基填筑部分沉降和地基沉降两部分。
路基填筑部分沉降属压密沉降，是由填料自重及线路上部结构和机车车辆的运行
引起的，与填料种类、压实密度、预压荷载及预压时间有关，分3个时间段完成：第
一阶段是路基施工阶段的下沉，不影响工后沉降；第二阶段是路基施工完成，线路上
部结构和机车车辆重量未加载阶段的下沉；第三阶段是线路上部结构施工完成后的下
沉。后两部分的沉降量影响工后沉降。
工后沉降控制的重要性与特点
(1)工后沉降控制是影响线路不平顺性的重要因素。
工后沉降大小决定了高速铁路线的平顺性，理解线路平顺性的重要性，就理解了
工后沉降控制重要性。以轨道连续高低不平顺波长40m、幅值5mm为例，时速300km
时，将产生频率2Hz、半幅有效值的持续振动加速度，超过5小时，人体血压、
脉搏等生理现象会不正常，对驾驶人员的工作能力也有影响；对于普速的列车则可以
忽略。也就是说工后沉降控制不好，线路不平顺，行车舒适性和安全性就无法保证，
列车高速行驶就是空谈。因此，在高速铁路设计和施工中工后沉降控制作为一个首要
问题来对待是适当的。
(2)工后沉降控制是一个有时间性、过程性的问题。
首先，工后沉降起算时点非常重要。在秦沈客运专线修建之初，有人认为起算点
是在整个工程完工后，也有认为应在铺轨完成后。随着认识的深入，才确定工后沉降
起算点应在铺轨开始时起算。从对工后沉降控制本身目标的实现来说，这更加合理。
应认识到的是，在其他方面相同的情况下，起算时间点越往前推越严格；其实并非起
算点一定要在铺轨前，但如果起算点推后，一方面控制的标准应相应改变，而且如果
在铺轨后再确认不满足工后沉降，则有关补救措施就难以实施·
其次，有一个终止时间点的问题。由于每项工程都有寿命期，比如说高速铁路的
寿命期为100年，免维修期更短。尽管为保证工后沉降控制的实现，宜取更严格的标
准，但是提高标准涉及成本大小乃至目标的实现性，故考虑该问题具有实际意义。
工后沉降控制的时间性还表现在：不仅要求能够最终满足工后沉降控制的要求，
还应该尽快满足。这一点的重要性就表现在对工期的影响上；反过来，合理的工期对
工后沉降控制目标的实现也是至关重要的。
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。
控制工后沉降的主要途径
目前工后控制沉降的主要应对措施有：≯加强基地处理≯加强填筑过程控制≯预留沉
降量≯补砟抬道；同时还应加强施工前的预防，具体措施有：
加强技术培训及明确控制标准
(1)由于承包商对工后沉降控制缺乏经验，可聘请专家现场指导。加强技术培训，
大力培训沉 降观测人员、整理分析人员、计算预测人员，从控制方案、预测分析、
观测操作上采取主动预控措施。
(2)制定路基工后沉降控制标准。工后沉降及沉降差控制标准一般采用四项指标：
工后沉降、不均匀沉降、错台、折角。200km／h无砟轨道线路工后沉降控制标准采
用渝遂线试验段控制标准，见表 3－1。
表3－1 工后沉降及沉降差控制标准表
工后沉降 不均匀沉降 差异沉降错台 折角
≤30mm ≤20mm/20m ≤5mm ≤1/1000
重视黄土地质核查
(1)加强黄土地质核查，使采取的技术措施达到沉降预测与实际相符。
(2)在选定黄土的物理力学指标时，必须注意其地理环境、地貌单元、微地貌、
沉积年代及成因类型等条件影响所产生的差异性，同时掌握这些自然条件与黄土性质
之间的规律。
(3)黄土分布评价、湿陷性评价、现场浸水试验以及微观电镜分析是了解黄土的
重要手段。
工后沉降的控制步骤
施工前的控制措施
(1) 制定控制标准。
制定控制标准是进行工后沉降控制的基础，在施工前应根据设计规范要求的沉降
值以及具体可能采用的施工工艺制定好沉降控制标准。
(2)加强地质普查。
在施工前根据设计文件，除对设计进行加固外(粉喷、碎石、CFG、压填片石、
换填普通土等 )软土地段地质情况进行核查外，还应对其它地段进行地质调查，并要
求所有路基基底均应进行贯入试验 ，当试验值不能满足基底要求时 ，应及时与设计
部门联系，采取相应的基底加固措施 ，以确保路基基底承载力满足设计要求。
施工过程中的控制措施
(1) 制定施工工艺标准。
根据工后沉降的设计及规范要求，结合施工单位的施工机械、填料、施工方法等，
首先进行试验段的填筑，尤其是地基处理、过渡段施工等应进行试验，根据试验参数，
制定合理的确保填筑质量的施工工艺标准 ，在路基填筑施工过程中必须严格按照制
定的工艺标准实施。
(2)加强路基基底处理。
根据设计，对黄土路基地段按照要求进行加固处理，注意在加固过程中必须严格
按照设计施工。加固范围必须满足设计要求，路基基底加固完成后，必须找有资质的
部门进行检验检验基底承载力满足设计要求后方准进行路堤填筑工。
(3)做好路基综合排水。
路基施工期间及完成后应立即做好综合排水系统，确保施工期间以及运营期间路
基排水系统顺畅，路基不渗不冲。
(4)确保路基边坡稳定，控制边坡填筑质量。
在路基填筑过程中，边坡也是一个软弱点，为确保边坡质量，在施工过程中采取
超宽填筑(一般超宽50cm)、边坡夯拍，路基填高达到一定高度的，路基边坡铺设土工
隔栅进行加固，路基大于的，应全部采用骨架护坡进行防护，并全部进行绿化，
以确保边坡稳定，避免边坡填筑不实造成自然下沉、冲刷滑坡等现象。
(5) 做好桥涵、堤堑过渡段的处理。
由于桥涵为刚性结构物，路基为柔性，桥涵不会发生下沉现象，路基一定会产生
工后沉降，因此必须做好桥涵过渡段的填筑。桥涵过渡段一般采取级配碎石进行填筑，
在填筑过程中必须与路基同步施工，并严格按照规范要求进行填筑，做到强度、刚度
变化的平稳过渡。
加强路基沉降分析与预测
(1)沉降问题包括填方路堤本身的沉降、黄土地基的压缩变形以及黄土地基的湿
陷变形，各类变形均包括沉降量与沉降过程两个方面。地基压缩变形和湿陷变形有较
成熟的计算方法(主固结沉降采用分层总和法)对路堤本身沉降变形现行公路、铁路规
范均没有规定可参照水利土坝设计规范采用分层总和法计算。
(2)工后沉降量的延续时间考虑在实测曲线拟合的基础上外延预估 ，与计算值对
比分析。实测曲线的拟合常用三点法和双曲线法。为了分析沉降过程，按维固结理论
计算得到瞬时加载的沉降—时间曲线，按加载过程采用实际填筑高度—时间关系进行
修正，由修正后的曲线预估工后沉降及其完成所需的时间。
(3)沉降分析、预测采用半经验半理论模式，根据实测资料不断调整计算参数、
模型，使预测与实测尽量吻合，确保实际工后沉降满足要求。
(4)积极开展地质核查、沉降预测等专题研究，以科研成果指导沉降分析、预测。
做好路基沉降观测
(1)路基沉降观测的主要目的是确定无砟轨道工程的施工时间及工后沉降量，确
保工后沉降量满足要求。
(2)地基沉降观测采用在地基表面埋设沉降板加接杆测试，路基沉降采用在路基
表面埋设沉降板、观测桩测试 ，路堤和地基深层沉降采用钻孔埋设沉降磁环分层测
试。
(3)沉降观测以二等几何水准测量高程，观测精度不低于1mm。采用精密水准仪、
铟化水准尺。观测做到四个固定：固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺读
数；固定测站及转点。
(4)每次观测完毕，及时绘制沉降点的时间—填土高度—沉降量的关系曲线。
客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准
铁路路基压实质量是保持线路稳定与平顺，保证列车能高速、安全运行的重要条
件，而控制和检测压实质量的标准、方法和设备，则是保证压实质量的重要措施。客
运专线铁路路基质量检测参数主要包括地基系数 ，动态模量 ，空隙率n(或压
实系数K)，变形模量 四项指标。空隙率n是土体中空隙体积与土的三相体积的比
值，而压实系数K是指工地碾压时达到的干容重与相应的击实试验得到的最大干容重
之比，即相对理论压实的比例，均反映土体的松密程度；地基系数 ：是表示土体
表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小，是我国原有铁路规范对路基压实质量
的强度检测指标；变形模量 是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载
和卸载后，再进行第二次加载，测得的应力—位移曲线上 与 之间的
位移割线斜率确定，用来分析土体的变形性质和承载能力；动态变形模量 是指土
体在一定大小的竖向冲击力 和冲击时间 作用下抵抗变形能力的参数，可直接用
于评判路基的压实质量。
虽然地基系数值 是反映路基土强度及变形关系的参数，但试验的荷载—沉降
曲线是一次加载得出的，其沉降包括了填料的弹性变形和塑性变形。计算变形模量
的荷载-沉降曲线是在逐级加载后，逐级卸载，再二次加载得出，可认为其沉降(变
形)消除了填料的塑性变形，测试结果离散性小，更能反映路基土的真实强度，比地
基系数 更科学、更合理。静态变形模量 和地基系数 都是采用小于300mm
的静态平板载荷试验仪，通过在压实填土表面做静压试验测得，二者反映的都是静态
应力作用下土体抵抗变形的能力，而铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载，采
用 可以有效地反映列车在高速运行条件下产生的动应力对路基的真实作用状况，
是客运专线路基质量检测的发展方向。表2-2是客运专线路基填筑质量检测参数 、
： 与三项指标的对比情况。
表2-2 、 与 三项指标的对比
项目
30K vdE
2VE
30K
2vE
max0 max0
vdE
sF t s
30K
30K
30K 2VE 30K
vdE
30K
2vE vdE
30K 2vE vdE
30K 2vE vdE
载荷板直径 300㎜ 300㎜ 300㎜
预加载 （以前） 第二次加载 三次冲击荷载
与地面接触
耦合
一般 好 差
加载等级 不少于6级
动态施加脉冲
宽度18ms
项目
加载控制
当1min 的沉降量不大于该级
荷载沉降量的1% 时加下一级
荷载
120s 后加下一级荷载
最大荷载或
终止试验加
载的标准
总沉降量超过㎜ 或荷载
强度超过估计的现场实际最
大接触压力，或达到地基屈服
点
或沉降大于5㎜
计算公式
为 曲线上
s=㎜所对应的荷载
Ev2= + )
为最大平均标准应
力， , 为待定系数
=
为实测荷载板
下沉幅值
客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求
沉降控制标准
客运专线路基作为无砟轨道结构的基础，对路基的沉降变形非常敏感，要求沉降
控制在非常小的范围内。我国拟建的客运专线无砟轨道在汲取国外沉降控制经验的基
础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后扣件可调整的总沉降量，20m 结
构长度范围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨道结构单
元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，如表 2-3、表 2-4。
表2-3 工后沉降及沉降差控制标准
一般情况允许工后
沉降
均匀地基长
20m 允
许工后沉降
不均匀沉降 错台差异沉降 折角
30K 2vE vdE
sK
s s
1 max02
max0
1 2
vdE
表 2-4 路基工后沉降控制标准
设计速度km·h-1 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≯l5mm；长度大于20m沉降比较均匀路基，
工后沉降量≯30mm，且Rsh≥ 。
路桥、路隧间差异沉降≯5 m，折角≯1／1000
客运专线无砟轨道路基的填料要求
针对快速铁路对填料及压实标准的高要求，一方面要在施工中积累资料，同时需
要开展大量的室内外试验研究工作，研究制定填料适用性试验方法与判别标准，建立
一套适合我国地域特点，适用于路基设计，施工的填料分类。
由于地域不同，路基填料也千差万别，这就要求在勘测设计阶段和施工前对土源
进行详细判别。工程实践表明，采用优质的填料可以减少路基的后期沉降，且有较高
的安全储备，能保证路基稳定。国内外对高速铁路的路基沉降观测结果也表明，采用
级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降，因此，只要能满足上述要求者才
可作为高速铁路路堤填料。铁路路基填料的分类主要依据土类和小于细颗粒
含量两个指标来划分的，并考虑与压实要求相关性质和适用条件分成A、B、C、D、
E五个组，如表2－1所示。其中，D组为高液限粉土、粉质粘土、粘土，很少用作填
料：E组为有机土类，不能作为填料。
2-1 我国铁路路基填料分类组别
填料 A组 B组
C组
碎石类
级配良好的碎石、含
土碎石
级配不好的碎石、含
土碎石，细粒含量为
15%-30％的土质碎
石
细粒含量大于30％的
土质碎石
砾石类
级配良好的粗圆砾、
粗角砾、细圆 砾、细
角砾，级配良好的含
土粗圆砾、含土粗角
级配不好的粗圆砾、
粗角砾、细圆砾、细
角砾，级配不好的含
土粗圆砾、含土粗角
细粒含量大于15‰30
％的土质粗圆砾、土
质粗角砾、土质细圆
砾、土质细角砾
㎜ 30㎜ 5mm15 mmm 2020
10001
砾、含土细圆砾、含
土细角砾
砾、含土细圆砾、含
土细角砾、细粒含量
为15%-30%的土质粗
圆砾、土质粗角砾、
土质细圆 砾、土质细
角砾
砂类土
级配良好砾砂、粗砂、
中砂，含土砾砂、含
土粗砂、含土中砂
级配良好细砂，级配
不好的砾砂、粗砂、
中砂、细粒含量大于
15％的含土砾砂，含
土中砂，含土粗砂
级配不好的细砂，含
土细砂，粉砂
细粒土
低液限粉土，粉质黏
土，黏土
路基填料和压实质量也是控制路基沉降的一个方面，填料选择和压实质量控制不
好，将会加大路基的工后沉降或路基与结构物之间的不均匀沉降。国内有关客运专线
及高速铁路的规范已对无砟轨道路基填料及压实标准进行了严格的限定：基床表层采
用级配碎石，基床底层采用A、B组填料或改良土；基床以下的路堤应优先选用A、B
组填料和C组的块石、碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时应根据土源性质
进行改良后填筑。设计施工中应严格限制填料粒径，特别是A、B组填料，个别线在
施工过程中反映填料粒径过大(但满足规范要求的基床底层不大于10cm，基床以下不
大于15cm)，填料难以达到压实标准，建议基床底层填料粒径不大于5cm，基床以下
不大于10cm作为控制标准。
沿线土质较差地段宜首选远运粗粒土填筑路基，其次是物理改良和级配改良．应
慎用少用化学改良土，化学改良土从经济效应 、工期效应 、环保效应等方面考虑都
不宜大量采用，且填筑质量难以保证，化学改良土的水稳定性对路基本体压密沉降的
影响程度很难预见。
通过地基设计来控制黄土路基沉降
桩网地基设计
对在地基部分土体中设置的竖直向增强体“ 桩”是受力主体，与桩间土形成桩土
加固区，承担上部荷载，并传递到下部较为坚硬的持力层上。在该加固区上部铺设含
高强度土工合成材料的加筋垫层“ 网”，形成柔性拱区(上部与下部之间的柔性土拱过
渡区)。桩网复合地基中的桩起承载作用，是力学要求；而高强度网则是结构要求，
目的是调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比使桩—网—土协同作用，共同承担荷载
以减小整体沉降及不均匀沉降。
高速铁路典型的“桩网结构地基”体系主要由以下四部分共同组成：
(1)上部路堤；
(2)中间网垫层；
(3)下部桩及桩间土；
(4)下部桩土复合地基加固区下的天然软土层或持力层。
其中的核心部分是桩和网。
CFG 桩桩网复合地基
CTG桩(Cement Fly．ash Gravel Pile)是水泥粉煤灰碎石桩的简称．它是由水泥、
粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、网垫层一起
形成桩网复合地基．通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，
是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型．CTG桩复合地基实验研究是建设部“七五”计
划课题，于1988年立题进行实验研究，并用于工程实践．该技术已在全国23个省，市
广泛推广应用，据不完全统计，该技术已在1000多个工程中应用。和桩基相比，由于
CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，
工程造价一般为桩基的 ～ ，经济效益和社会效益非常显著【2】。
CFG桩复合地基减小工后沉降的主要原理表现在以下三个方面： 通过在土体中
打设CFG刚性桩，使桩土承担不同的应力，桩承担较多，而土承担较少，减少了土体
所承受的荷载， 从而减少了土体的压缩量；通过CFG桩对土体的挤密作用及对桩周
土体的脱水作用等，改善周围土体的颗粒大小及其物理力学性能指标；部分荷载通过
CFG桩体传递至相对承载力较高压缩层较低的下卧层，在加固区土层压缩量减小的同
时，下卧层的压缩量会相应有所增加。
碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂
直荷载.土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱．CFG桩针对碎
石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的．CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管
桩机等设备进行成孔，是一种具有较高粘结强度的刚性桩．与一般的柔性桩复合地基
相比，用CFG桩处理地基时，可大幅度提高地基承载力，并可通过调节复合地基桩长、
桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间，特别是天然地
基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基难以满足设计要求时，
CFG桩复合地基则有明显的优势．CFG桩复合地基可用于填土，饱和及非饱和粘性土，
31 21
松散砂土等。它是一种低强度砼桩，可以充分利用桩间土的承载力，共同作用并可传
递荷载到深层地基中去，具有较高的承载力，承载力提高幅度在～3倍，由于通过
CFG桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注
方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点，因此具有较好的技术性能和经济效
果。由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造
价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区应用最普通的地基处理技术之一．
CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进
一步降低了工程造价．CFG桩适用范围较广，就基础型式而言，CFG桩既可适用于条
形基础、独立基础，也可用于筏基和箱型基础；就土性而言，CFG桩可用于处理粘性
土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。既适用于挤密效果好的土，又适用于
挤密效果差的土，具有加速土体固结、沉降变形小、沉降稳定快等特点．
1、 CFG桩桩网复合地基主要工程特性
(1)承载力提高幅度大、可调性强。
CFG桩桩长可以从几米到20多米，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占
总荷载的百分比可在40～75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大
的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩
长可设计得长一些．特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高，用柔性桩
复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现．
(2)适应范围广。
CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤密效果好的土，又可用于
挤密效果差的土．当其用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密分量，又有置
换分量；当其用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关．当土是具有良好
挤密效果的砂土、粉土时，振动可使土挤密，桩间土承载力可有较大幅度的提高，CFG
桩是适合的。
(3)刚性桩的性状明显。
对柔性桩，特别时散体桩，如碎石桩、砂石桩，它们主要是通过有限的桩长来传
递垂直荷载。当桩长大于某一个数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。CFG桩像刚
性桩一样，可全长发挥侧阻，桩落在好的土层是时，具有明显的端承作用。对于上部
软下部硬的地质条件，碎石桩将荷载向深层传递非常困难，而CFG桩因为具有刚性桩
的性状，向深层土传递荷载时其重要的工作特性。
(4)桩体的排水作用。
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔
隙水压力．较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个
良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。
(5)时间效应。
利用振动沉管施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结
构破坏、强度降低．施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所恢复．在复合
地基的承载力提高期间，既包含了桩间土结构强度的恢复，也包括了桩、土间相互作
用的加强．加固后地基士的含水量、孔隙比、压缩系数均有减小，重度和压缩模量有
所增大．对于粉砂层振密效果比较明显，可大幅度提高桩间土的承载能力，有松散状
态变为中密并接近密实状态。
(6)复合地基变形小。
复合地基模量大、地基沉降量小是CFG桩复合地基重要特点之一．对于上部和中
间有软弱土的地基，用CFG桩加固，桩端放在好的土层上，可以获得模量很高的复合
地基，上部构造物的沉降不大。
2、 桩网复合地基的加固
(1)桩网复合地基加固机理。
桩网复合地基是指在地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“桩” 的加强形
成复合地基加固区，在桩顶得到水平向增强体 “网” 的加强形成复合地基加固区，从
而使网、桩、土三者协同作用，构成一个整体共同承担上部荷载的人工地基。桩网复
合结构由5部分组成：≯上部路堤填土；≯网或由网组成的加筋土；≯网与桩顶之间的
砂石垫层；≯桩土加固区；≯桩底下部的天然地基或持力层。
桩网复合地基由4部分组成：≯拱上路堤填土；≯柔性拱区；≯桩土加固区；≯下
卧层。突出强调桩、网、土三者在承担荷载过程中的协同作用，这与以往强调桩、轻
视网、忽视土的理念不同。网土(加筋土)协同作用时，网主要处于受拉状态，这种作
用是通过界面摩阻力(咬合力、摩擦力、粘着力)来实现。由于网的铺设和张力膜效应，
网将土体自重连同上部荷载传递给桩土复合地基，由于网的刚度较小，无法起到有效
的传递作用，故常常在网的下部铺设垫层，组成复合褥垫层以提高刚度，可明显扩散
应力，减小应力集中，降低上部土体传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减小
沉降及沉降差。
(2)CFG桩桩网复合地基的主要加固效应。
≯桩体效应
因为材料本身的强度与软土地层强度不同，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显
比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，
出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基
承载力较原有地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发
挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为碎石桩桩体材
料是松散碎石，自身无粘结度，依靠周围土体约束才能承受上部荷载．而CFG桩桩身
具有一定的粘结强度，在荷载作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩
阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基提高幅度也较碎石桩为大．于是，CFG
桩常发生刺入破坏，而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。
≯挤密振密作用
CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，特别是
在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下，产生液化并重新排列致密，
而且在桩体粗骨(碎石)填入后挤入土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干
密度和内摩擦角增大，改善土的物理性质，抗液化能力也提高。
≯网垫层作用
保证桩与土共同承担荷载；调整桩与桩间土的荷载分担比例；减少和减缓路基底
面的应力集中，提高路基整体的稳定性。
≯排水固结作用
与一般的碎石桩复合地基一样，采用沉管灌注施工CFG桩，在施工和成桩后的一
段时间内，都会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理、
力学性质的目的．在饱和的粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体
产生超孔隙压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性
质决定了它将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩硬结
为止．这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小，含水量很小的混凝土类材料水解
吸水的过程。有资料证明，这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷，对增
加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。
3、 CFG桩复合地基沉降的影响因素
(1)置换率对沉降的影响
复合地基中桩体的面积置换率(简称置换率m)，就是指在地基处理时，桩体面积
与处理地基面积的比值，即 ，其中 为桩体横截面积； 为加固地基
的基础底面积；， 为总桩数。有承台约束时， ，其中 为桩径， 为承
台半径。置换率是复合地基的一项重要技术参数，与桩径大小、桩的排列方式、桩距
大小均相关，对CFG桩复合地基的沉降控制起着重要作用，表4－1为在不同置换率情
况下，桩顶处、土表面处与承台沉降的大小情况。
Am An n1 An A
n1 arm
22
r
表4-1 不同置换率的沉降大小对比
桩项处沉降／mm 土表面处沉降／mm 承台沉降／mm
置换率
m
桩径
变化
承台半径
变化
桩径
变化
承台半径
变化
桩径
变化
承台半径
变化
从表4-1可以看出，通过增加置换率以减小沉降的方式中，减小承台半径时沉降
的减小幅度远大于增加桩径时沉降减小的幅度。这是因为当基底均布荷载不变时，减
小承台半径就会减小总荷载，无疑沉降减小也更明显。因此，当需要控制沉降时，增
加桩数(相当于减小桩间距)比增大桩径更有效。
(2)下卧层土性对沉降的影响
对于桩体材料、桩长、桩径、桩长范围内土层的性质、面积置换率均相同的两个
复合地基，其中一个桩端落在坚硬的土层上，另一个桩端则落在软土层上，通过现场
试验得到两种情况下的Q—s曲线 ,桩端落在坚硬土层上，单桩承载力、复合地基承载
力和复合地基模量比桩端落在软土层上的要高，这充分说明下卧层土性对桩的下刺入
变形 下有很大的影响，若下卧层土越坚硬，桩向下刺入就越困难，下刺入变形量
下也就越小，桩长范围内土的压缩变形量 相应也就越小。
(3)基础宽度对沉降的影响
众所周知，对天然地基，当荷载强度相同时，基础底面宽度越大，沉降量就越大，
这是因为路基下某一深度的附加应力系数随宽度的增加而增大，同时压缩层厚度也相
应增大。同样地，当复合地基的置换率、桩长及土性都相同时，给定荷载下的加固区
变形量S1、下卧层变形量S2以及总的压缩量S都会随路基底面宽度增加而增大。综合
考虑桩长(L)和基础宽度(B)两个因素的影响，在其条件相同时，L／B值越大，下卧层
压缩变形量越小，总的沉降变形也越小；且当L／B=6时，下卧层压缩变形量占总压
缩变形量的百分比很小。
(4)外部荷载对沉降的影响
≯荷载大小的影响
由于褥垫层的设置，复合地基中在荷载作用下，桩体将刺入垫层中，从而在桩体
一定深度范围内会出现负摩擦力，即在桩体一定深度范围内会出现桩与桩间土的等沉
面。等沉面以上的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩擦阻力，而在等沉
而以下；桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩擦阻力。由于存在负
摩擦区，在该区，其作用是阻止桩间土的变形。当外部荷载较小时，桩侧阻力是主要
的，而桩端阻力发挥较少，总体效应是使桩间土变形减小；当外部荷载较大时，桩的
端阻力有较大地发挥，桩对桩间土产生的总体效应是使桩间土变形增大。
下
下 s1
≯边载作用的影响
对有无边载作用两种条件，CFG桩复合地基荷载试验的Q—s曲线表明，有边载条
件下会比无边载条件下复合地基承载力提高100kPa，说明边载作用使得CFG复合地基
承载力有较大提高；另一方面，通过深层变形标进行变形观测，绘制CFG桩复合地基
中各深度变形曲线，结果表明：当同一荷载作用时，在荷载板下部，有边载条件下的
沉降量小于无边载条件的沉降量，而荷载板以外的变形量则大于无边载条件下的变形
量。同时，由于边载的作用抑制了基础外侧土体向上隆起，导致同一深度处的变形趋
于均匀化。
4、 CFG桩沉降计算机理
客运专线按变形控制设计复合地基，但CFG桩复合地基的沉降计算比较困难 ，
目前常采用以下方案进行CFG桩复合地基的沉降计算。
(1)CFG桩复合地基的沉降量计算见式 (4－1) 。
(4－1)
式中， ——加固区变形；
——下卧层变形，按《建筑地基基础设计规范》(GB5O007—2002)计算；
—— 柔性垫层的变形。(由于垫层厚度较小,且施工中已压密，可忽略不计)。
(2)地基处理后的变形计算按现国家标准的有关规定执行。复合土层的分层与天
然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 倍 ，
值可按式(4－2)确定。
(4－2)
式中， ——复合地基承载力特征值，kPa ；
——基础底面下天然地基承载力特征值，kPa 。
其中 为复合地基承载力特征值，按式(4－3) 计算。
(4－3)
m为面积置换率； 为单桩竖向承载力特征值，按式 (4－4)计算。
sssS 321
s1
s2
s3
f
f
ak
SPK
f
spk
f
ak
f
spk
f
A
Rf
sk
P
a
spk
mm 1
Ra
(4－4)
灰土桩桩网结构
1、.灰土桩桩网结构加固特征与机理
灰土桩桩网结构在湿陷性黄土地基处理中，能有效的消除大厚度黄土的湿陷性，
与其他处理方法比较，灰土桩桩网结构具有不需大量开挖和回填、所用施工机械简单，
处理费用低、处理深度深(达5～15m)等特点，这是其他处理方法(如重锤实法)难以达
到的。除了消除黄土湿陷性外，灰土桩和挤密桩一起构成灰土桩桩网结构，提高地基
强度，减小地基变形，改善了黄土的地基特性【15】。
灰土桩挤密加固地基的作用机理主要是：
(1)挤密作用
灰土桩是成孔后填入一定比例的灰土振实形成的，成孔时，桩孔位置原有土体被
强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，由于桩孔之间的相互作用，相
邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，使得桩间土密度进一步提高并变得均匀。
(2)置换作用
在灰土挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，在灰土桩
与天然土的共同作用下，刚度较大的灰土桩体受到较大的应力，从而降低了基础底面
下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。
(3)化学作用
灰土桩桩体为用石灰与土按一定体积比(2：8或3：7)均匀拌合的材料，生石灰吸
水生成 的过程中，吸收了周围土体的水分而膨胀，对周围土体再一次产生
挤密作用，且由于放热反应使周围土体中的水分蒸发，加速了土体固结过程同时生成
的 因饱和沉淀形成胶体，经再结晶后构成合成晶体使桩体与土体紧密胶结
而具有较高的强度，因而提高了地基承载力。
2、 灰土挤密桩桩网结构设计与计算
(1)荷载
桩网结构地基荷载包括路基面荷载和路基土体自重．其中路基面荷载有钢轨荷载、
扣件荷载、轨道板荷载、轨枕荷载和钢筋混凝土基础荷载。由于是静力计算，故不考
虑列车荷载。计算式为：
(4－5)
A
ppi
n
i
sipa
qlquR
1
2)(OHC
2)(OHC
HW 11
其中， 为路基面荷载，KN／m ； 为路基填土容重,KN／m ； 为路基填
土高度,m
(2)桩径
桩径的设计应与当地施工机械相适应。桩径过小，则桩数量增多，成孔和回填工
作量增加；桩径过大，则对桩间土体挤密不够, 同时对成孔机械能量要求较大，设备
基本条件不易达到，过大的桩径也会影响挤密后土的均匀性。结合我国目前的施工机
具和设备情况,桩径一般以300mm～600㎜为宜，大多用 400㎜。
(3)桩长
桩孔深度应按湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、湿陷类型及成孔设备的能力等方
面考虑,对于湿陷性黄土地基，处理深度应为基础以下湿陷起始压力小于上部荷载传
递给地基的附加压力和土层的饱和自重压力之和的所有黄土层。另外还要考虑加固层
和下卧层土体的工后沉降是否能满足设计要求。
(4)地基置换率
复合地基置换率为桩体的横断面积与该桩体对应的复合地基面积的比值，若桩体
按等边三角形，则置换率为：
(4－6)
一般要求地基置换率不小于10％
(6)地基承载力计算
≯单桩所承受的荷载
V=
≯单桩竖向承载力
国内计算法。
(4－7)
其中, 为桩侧第 层土的极限侧阻力，kPa ； 成为极限端阻力， kPa ； K
为安全系数，一般取。
日本桩网法。
(4－8)
其中， 为灰土桩极限端阻力，kN； 为灰土桩桩周极限摩阻力，kN；
为安全系数，一般取。
桩板结构
桩板结构主要由钢筋混凝土桩基、桩周土体、托梁和承台板四大部分组成。其主
1 2 1
3 H
22 32 sdm
2
11
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q
si
q
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Q
Q
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要的工作机理是： 通过承台板将上部荷载传到桩体，桩体把荷载扩散到桩间土、下
卧层或桩基底岩石层，从而达到控制松软土路基沉降与变形破坏的目的。相比于桥梁
结构，桩板结构更适用于挖方以及低填方路段，也适用于既有软弱路基的提速加固处
理。由于桩周土体对桩基的侧向抗力，桩板结构纵横向刚度大； 因桩基竖向穿透松
软土层，桩板结构可严格控制高速铁路路基工后沉降；可与上部无砟轨道结构较好匹
配、合理衔接，适应高速行车；路基土体可对承台板提供竖向支撑，桩板结构承载能
力增强。另外，桩板结构施工机具通用，施工方法简易，且与桩网结构等处理措施相
比具有一定技术经济优势，因此有望在我国高速铁路路基工程中得到合理广泛的应用。
该结构曾在德国纽伦堡一英戈尔施塔特高速铁路及荷兰—比利时高速铁路软土地基
情况复杂线路应用，取得了成功但在我国高速客运专线中采用桩板结构处理湿陷性黄
土地基尚属首次，其结构形式、设计方法等都需要进行研究确定。本文对郑西客运专
线湿陷性黄土地基桩板结构进行优化设计与方案比选，可为客运专线路基设计及类似
的工程提供参考。
整体构造分析
桩板结构的构造形式可采用独立墩柱式、托梁式以及复合式3种。独立墩柱式为
桩基与承台板直 接相连的结构。托梁式则首先通过托梁横向连接桩基，其上再与承
台板相连。复合式则为独立墩柱式、托梁式的组合结构，中跨采用独立墩柱式，边跨
为托梁式。桩板结构中承台板直接承受上部结构及列车 的长期重复动荷载作用，是
设计中最关键的构件。对于双线行车条件下，独立墩柱式承台板处于多向弯曲、翘曲
和扭曲的变形和应力状态，结构受力复杂。托梁式桩板结构则简化了承台板系受力 ，
方便设计施工，另外，由于托梁的横向连接作用， 桩板结构抵抗不均匀下沉能力增
强，横向刚度提高，有利于高速行车。鉴于此，郑西客运专线桩板结构拟采用托梁式，
承台板为现浇钢筋混凝土板，托梁为现浇钢筋混凝土梁，桩基为钻孔灌注桩，桩与托
梁均固接，2号和3号托梁与承台板固接，为通过构造措施减小收缩徐变、温度应力的
影响，1号、4号托梁与承台板搭接。
考虑施工技术条件等因素，桩板结构采用三跨为一联， 相邻联处共用托梁和桩
基，从而避免了悬挑段易受列车荷载冲击破坏的不利影响。相邻联的板问横向预留2㎝
宽伸缩缝。考虑到温度应力、收缩徐变以及施工的难易(主要是模板的安装、拆除以
及混凝土的灌筑) 等因素，桩板结构跨度不宜过大。参照铁路板桥中最大板跨不宜超
过l0m的原则,综合考虑轨道结构设计、伸缩缝设置以及方便施工等因素，跨度优选拟
采用5m、、10m 3种方案。
结构几何尺寸优化
桩板结构竖向荷载主要包括上承结构(钢轨、扣件、道床板和混凝土底座)自重、
承台板自重以及承台上最不利位置施加的列车活载 (ZK-活载)等。
其中，计算剪力动力系数
(4－9)
计算弯矩动力系数
(4－10)
式中 为加载长度(单位为m) 。
横向力包括列车离心力、横向摇摆力以及收缩徐变内力等。纵向力包括长钢轨纵
向水平温度力/挠曲力、牵引力或制动力以及收缩徐变内力等。温度荷载包括由均匀
升温或降温产生的伸缩应力和由混凝土板顶面与底面温差而产生温差应力。郑西客专
某深厚湿陷性黄土地基工点,湿陷土层厚度达到，地表由上到下土层参数如下：
松软土(2－1)，湿陷系数为 ～，厚度为,重度为／m，压缩模量
为 ；砂质黄土(2－2),湿陷系数为～,厚度为，重度为／
m,压缩模量为 ；砂质黄土(2－3)，不具湿陷性,重度为／m,压缩模量为
18MPa。以下以跨度为例，针对桩板结构主要构件的几何尺寸进行优化分析。
承台板设计
考虑双线行车的动力作用，承台板采用双板上下行线分幅设置，以降低横向扭曲
变形，减小单线过车对桩板结构整体性能的影响。承台板的宽度根据路肩宽度和轨道
结构宽度等确定，板宽采用2×499 m(双线)，中间预留构造缝。承台板几何尺寸
设计主要是对承台板高度的优化。关于承台板的高度，参照铁路桥规中钢筋混凝土简
支梁的梁高一般约为跨度的1／6～1／9，梁高与跨度之比通常随着跨度的增大而变小
的原则进行选择。
计算时考虑结构恒载、列车活载和温度应力，以及桩板结构的不均匀沉降允许值
( =5㎜)等的影响。计算过程如下：按4号桩发生不均匀沉降 ，并考虑最不利荷
1
L
2
L
L
S b S b
载组合效应计算承台板最大负弯矩和最大剪力；按3号桩发生不均匀沉降 ，并考虑
最不利荷载组合效应计算承台板最大正弯矩。然后按上述计算值依据铁路桥规对承台
板进行配筋设计、挠度与最大裂缝宽度验算等。在满足结构设计要求的前提下，比较
计算不同承台板高度时的总造价。当承台板高度在～范围内，造价较为经济。
从降低结构高度考虑，设计中板高选用。
托梁设计
为约束承台板横向位移，托梁两侧端头处设置凸型挡台，挡台宽，因此托梁
长度为当桩径为时，托梁宽度取为。考虑结构恒载、列车活载和温度
应力以及结构允许不均匀沉降量 ，可求得托梁最大弯矩和最大剪力，从而进行托
梁配筋设计，并验算挠度与最大裂缝宽度等。在满足结构设计要求的前提下，当托梁
高度在～范围内，造价较经济。托梁与承台板相比，造价较低，约为承台板
的％，不是决定结构整体造价的关键因素，且为降低结构高度考虑，设计中托梁
高度选用。
桩基设计
桩基设计的要素包括桩径、桩长和桩间距等，应考虑承载力和变形两方面的要求，
并通过技术经济分析和施工技术能力考察等最终确定。列车轨道荷载为带状分布，为
降低承台板和托梁横向弯曲内力，使结构受力均匀，桩板结构桩问距确定为线间距，
即。因此，桩径和桩长是优化设计的主要方面。对于客运专线铁路，沉降控制严
格，桩基变形往往是设计的控制因素；但对于深厚湿陷性黄土地基，由于负摩擦力而
产生的下拉荷载作用，承载力也会成为主控因素。影响负摩擦力的因素较多，要从理
论上精确计算桩基的负摩擦力是复杂而困难的。
工点设计中桩基采用钻(挖)孔灌注桩，属摩擦桩，按桩径 m，， m，
四种情况分别考虑，可得出满足承载力要求的桩长。不同桩径时的桩长、造价
不同。桩基总造价随桩径减小而基本呈线性降低，但桩长随桩径减小而增加，桩基施
工受到机具能力制约。综合经济性和施工能力两方面因素考虑，桩径、桩长59m
时设计参数较优。
桩板结构的适应性很强，对不同地段可以灵活地选择桩板结构形式；能够很好地
满足无砟轨道路基的变形要求，可以严格地控制路基的工后沉降，结构纵横向刚度大，
适合高速行车， 而且施工简单，可见桩板结构是处理深厚软土及松软土地基和深厚
湿陷性黄土地基的有效方法。对于边跨处承台板与托梁的连接，是桩板结构中最薄弱
的环节，宜在接触处设置高强度耐磨高分子材料，以减缓温度应力引起的相对位移影
S b
S b
响以及列车动荷载的冲击作用。对于曲线地段，可于托梁上设置小型端刺，以约束承
台板横向位移。桩板结构上部需要设置防水层，以保护下部土体和承台板表面混凝土
等。在承台板与托梁连接处以及托梁与桩基连接处，宜设置钢筋网，以抵抗冲切作用
和防止局部应力集中。
目前对于钢筋混凝土结构设计在各行业规范中主要有2种方法：一是《铁路桥涵
钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(—2005)中采用的容许应力法，
另一个是《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002) 等大多数规范所采用的概率极限
状态法。就我国当前的具体情况而言， 国内尚无统一的桩板结构的设计规范，因此
桩板结构设计基本上都是参照铁路桥涵设计规范按容许应力法进行设计。容许应力法
是19世纪中叶由于铁路的出现和重工业的兴起而逐渐发展起来的。当时人们为了使结
构物安全可靠，在对结构物的分析中开始注意材料弹性阶段的工作情况，相应地采用
了容许应力设计法【24】
(1)容许应力法
结构设计采用容许应力法是根据标准荷载作用下的内力并考虑构件截面按弹性
阶段工作求出材料的最大应力，设计时要求最大应力不超出允许应力， 用公式表达
为：
(4－11)
式中， ——构件在使用阶段由荷载引起的截面上的最大应力 ；
[ ]——材料的容许应力，由规范规定。
安全系数就是材料的极限强度与允许应力的比值。用公式表达为：
(4－12)
式中， ——材料的极限强度，由试验确定。对塑性材料( 如钢筋) 取材料的屈服
极限强度，对脆性材料(如混凝土)取材料的强度极限；
——安全系数， 又叫安全储备。
按容许应力法对桩板结构强度进行检算时，采用计算公式如下：
(4－13)
式中， ——弯矩设计值；
——桩板结构自重；
——附加荷载；
——列车竖向荷载；
max
max
fWMMM cLDD uM 01 1
M
M D
M D1
M L
——对混凝土受压边缘及对所检算的受拉钢筋重心处的换算截面抵抗
矩；
u ——动力系数；
——混凝土极限抗压强度。
容许应力法的优点在于表达形式简单，计算方便，便于使用者学习掌握。因此这
种方法沿用100多年至今仍为我们所用。其缺点是没有考虑荷载、抗力的不定性；安
全系数K的取值多凭以往的经验和工程判断，因而难以正确评价所设计的结构物或构
件的安全度；更难以确保所设计的结构物或构件具有一致的安全度水准。
(2)概率极限状态法
目前国内的结构设计规范采用的概率极限状态法属于近似概率法的范畴。该法首
先对结构可靠性赋予概率定义，以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并
建立了结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，然后在计算可靠指标时考虑
了基本变量的概率分布类型，并采用了线性化的近似手段，在设计截面时一般采用分
项 系 数 的 实 用 设 计 表 达 式 。 如 我 国 的 《 工 程 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 》
(GB50153—1992)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)都采用了这
种近似概率法。
概率极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态极限状态是指结构或构件达到的最大承载能力，或达到不适于
继续承载的变形的极限状态。如整个结构或某一部分作为刚体失去平衡；结构构件因
承载超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形而不适宜于继续承载；结构为可变体
系等。一般是以结构的内力超过其承载能力为依据。对于承载能力极限状态，用公式
表达为
： (4－14)
式中， ——结构重要性系数；
——荷载效应组合的设计值；
——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。
正常使用极限状态是指结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。
如影响结构正常使用或外观的过度变形；影响结构正常使用或耐久性的局部损坏；
影响结构正常使用的振动等。一般是以结构的变形、裂缝、振动参数超过设计允许的
限值为依据对于正常使用极限状态用公式表达为：
S C (4－15)
式中, ——结构或结构构件达到正常使用要求的规限值，例如变形、裂缝、振幅、
W 0
f
c
RS
0
0
S
R
C
加速度应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。
按概率极限状态法对桩板结构强度进行检算时采用计算公式如下：
(4－16)
式中， ——结构重要性系数；
、 、 ——荷载分项系数；
b——截面宽度；
——截面有效高度；
x——受压区高度；
——混凝土抗压强度设计值。
概率极限状态法的优点在于，将作用效应和影响结构抗力的主要因素作为随机变
量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。其特点是有明确
的、 用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过预先规定的可靠指标值，使结构各
构件间， 以及不同材料组成的结构之间有较为一致的可靠度水平。
DDC 桩
孔内深层强夯技术，又名柱锤冲扩桩法，是在施工中反复将柱状重锤提到高处使
其 自由落下冲击成孔，然后分层填料夯实形成扩大桩体，与桩间土组成复合地基。
该法具有设备简单，施工方便，速度快，利用建筑渣土变废为宝，节省材料，投资省
而且适用范围广等优点。
适用性及沉降控制机理分析
DDC桩先后在数十类地基处理工程中广泛使用，特别是在陕西、河南等黄土地
区，在大型电厂工程的冷却塔、主厂房、烟囱、高层住宅以及大型储罐等重要工程中
的应用，消除了深层黄土地基的湿陷性，大幅度提高地基承载力，降低地基压缩性，
地基处理效果显著，取得了成功。同时，由于它能大量消纳建筑及工业垃圾，变废为
宝，也是一项具有绿色工程性质的地基处理技术，其社会、经济和环境效益显著。对
于郑西客运专线路基的高标准沉降控制要求，DDC技术有其独特技术优势。
对于深厚湿陷性黄土地基，采用DDC技术处理后的复合地基承载力较高，可高
达300～800kPa，消除黄土地基湿陷性、减小增湿沉降，降低地基压缩变形，提高抵
抗振动能力，从而达到控制路基工后沉降的目的。应用于高速客运专线地基处理，分
21
010 321
xbxufffM hfMrMrr cLD
0
r f
1
r f
2
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3
h0
f
c
析认为其沉降控制机理及技术优势主要有以下几个方面。
(1) 地基土抵抗湿陷和振陷的能力提高，工后沉降降低。黄土的强结构性及大孔
隙性是产生工后沉降的主要原因。DDC技术由于在施工过程中因冲击振动而对桩周
土体充分扰动，使大孔隙性黄土的原有结构受到破坏，且变得结构紧密，从而提高了
抵抗湿陷和振陷的能力，减小了工后沉降。
(2) 桩周土体挤密、模量提高。在成桩过程中，桩间土也受很大侧向挤压力，同
样也被挤密加固，形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区，提高了桩周土体模量，
减小地基整体压缩变形。
(3)桩体强度高、模量大。由于采用较重夯锤，孔内加固料单位面积受到高动能、
强夯击，使地基土受到很高的预压应力，桩体强度高、模量大。已有工程处理表明，
处理后的地基浸水或加载都不会产生明显的压缩变形。
(4)地基处理深度大。DDC技术处理深度可达20-30m，可满足郑西客运专线的深
厚湿陷性黄土地基处理的要求。
(5)地基整体刚度较均匀。DDC技术处理湿陷性黄土地基，由于桩体及桩间土均
得到了有效加固，复合地基的整体刚度较均匀，利于高速行车。
(6)DDC桩体直径灵活，可在内自由选择，从而满足不同加固要求。DDC
桩体用料广泛凡是无机固体材料、建筑渣土等均可使用。另外，DDC技术施工公害
小，无噪声、振动、空气污染等。因此，在郑西客运专线深厚湿陷性黄土地基处理中，
可将DDC技术作为一种有力的加固措施，从而消除地基湿陷性，控制工后沉降。
沉降计算模式
桩土加固区的沉降
桩土加固区的沉降量计算模式可采用复合地基压缩模量法进行。DDC桩法加固
区沉降计算的准确性主要取决于加固区参数的选取，本文对计算模式中计算参数选择
方法及其合理性进行了分析，考虑成桩过程中的扩孔作用和夯锤冲扩对桩间土压缩模
量的提高作用，提出了DDC桩法复合地基较为合理的参数选取模式。计算公式及参
数选取如下
(4－17)
其中，
(4－18)
式中， 为桩土加固区沉降量,mm； 为附加应力增量，kPa ； 为分层厚
S1
h
p
S i
n
i sc
i
1
1
sspscs mm 1
S1 Pi hi
度,m；m为复合地基置换率在计算置换率时应考虑成桩过程中的扩孔作用； n为分层
总数； 为桩体压缩模量，MPa ； 为桩问土压缩模量，MPa。
由于DDC桩法对桩周土体的挤密作用应考虑桩问土压缩模量的提高作用，桩间土
压缩模量按下式计算。
(4－19)
式中， 为桩问土压缩模量提高系数；
为天然地基土体压缩模量，MPa。
复合地基下部土体的沉降
DDC桩法下卧层沉降计算的准确性主要取决于下卧层表面附加应力的确定。常
用的计算方法有应力扩散法、等效实体法和改进 Geddes 法等。应用等效实体法计算
困难在于侧摩阻力的合理选用，选用不合理时误差可能很大。实事上，将加固体作为
分离体， 两侧面上剪应力分布是很复杂的，该法的适用性还应加强研究。采用改进
Geddes 法计算需要确定荷载分担比，另外需假定桩侧摩阻力分布， 述两项估计将给
计算带来误差； 特别是后者桩土相对刚度对其影响很大，仍需进一步开展研究。本
文建议采用工程中较实用的应力扩散法计算DDC桩法下卧层顶面附加应力， 采用分
层总和法计算下卧土体沉降 的公式如下：
(4－20)
式中， 为第i层土的平均附加应力，kPa ；
为第i层土的压缩模量,MPa ；
为第i层土的厚度,m 。
工点设计及计算分析
(1) 计算标准
计算荷载包括路基填土自重、轨道结构自重和列车活载等，其中列车荷载为ZK
活载，取换算土柱宽、高分别为、(路基填土容重取20 kN／m )。压缩层厚度
确定标准为附加应力小于0．1倍自重应力。根据《京沪高速铁路设计暂行规定》，定
义工后沉降量为基础设施铺轨时的沉降量与最终形成的沉降量之差。路基工后沉降量
按20mm控制。
(2) 设计断面及其参数
在目前工后沉降控制严格的条件下，需要设计计算准确，而计算的准确性取决于
ps ss
sss
ss
S 2
h
n
i si
zi
n
i
isS
11
2
zi
si
hi
参数取值，因此必须十分重视参数的测定工作。课题组针对铁二院设计范围 内深厚
湿陷性黄土地层进行了原位勘探取样及室内试验工作，代表性断面及其土层计算参数
如表4－2所示。该断面填土高度较高，达 m； 地基上覆黄土深厚，约40m，其
中湿陷性厚度约为20m， 下部为压缩性较低的砂质黄土； 下伏为中粗砂层，压缩性
较小。
表4-2 天然地基表层参数汇总表
土层编号 土名 厚度／m 容重／(KN／ ) 压缩模量／
MPa
<2—l> 砂质黄土 15
<2—2> 砂质黄土
<2—3> 砂质黄土 14
<2—3> 砂质黄土 19 28
<2—3—l> 砂质黄土 27
<2—9> 粉质黏土 30
<3—6> 中粗砂 —— 50
水泥土挤密桩
加固、改善路基土体的性能是控制路基变形保证其上构筑物正常使用的一种有效
方法和手段，目前湿陷性黄土路基加固技术主要是强夯、添加改良材料搅拌、注浆加
固、打桩等，通过这些加固手段提高路基的强度和刚度以达到控制基坑变形的目的。
由于路基加固具有工程量大、工期紧、养护时间短、要求见效快的特点。因此，我们
有必要去深入研究水泥土加固体的硬化机理、加固性能以及影响水泥土加固效果的因
素，从而改进加固工艺，使路基加固控制变形技术成为一种成本低、效果好、社会效
益和经济效益较明显的路基工程新技术。影响水泥加固土性能的因素虽然很多，但总
的可分为人为(静态)因素和非人为(动态)因素两大类。人为因素有诸如水泥等固化材
料的种类、性能及掺合量，施工工艺方式及水泥浆液的水灰比，养护龄期等。而非人
为因素主要是不同成因、性能的拟加固原状软土(包括土的含水量、土的渗透性)和水
泥土硬化反应作用的养护环境条件。针对在一定的非人为因素条件下，我们可以通过
控制人为因素来保证水泥加固土的性能满足工程设计的预期要求。通过试验研究，我
们可知：土料是水泥土强度发育的基础，水泥是水泥土强度发育的条件，而原状土的
含水量和施工工艺方式、水泥浆液水灰比、养护龄期和环境是水泥土强度发育的保证。
水泥土其它影响因素及有关性能研究
1、 土质对水泥加固土强度的影响
m3
加固设计前应对拟加固的原状软土的含水量、渗透性、土质成分、粒径、级配、
有机质含量等进行调查分析和相应的室内试验，再针对作相应的加固配比参数、施工
工艺方式设计，从而使水泥土加固能发挥最大效用。
不同土质具有不同的土料质地和成分。土颗粒的粗细和级配为土料的质地，自然
界土料质地的差别很大，通过试验表明：土中粗粒含量的增加可提高水泥土的强度，
反之水泥土强度随着细粒土(粒径小于)的增加而不断降低。实践证明，对级配
良好的土进行水泥土加固，既可节约水泥，又能取得满意的加固效果，美国的研究资
料表明，含有10％～35％粉粒和粘粒的砂土和砾土，用水泥加固效果最好。
土的矿物成分对水泥加固土的性质具有重要的影响，试验表明：含有少量蒙脱石
类矿物和不含腐殖质的各种碳酸盐土加固成水泥土后可取得良好的效果。土中的有机
质对水泥土的水解作用有着有害的影响，而其中腐殖质的成分对水泥土强度的影响是
最大的。腐殖质对水泥土硬化的不利作用随着腐殖质的酸性和活动性的增大而增长。
2、 水泥掺量对水泥加固土强度的影响
大量试验资料都表明，水泥土的强度随着水泥剂量的增多而增长，当水泥的矿物
成分相同时，水泥土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高，这是因为，随着水
泥比表面的增大，土的颗粒和微团粒与水泥颗粒的接触面积相应增大，从而使水泥在
土体中能够更均匀分布，并使水泥的结合性质能更有效地加以利用。对于同一种土，
在水泥土硬化条件和水泥矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大其化学活性程度和
硬化能力也相应增长。
3、 养护龄期对水泥加固土强度的影响
水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般情况下，7d时水泥土强度可达90d强度
的30％～50％，30d可达90d强度的60％～75％，而90d的强度为180d的80％，180d以
后水泥土强度增长仍未完全终止。
水泥加固土的强度与土质、龄期、水泥掺入比、水泥品种、标号以及施工工艺技
术有关，但是不同龄期之间其水泥土强度的相对关系基本是一致的。掌握了水泥土其
龄期增长的规律后，我们在进行路基土体加固设计施工时，可以在现场通过软取芯方
式测定7d或14d的水泥土强度来推测达到设计强度相应所需的养护龄期，以便调整施
工组织确定基坑开挖施工的计划，使得设计施工更加合理、充分发挥水泥加固体的作
用来控制路基变形。
水泥土挤密桩的加固原理
水泥土挤密桩加固是基于复合地基原理的一种加固方法。加固机理是以桩间土的
侧向挤密和桩身置换作用为本。通过在路基上挖孔并夯入水泥土，利用水泥土挤密桩
的高强度和成桩过程中的挤密作用达到提高路基基床承载力。
通过夯击能对水、泥、土混合体的作用，增加了土的活性，加速了水泥—水—土
体之间的一系列物化反应，由于水泥土的主要反应模式是通过水泥颗粒与土粒间的物
化反应，所以在夯击的作用下土体很快硬化成为一种新的物质—水泥土，增加了水泥
土的密实性和强度。同时由于水泥土侧向压力对周围土体的作用，使黄土密实度增加，
孔隙比减少，从而消除湿陷性，减少压缩性，提高抗振性能，减少了沉降与不均匀沉
降，缩短沉降期，从而达到了加固湿陷性的目的。其作用如下：
(1)密实的水泥土桩体取代了与桩体体积相同的软弱土，由于水泥桩的强度和抗
变形性能均远远大于周围的土，所以由桩与桩间土共同组成的复合地基的承载力大于
天然地基的承载力，沉降量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏
力。
(2)在黄土中夯击水泥土时，对其周围产生很大的横向挤压力，水泥土将地基中
水泥土桩间的土挤向水泥土桩周围的土层，使土体孔隙比减小，密度增加，从而消除
黄土湿陷性，提高地基承载力。
(3)土层密实度增加，结构强度提高，表现在标贯击数增加，从而提高土层本身
的抗液化能力。
地基沉降计算
地基沉降计算基本原理
由于接触压力的作用，在地基中将引起荷载压力，从而导致地基变形。在荷载作
用下，当土中剪应力小于土的抗剪强度时，土的骨架只产生压缩变形，这类变形是有
限的， 其结果是地表产生有限的下沉，称之为沉降。地基受到相同荷载作用所产生
的沉降， 随土性质而有差别， 这些差别不仅表现在总沉降量上，而且也反映在沉降
速度上。一般来说，在荷载作用下， 地基沉降包括部分： 当荷载刚刚加上时，在很
短的时间内产生的瞬时沉降，是地基土骨架在一个轴上产生弹性或非弹性变形的结果；
其次是主固结沉降（也叫渗透固结沉降），它是饱和黏性地基土在荷载作用下，孔隙
水被挤出而产生渗透固结的结果；再次是次固结沉降，它是上述地基孔隙水基本停止
挤出后，颗粒和结合水之间的剩余应力还在调整而引起的沉降。
CFG 桩的沉降计算
我国行业规范将CFG桩加固地基归人复合地基范畴，计算地基变形时，地基内的
应力分布，采用各向同性均质线性变形体理论， 最终变形量按下式计算：
S= (4－21)
式中, ——地基最终变形量(mm) ；
——按分层总和法计算出的地基变形量(mm) ；
n——沉降计算深度范围内所划分的土层数；
——路堤基底附加应力(kPa) ；
、 —— 路堤基底至第i层土 、第i-1 层土底面的距离(m)；
、 ——路堤基底计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力
系数；
——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测 资料及经验确定，无地区经验
时可按表取值
4-3 沉降计算经验系数表
表4－3 中 为变形计算深度范围内压缩模量的当量值， 应按下式计算
= (4－22)
式中， ——第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值 ；
——基底第i层土的复合压缩模量( MPa ) ，取天然地基压缩模量的 倍，
值可按下式确定。
(4－23)
式中, ——天然地基承载力特征值(kPa) ；
zzz
p
iii
n
i si
ss
aS
11
1
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s
s
p
0
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s
MPaE s
s
E s
E s
A
A
si
i
i
Ai
si
f
f
ak
spk
f
ak
—— 复合地基承载力特征值(kPa) ，
(4－24)
式中, ——桩土面积置换率，可据以确定桩间距 ；
——桩的面积(m) ；
——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值；
——处理后桩间土承载力特征值(kPa) ，宜按当地经验取值，如无经验时，
可取天然地基承载力特征值；
——单桩竖向承载力特征值(kN) ，当采用单桩载荷试验时，应将单桩极限承
载力除以安全系数2；无试验资料时，可按下式估算 ：
(4－25)
式中， ——桩周长(m) ；
——桩长范围内所划分的土层数；
——第i层土的厚度(m)；
、 ——桩周第i层土的侧摩阻力、桩端阻力特征值(kPa)当桩身强度一定
时，单桩竖向承载力特征值需同时满足
(4－26)
桩板桩基承载力、沉降计算
由单桩承载力和沉降来控制计算桩及调整桩间距， 承载力计算执行《 铁路桥地
基和基 础设计规 范》( -2005)；沉降计算依据“铁路工程设计技手册《 桥
梁地基和基础》”。
1 桩的容许承载力：[P]= (4－27)
式中，U ——桩身截面周长(m) ；
——各土层极限摩阻力(kPa) ；
——各土层厚度(m)；
——桩底地基土的容许承载(kPa)；
f
spk
f
A
Rf
sk
p
a
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mm 1
m
Ap
f
sk
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n
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u p
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3
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a
AU mIf ii 02
1
f
i
I i
——桩底支承力折减系数(m)。
单根摩擦桩沉降：
(4－28)
式中， ——作用于桩顶的轴向压力；
——桩身材料的受压弹性模量；
——桩身横截面面积；
——地面以上桩长；
h——地面以下桩长；
——桩底处土层的竖向抗力系数；
= ， 为土层的竖向地基系数的比例系数；
——为地面处以 ／4( 为各土层平均内摩擦角)角扩散至桩底平均的面积
计算；如果此面积大于以相邻桩底面中心距为直径所得的面积， 则采
用相邻桩中心为直径所得的圆面积。
第 4 章 路基沉降监测
路基沉降监测的目的
由于路基沉降的计算与分析涉及勘测、设计、施工、质量检测等诸多环节相关联，
其计算精度仅能作为估算要求，不足以满足无砟轨道路基沉降的控制要求，路基沉降
的控制，应以施工过程的现场监测数据进行分析。因此，路基应根据不同的地基条件、
不同的结构部位设置相应的沉降监测剖面，开展施工期间系统的沉降监测与评估分析，
以满足路基沉降的控制要求。路基施工期间系统的沉降监测是轨道路基施工质量的重
要前提。通过路基沉降的现场观测，一方面可监测填土施工过程中地基的稳定性，从
而控制填土速率；另一方面可据以推测地基的沉降变形规律，推算路基的最终沉降并
判断是否满足规范要求。及时采取沉降控制措施，地基的工后沉降满足。若在观测期
内，路基沉降实测值超过设计值的20％及以上时，则需及时查明原因，必要时进行地
质复查，并根据实测数据调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取有效的沉降
m0
A
A
A
00
0
2
1
C
I NhNN
N
A
L0
C0
C0 hm 0 m0
A0
控制措施。可以说，做好路基沉降的控制关键在于何获得能真实反映路基沉降变形的
数据。
路基沉降的监测内容及要求
高速铁路尤其采用无砟轨道技术的客运专线，其轨道施工对路基的工后沉降要求
十分严格，如果沉降控制达不到设计要求，会造成轨道板大部分甚至全面返工、列车
停运的严重后果。将不能进行无砟轨道的铺设，工后沉降量是控制无渣轨道施工的重
要控制条件。沉降观测中最常用的是要根据建筑体的性质、使用情况、观测精度、周
围的环境以及对观测的要求而定，垂直位移多采用水准测量方法，在平顺性要求极高
的高速铁路采用精密水准测量方法。通过布设控制网，按一定精度要求，根据施工进
度及加载实况，定期定点对路基在施工过程中的沉降进行观测，整理用以评估路基是
否稳定的汇总数据。
路基工程施工应按设计要求进行地基沉降、侧向位移的动态观测。观测基桩必须
置于不受施工影响的稳定地基内，并定期进行复合校正。观测装置的埋设位置应符合
设计要求，且埋设稳定。施工中应保护好观测桩及观测装置。
根据不同的路基高度，不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置沉降监
测剖面，且监测范围应函盖所有沉降发生的路基地段。沉降动态变形监测的内容包括
路基面沉降监测、路基本体沉降监测、基底沉降监测、深厚层地基分层沉降监测、软
土地基水平位移监测、复合地基加筋(土工格栅)应力应变监测共六个方面。路基面监
测点是变形监测的重点部位，同时为评价沉降的发生与发展规律，预测总沉降量及工
后沉降完成时间，还必须在路基填层中以及路基基底布置监测点。路基面的沉降观测
主要通过沉降观测桩来监测；路基基底的沉降观测主要通过单点沉降计、沉降板来监
测；路堤本体的沉降观测主要通过剖面沉降管来监测。
基底沉降监测与路堤本体沉降监测在一般路基(非试验段路基)地段监测点可同
时布置于路基基底和基床底层顶面；分层沉降监测、加筋(土工格栅)应力、应变监测
按不同的工程地质地貌单元，选择代表性地基类型工点进行；基底沉降监测与路堤本
体沉降监测在一般路基(非试验段路基)地段监测点建议一同布置于路基基底和基床
底层顶面。
沉降观测基本要求
测量仪器、设备精度满足观测进度和精度要求，并保持相对稳定．利用一台二等
水准仪及水准尺配3m铟钢尺，并校正合格。成立专职技术人员组成的沉降观测小组，
测试人员技术素质合格，人数足够，且保持相对稳定。
水准网布设符合测量规范，结实不宜破坏，并与施工作业面保持一定距离，以免
施工影响。水准网内水准点应不少于3个。水准网应定期复核，避免误用。
为保证施工过程中沉降观测桩不被破坏，对施工负责人，工程机械司机及运输车
司机进行沉降观测重要性的专项教育，运输车辆在沉降观测桩周围卸土时，设专人指
挥倒车，夜问路基填筑施工时沉降观测桩要涂反光材料，确保沉降观测杆不被破坏。
如果发现碰撞或丢失，立即补好。
在所有观测桩的位置插上标志旗，以提醒操作人员注意．沉降观测杆周围改用
TY60打夯机夯实，并重点抽查该处的压实质量。
观测杆太高时，影响观测精度，根据设计要求控制高度，以高出路面左右
为好。
埋设完的沉降板观测秆应随路基填高及时接长加高，在接长时要牢固，丝扣旋紧，
消除接管误差。
路基沉降监测的技术要求
客运专线路基沉降监测范围应函盖所有会产生沉降的路基地段，监测的内容包括
路基面沉降监测、路基本体沉降监测、基底沉降监测、深厚层地基分层沉降监测、软
土地基水平位移监测、复合地基加筋(土工格栅)应力应变监测共六个方面。路基面监
测点是变形监测的重点部位，同时为评价沉降的发生与发展规律，预测总沉降量及工
后沉降完成时间，还必须在路基填层中以及路基基底布置监测点。路基面的沉降观测
主要通过沉降观测桩来监测；路基基底的沉降观测主要通过单点沉降计、沉降板来监
测；路堤本体的沉降观测主要通过剖面沉降管来监测。沉降监测剖面的设置及观测内
容、元件的布设应根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况，结合沉降预测
方法和工期要求综合确定。路基底沉降观测断面沿线间距一般不大于200m，并要求
每个断面埋设1～2个沉降板；路基面沉降观测断面的间距一般不大于50m，地势平坦、
地基条件均匀良好的路堑和高度小于5m的路堤可放宽到100m，要求每断面布设3个观
测桩；对地形、地质条件变化较大地段应适当加密观测断面。
外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观
测成果的重测和取舍按《国家一、二等水准测量规范》(GB／T 12897—2006)有关要
求执行。
观测做到四个固定：固定观测人员；固定仪器及水准尺；固定后视尺读数；固定
测站及转点。数据处理时，闭合差、中误差等均满足要求后进行平差计算，主水准路
线进行严密平差，选用经鉴定合格的软件进行。
客运专线路基沉降监测类型应根据路基填筑高度、路基结构、地基条件以及监测
内容等因素确定，大致可分为7种类型，分别是：(1)一般路堤地段沉降监测(A型)；(2)
一般软弱土地基路堤地段沉降监测(B型)；(3)深厚覆盖层地基地段沉降监测(C型)；(4)
低填浅挖路基地段监测(D型)；(5)过渡段路基沉降监测(E型)；(6)岩溶路基沉降监测(F
型)；(7)路堑地段的深层沉降监测(G型)。当路基基底或下卧压缩层为平坡时，路堤主
监测断面为线路中心；当地表或下卧压缩层横坡大于20％时，在填方较高侧或压缩层
厚侧还应增加监测点。
客运专线沉降变形观测开始，最少时间为6个月，在无砟轨道铺设后12个月完成。
路基沉降整个检测过程可分为四个阶段：第一阶段为路基填筑施工期间的监测，主要
检测路基施工填筑期间地基土的沉降以及路堤坡脚边桩位移；第二阶段为路基填土施
工完成后，自然沉落期及摆放期的变形监测，该阶段应对路基面沉降、路基填筑部分
沉降以及路基基底沉降进行系统的检测，直到工后沉降评估可满足要求铺设无砟轨道
为止；第三阶段为铺设无砟轨道施工期的监测；第四阶段为铺设轨道后及试运营期的
监测。
合理选择观测设备。
沉降观测设备常用的有沉降板、剖面沉降管、观测桩、定点式剖面沉降测试压力
计等，但各种观测设备均有其优缺点。通过近几年在无砟轨道客运专线路沉降观测中
的应用，剖面沉降管虽然易于保护，且能够量测出路基横断面的沉降趋势，但精度较
低；沉降板、观测桩精度较高，但在施工中易被破坏； 定点式剖面沉降测试压力计
是一种易于保护且测量精度相对较高的新型设备，已在某些客运专线中采用。因此在
一个观测断面中应布置2种以上观测设备，这样有利于测点看护，便于集中观测，统
一观测频率，更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。
观测元件埋设说明
(1)沉降观测桩：选择中 20㎜钢筋，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待
表层级配碎石施工完成后，在观测断面通过测量埋置在设计位置，埋置深度不小于
。桩周用C15混凝土浇筑固定，完成埋设后测量桩项标高作为初始读数。
(2)沉降板：由底板、金属测杆( 20镀锌铁管)及保护套管( 49 PVC管)组成。钢
筋混凝土底板尺寸为50cm 50cm，厚3cm或钢底板尺寸为30×30cm，厚。
≯位置应按设计测量确定，埋设位置处可垫l0cm砂垫层找平，埋设时确保测杆与
地面垂直。
≯放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，再套上保护套管，保护套管略低于沉降
板测杆，上口加盖封住管1：3，并在其周围填筑相应填料稳定套管，完成沉降板的埋
设工作。
(3)测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，随着路基填筑施工
逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以为宜，接长前后测量杆顶标高
变化量确定接高量。金属测杆用内接头连接，保护套管用PVC管外接头连接。
(4)位移边桩：在两侧路堤坡脚外2m及12m处各设一个位移观测边桩。位移观测
边桩采用C15钢筋混凝土预制，断面采用15cm×15cm正方形，长度不小于。并在
桩顶预埋 20mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线。边桩埋置深度在地表以下不小于，
桩顶露出地面不应大于l0cm。埋置方法采用洛阳铲或开挖埋设，桩周以C15混凝土浇
筑固定，确保边桩埋置稳定。完成埋设后采用经纬仪(或全站仪)测量边桩标高及距基
桩的距离作为初始读数。
沉降观测操作要求
(1)为了观测到各部位的沉降，从路基填土开始，沉降观测也随即进行。预压地
段按照相关要求在基床底层顶面设置临时沉降观测桩，非预压地段，此时基床表层的
级配碎石也未填筑，在路基中心及两侧各2m范围内设置临时沉降观测桩。临时沉降
观测桩的材质，埋置要求及观测标准与正式的沉降观测完全相同，待预压土卸载时。
临时沉降观测桩随之拆除或废弃沉降板测杆随之降低，待基床表层的级配碎石铺设完
成后，按照相关要求埋设正式的沉降观测桩，开始观测路基沉降。
(2)沉降板随着预压土的填筑而接高，随预压土的卸载而降低，观测连续进行，
剖面沉降管和位移观测桩不受预压土的影响。
(3)沉降设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的填筑施工要与设备的埋
设做好协调，做到互不干扰、影响。观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行。
不能影响路基填筑质量。
(4)观测过程中发现异常及时查明原因，尽快妥善处理。
(5)路基填筑过程中应及时整理路堤边桩位移及中心沉降观测点的沉降量．当边
桩水平位移大于5m／天，垂直位移大于l0mm／天．路堤中心地基处沉降观测点沉降
量大于lOmm／天时，应及时通知项目部，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢
复填土，必要时采用卸载措施。
(6)资料整理要求
≯均采用统一的路基沉降观测记录表格，做好观测数据的记录与整理，观测资料
应齐全、详细、规范，符合设计要求。
≯所测数据当天及时按照沉降评估单位规定的格式输入电脑，并进行分析，整理，
核对无误后在计算机内保存。
≯按照提交资料要求及时对测试数据进行整理、分析、汇总，及时绘制路基面、
填料及路基各项观测的荷载—时间—沉降过程曲线。
沉降观测时间、频率
合理确定观测频次。
观测频次太低，容易漏掉某些关键观测时间段；太高则导致数据起伏太大，沉降
曲线不易拟合，给评估工作造成困难。一般沉降观测频次以一周左右为宜，当环境条
件发生变化(如下雨、耕地浇灌、抽取地下水等)或数据异常时应及时观测。京津城际
轨道交通工程在沉降观测过程中就出现下雨前后沉降出现突变的现象。
路基填筑过程中，连续填筑的路基边桩及沉降每天进行1次观测，在沉降量较大
的情况下，每天观测2～3次；边桩及沉降在施工期间每天应进行一次观测，在沉降量
突变的情况下，每天应观测2～3次。当两次填筑间隔时间较长时，每3d至少观测一次。
当沉降速率变大时，增加观测频率。根据观测结果整理绘制“填土高—时间—沉降量”
关系曲线图，分析土体的沉降和侧向位移发展趋势，判断地基的稳定性，发现异常情
况及时处理。路基填筑至设计高程，在路肩设观测桩，与边桩和沉降同步进行观测。
路堤经过分层填筑达到预期高程后，在预压期的前2～3个月内，每5d观测一次；三个
月后7～15d观测一次；半年后一个月观测一次，一直观测到预压末期，根据观测结果
整理绘制“荷载—时间—沉降量”关系曲线图，推算剩余沉降，判断沉降是否稳定、剩
余沉降能否满足工后沉降要求，确定能否卸载。
当路堤中心线地面沉降速率每昼夜大于10㎜，或坡脚水平位移速率每昼夜大于5
㎜时，应立即停止填筑，待观测值恢复到限值以内在进行填筑。
路基填筑至设计高程后，应按设计在路肩设观测桩，与边桩和沉降同步进行观测，
通过测量路肩观测桩的高程变化，确定路基面的沉降量。
沉降观测资料应及时整理、汇总分析，并提供给相关单位作为工后沉降评估的依
据。
竣工验交时，沉降观测设施和观测资料应与工程同时移交给工程接收单位。
沉降观测资料的应用
(1)提供动态设计
沉降观测资料要及时整理、汇总，当发现非正常沉降或沉降值、沉降速率超过设
计、放置期间沉降不能稳定时，必须及时分析原因，提交设计单位重新评价采取的工
程措施，进行动态设计。
(2)控制填筑速率
沉降观测结果满足地面沉降速率(10mm／d)和坡脚水平位移(5mm／d)要求，施工
组织可加快填筑速率，给填筑后的路基留有足够的沉降观察分析时间；否则，需要停
工，分析原因，必要时采取卸载措施，防止地基失稳。
(3)推算总沉降和剩余沉降量。
利用沉降观测实测成果的曲线推算最终沉降量及剩余沉降量的方法较多，常用的
有双曲线法、修正指数函数法、对数曲线法和星野法等，每种方法由于对实测资料的
利用阶段不同，对各实测曲线的适用性也并不完全一样，而且不同的地基加固方法、
沉降观测时间的长短以及初始时间的选择等都会对推算精度产生影响。由于工期的限
制，预压时间通常较短，现场推算时，宜采用多种方法，在预压期间每月整理观测资
料，绘制沉降曲线，推算总沉降量，计算剩余沉降，与上月推算结果比较，使沉降推
算精度逐步提高。
(4)合理选择评估方法。
沉降评估一般采用曲线拟合法，曲线拟合又分指数曲线、双曲线、修正指数曲线、
修正双曲线、三点法、星野法等多种。修正双曲线法具有较好适用性，并且可预测在
未来某个时间点施加荷载后产生的沉降，同时从大量分析结果看，修双曲线法预测的
结果一般偏大，而无砟轨道路基沉降要求标准高，选用修正双曲线法其结果偏于安全，
是比较适宜。
第5章 结论与展望
结论
高速铁路作为科技含量较高的工程项目，是体现我国科学技术发展的重要标志，
为实现“ 以人为本、服务运输” 的建设理念.高速线路运行的平稳性以及旅客的舒适
性是检验基础设施工程质量的重要指标之一。本文针对黄土路基的沉降展开叙述，简
单介绍了路基铁路建设的国内外研究现状和黄土的结构与性质。主要介绍了高速铁路
路基沉降控制标准，路基的填料，路基处理方法及效果，路基沉降的原因，危害，路
基沉降的影响因素、加固地基的方法及比较、沉降计算及路基监测等。
展望
随着世界高速铁路技术的不断发展，高速列车的商业运行速度迅速提高。旅行时
间的节约，旅行条件的改善，旅行费用的降低，再加上国际社会对人们赖以生存的地
球环保意识的增强，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头。作为 21
世纪主要交通工具之一，高速铁路得到各国的青睐。
高速铁路的发展和运营实践表明：高速铁路在我国有很大的发展空间和潜力，我
国应充分利用后发优势，实现我国高速铁路的跨越式发展。所以，在未来的十几年里，
我们不仅要大量发展高速铁路，而且在技术和管理上还要赶超一些发达国家的水平，
实现中国铁路现代化。
铁路的发展必然要求路基技术的不断成熟与完善，在科技发达的现代，路基技术
的发展又会促使高铁进入一个新的发展时期。
参考文献
[1] 陈仲颐，周景星，王洪瑾．土力学[M]．北京：清华大学出版社，2005.
[2] 龚晓南．复合地基设计和施工指南[M]．北京：人民交通出版社，2003.
[3] 池淑兰，孔书祥．路基工程[M]．北京：中国铁道出版社，2002.
[4] 中华人民共和国铁道部．铁路路基设计规范 TB 10001—2005[S]．2005．
[5] 范云．地基加固技术[M]．石家庄：石家庄铁道学院，1999.
致谢
毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基
本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后
撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。
这次毕业设计的顺利完成，首先要感谢石家庄铁道大学，是她为我们提供了学习知识的土壤，
使我们在这里茁壮成长；感谢卜建清老师的耐心指导与关怀，对我的设计提出了许多宝贵的意见
和建议，感谢同学的帮助，使我能顺利完成毕业设计。
