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绪论
1.1研究的目的与意义
1.2国内外的研究现状
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。
国外铁路发展的方向是重载及高速铁路。发展重载铁路(250～360KN)的国家有美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等；发展高速铁路的国家有法国、日本、德国等。这些国家制订了较高的路基标准和严格的施工工艺。其特点如下：
(1)结合路基工程规定了详细的岩土分类，要求进行详细地调查，为设计、施工及养护提供必须的依据资料。
(2)加强了轨道基础的路基机床部分，包括路堤、路堑及不填不挖地段，特别是对机床表层的材料(日本新干线要求设置加强机床，很多国家设置基层或防护层、垫层)有严格条件并规定了强度要求。
(3)对路堤各部分的填土规定了相应的填料标准，填土质量标准要求较高。 (4)为控制路基发生过大的下沉，对路堤填土提出了规定及处理要求。 (5)加强路基的排水系统、边坡和灾害的防护。
1.3论文研究的主要内容
路基沉降相关知识介绍
2.1 路基沉降
2.1.1路基的定义
路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，是铁路和公路的基础，路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基。从材料上分，路基可分为土路基，石路基，土石路基三种。
路基由填筑或开挖而形成的直接支承轨道的结构。也叫做线路下部结构。路基与桥梁、隧道相连，共同构成一条线路。路基依其所处的地形条件不同，有两种基本形式：路堤和路堑，俗称填方和挖方。铁路路基的作用是在路基面上直接铺设轨道结构。因此，路基是轨道的基础，它既承受轨道结构的重量，即静荷载，又同时承受列车行驶时通过轨道传播而来的动荷载（参见路基荷载）。路基同轨道一起共同构成的这种线路结构是一种相对松散连结的结构形式，抵抗动荷载的能力弱。建造路基的材料，不论填或挖，主要是土石类散体材料，所以路基是一种土工结构。因而路基经常受到地质、水、降雨、气候、地震等自然条件变化的侵袭和破坏，抵抗能力差。因此，路基应具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。对于高速铁路，路基还应有合理的刚度，以保障列车高速行驶中的平稳性和舒适性。
2.1.2沉降的含义
地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。
路基沉降是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［1］。
路基沉降是指由于路基土压实度不足或松软，在水、荷重、自重及列车振动作用下发生局部或较大面积的竖向变形。一般经过列车运行一段时间后，下沉会趋于缓解，但有时因荷重增加或水的作用使沉降速率加大，局部下沉也会造成陷槽，使线路不平顺。
2.1.3沉降的现象介绍
地面沉降现象是指地面下沉的现象。是目前世界各大城市的一个主要工程地质问题。它一般表现为区域性下沉和局部下沉两种形式。可引起建筑物倾斜，破坏地基的稳定性。滨海城市会造成海水倒灌，给生产和生活带来很大影响。
2.2 沉降的类型
2.2.1构造沉降
由地壳沉降运动引起的地面下沉现象。
构造沉降是指地壳构造运动引起的地面沉降活动。地壳运动的形式非常复杂,所产生的效应多种多样,其中伴随地壳隆起、拗陷、断裂活动和其他构造变形产生的地面沉降现象都属于构造沉降。构造沉降速率因时因地而异。相对非构造沉降活动而言,其沉降范围或区域比较大,沉降速率一般比较小。构造沉降活动不为人类活动控制,而且大部分地区的构造沉降在漫长的地质时期中持续进行,所以认识构造沉降活动规律,分析构造沉降活动对地面沉降灾害的影响,是研究和防治地面沉降灾害的重要内容。
2.2.2抽水沉降
由于过量抽汲地下水(或油、气)引起水位(或油、气压)下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。
抽水引起土层压密变形，是由于含水层（组）内承压水水头下降，上覆压力不变从，而使粒间应力，即有效应力增加的结果。含水层的压密是含水层中沙粒位置发生了调整从而导致了在弱透水层的压缩下水体排出而孔隙体积减小。
2.2.3采空沉降
因地下大面积采空引起顶板岩(土)体下沉而造成的地面碟状洼地现象。
地下固体矿床开采后所留下的空间区域称作采空区，当矿体（煤、金属矿石等）从地下被开采出来后，上部覆岩体失去支撑而导致平衡发生了破坏，而为了达到新的平衡，应力进行重分布，在这一过程中，采空区上部岩石变形和移动会向上波及到地表，地层内部岩石的强度和内聚力也会大大的降低，并在地表呈现出塌陷、裂缝和台阶等多种形式的变形，直到上覆岩层整体下沉，这种下沉称为采空沉降。
2.3 沉降的引发原因
2.3.1自然原因
自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。可概括为地形、气候条件、水文条件三个方面的影响。
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
2.3.2人为原因
人为因素主要包括开发利用地下流体资源(地下水、石油、天然气等)、开采固体矿产、岩溶塌陷、软土地区与工程建设有关的固结沉降等。
第一是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。
第二是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。
第三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。
第四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。
沉降对于铁路工程的不良影响
3.1 对路基的影响
3.1.1路基稳定性的影响
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0.13g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。
3.1.2测量数据的影响
3.2 导致坡差造成的影响
沉降的监测标准要求
4.1客观要求
4.1.1仪器设备、人员素质的要求
根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建(构)筑物在不断加荷下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10-1/20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪(S1或S05级)，水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度铟合金水准尺。在不具备铟合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一段标尺。 作业人员必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，熟悉测量理论，能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序，对实施过程中出现的问题能分析原因并正确运用误差理论进行平差计算，按时、快速、精确地完成每次观测任务。
4.1.2观测时间的要求
建(构)筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，其他各阶段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，不得漏测或补测。只有这样，才能得到准确的沉降情况或规律。相邻的两次时间间隔称为一个观测周期，一般高层建筑物的沉降观测按一定的时间段为一观测周期(如:30天/次)或按建筑物的加荷情况每升高一层(或数层)为一观测周期，无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。
4.1.3观测点的要求
为了能够反映出建(构)筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以15-30米为宜，均匀地分布在建筑物的周围。通常情况下，建筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。此外，埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段，是否会因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。
4.2主观要求
4.2.1"五定"原则
"五定"即沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降观测点，点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。
4.2.2施测方法要求
在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3-6个月后重新对所用仪器、设备进行检校。 在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。
4.2.3观测精度要求
根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在无特殊要求情况下，一般高层建(构)筑物采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。
4.2.4整理及计算要求
原始数据要真实可靠，记录计算要符合施工测量规范的要求，按照依据正确、严谨有序、步步校核、结果有效的原则进行成果整理及计算。
对沉降的防护措施
5.1沉降监测及手段
5.1.2沉降的监测计算
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。
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) 。
?s=s1=s2=s3??
式中，s1--加固区变形；
s2--下卧层变形，按《建筑地基基础设计规范》(GB5O007-2002)计算；
s3-- 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)。
我们知道高速铁路路基工程包括地基工程、路基本体工程、支当结构、边坡防护工程、给水排水工程。
其中地基处理的主要方法有排水固结法（塑料排水法、袋装沙井）、CFG桩、混凝土打入桩、强夯、灰土挤密桩、挤密桩复合地基（砂桩、碎石桩）以及半刚性桩复合地基（粉喷桩、搅拌桩）。对于这些处理方法，工程师应该根据工程所处的基本实际情况进行合理的选择，以更好的控制路基变形以及路基刚度的均匀性。从而确保列车行驶时更加稳定安全舒适。同样，这也是一个工程师应该具备的基本素质，合理选择施工形式，在经济、进度以及安全性上以达到最好的效果。
路基本体工程是指基床以下路基以及基床底层、表层的填料要求。首先应选择板 体性好、可压缩性小、压实快、透水性强的材料，如卵砾石、碎石土及砂砾土等，并要求填料级配适当。采用非透水性土，当为粘土或粉质亚粘土时，应掺入灰剂量 不小于6％的Ⅲ级以上石灰进行改良；当为塑性指数较小的砂土、亚砂土或粉土时，应掺入灰剂量不小于3.5％的标号325以上的普硅水泥进行稳定，也可以采 用强度较高的工业废渣，如粉煤灰等，必要时还可采用土工合成材料加筋处理，但施工中应严格按《公路路基施工技术规范》、《公路粉煤灰路堤设计与施工技术规 范》和《公路土工合成材料应用技术规范》进行操作。其实这个也可以进行这样更加细的分类，对路基不同部位的填料，用级配碎石、A、B、C组土以及改良土。比如说A组优质填料，它包括硬块石，级配良好和细粒土含量小于百分之十五的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角粒土、砾砂、中砂、粗砂。B组良好集料包括不易风化的软块石、卵石土、碎石土圆砾土、角粒土、砾砂、中砂、粗砂等等。C组一般填料包括易风化的软块石（胶结物为泥质），细粒土含量在30%以上的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角粒土、粉砂、粉土和黏粉土。可见填料是非常丰富的。选择好的合适的填料会使路基沉降量很小，倘若填料选择不当可能会造成路基沉降量超标，有时会带来严重的经济损失甚至是严重的安全事故。
一般而言，我们会在满足工程需要的前提下尽量就地取材以节省运费。合理的进行挖方填方。以满足对沉降量要求更加严格高速铁路的需求。有时候一个新的要求会给工程带来技术难题，不仅加大了施工难度同时又会增加技术投资和工程投资，影响工期。但是，从另一方面而言，一个新的要求会给工程带来技术难题往往会带来技术上的革新与技术上的进步。这也是我国高速铁路快速发展以及我国对高速铁路技术掌握甚至是走到世界先进水平的原因。比如说，最近几年我国取得的技术上突破有：
（1）是工程建造技术达到世界先进水平。针对我国复杂多样的地质及气候条件，攻克了湿陷性黄土和软土地区沉降变形控制难题，掌握了复杂地质条件下高速铁 路地基处理和路基填筑技术。系统掌握了常用跨度简支箱梁的制造、运输、架设成套技术，攻克了跨大江大河和高架站桥等复杂桥梁建设难题，攻克了大断面复杂隧道建设技术难题，实现了高速列车在隧道内以时速350公里交会。系统掌握了高速铁路有砟、无砟轨道成套技术。自主研制了满足时速350公里要求的高速道岔，掌握了百米钢轨制造、运输、铺设、焊接成套技术，攻克了长大桥梁无缝线路技术难题。攻克了高速列车重联运行接触网关键技术难题。
（2）是高速列车技术达到世界先进水平。系统掌握了时速200～250公里动车组核心技术，全面构建了设计制造体系。
（3）是列车控制技术达到世界先进水平。系统掌握了满足时速250公里的CTCS-2级列车运行控制技术，成功应用于既有线第六次大面积提速和新建的时速250公里高速铁路。研发了具有世界领先水平的CTCS-3级级列车运行控制技术。
（4）是客站建设技术达到世界先进水平。
（5）是系统集成技术达到世界先进水平。
（6）是运营维护技术达到世界先进水平。积极开展高速铁路减振降噪、节能环保等技术攻关，大量采用新材料、新能源及现代信息技术，使高速铁路在节能环保方面的优势得到充分发挥等等。当然这一切是源于科学工作者以及工作人员的共同努力，同时也是解决工程问题的一个过程。
同时，要想使高速列车快速平稳的行驶而不会出现跳车现象，那么就要克服由于作用于地基压力的不同或地基土质的不同而引起基础不均匀沉降，以及其在超静定结构中产生的内力。所有结构物背后填筑，应尽量与路基填土协调进行。结构物施工所需场地，尽量不占用路基填土范围；确实需要者，应空出一段满足路堤大型机械施工所需的最小 作业段，并应加宽背后填土的宽度，以利压路机横向碾压(U型桥台内及两侧锥心填土，应采取加强夯等特殊措施，杜绝人工夯实)。对于柱式或肋板式桥台，立 柱、肋板施工完成后，先回填台背后施工台帽(桥台盖梁)，以便压路机通过柱(肋)间压实回填料。台帽施工可不设支架，在填方顶面直接架设模板浇注混凝土。 锥坡填土应适当加宽，并削除多余土方，以保证浆砌片石护坡的坚实稳定。
路基的支挡与加固是通过挡土墙来实现的。挡土墙的种类比较多，其中包括重力式挡土墙、短卸荷板式挡土墙、悬臂式和扶壁式挡土墙、加筋挡土墙、板桩
式挡土墙、锚定板挡土墙等等。不过其中重力式挡土墙用的还是比较多的。因为其结构形式比较简单，施工相对比较方便。
虽然在土力学中已经学过挡土墙，但是当时并没有解决挡土墙的排水问题。我们知道，水分会增加土含水量，从而增加土的自重应力，进而对挡土墙的主动应力也会增加。地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身受到额外的静水压力，粘性土填料也会因含水量增加产生的膨胀压力，也会有季节性冰冻地区填料的冻胀压力。另外，水分还会对填土的结构造成破坏。为防止不均匀沉降和地基土的破坏，挡土墙排水显得尤为重要。挡土墙的排水设施通常由是内地面排水和墙身排水两部分组成。
地面排水可设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。墙身排水主要是为了迅速排除墙后积水。浆砌挡土墙应根据渗水量在墙身的适当高度处布置泄水孔。泄水孔尺寸可视泄水量大小分别采用5cm×10cm、10cm×10cm、15cm ×20cm的方孔，或直径5~10cm的圆孔。泄水孔间距一般为2~3M，上下交错设置。最下排泄水孔的底部应高出墙趾前地面0.3m；当为路堑墙时，出水口应高出边沟水位0.3m：若为浸水挡土墙．则应高出常水位以上0.3m，以避免墙外水流倒灌。为防止水分渗入地基，在最下一排泄水孔的底部应设置30cm厚的粘土隔水层。
另外，滤层的设计以及采用是十分必要的。讲座时听何贤军总工说过，挡土墙破坏有很多都是由于排水出现问题。而设置滤层就是为了避免堵塞孔道。当墙背填土透水性不良或有冻胀可能时，应在墙后最低一排泄水孔到墙顶0.5m之间设置厚度不小于0.3m的砂、卵石排水层或采用土工布。
在边坡防护工程上，通过查阅资料，我的确查到许多种边坡防护方法。不过，我更加青睐在边坡上种植植被，通过植物来进行防护的方法。一方面，植被的延续性比较强而且绿化环境，优化环境；另一方面，植物还具有保土功能，植物的垂直根系可穿过坡体浅层的松散风化层，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。当然，我不是说仅仅是用植物，因为如果只是用植物的话，对于高陡边坡，若不采取工程措施，植物生长基质则难以附于坡面，植物便无法生长，因此，植被护坡技术必须是植物措施与工程措施相结合，发挥二者各自的优势，才能有效地解决边坡工程防护与生态环境破坏的矛盾，既保证了边坡的稳定，又可实现坡面植被的快速恢复，达到人类活动与自然环境的和谐共 处。
高速铁路路基沉降是指基础设施在竖直方向上的位移。其实，在沉降方面还有一个非常重要的概念，那就是工后沉降。工后沉降是由三部分组成。它包括路基填土压密下沉、行车引起的机床累计下沉（此部分下沉量一般比较小1-2毫米，一般可以忽略）、地基下沉引起的工后沉降。
在高速铁路建设施工过程中，沉降观测是指导填土速率，检测沉降必不可少的部分。同时，沉降观测对保证工程安全顺利的进行也是十分必要的。路基工程沉降变形观测以路基面沉降观测和地基沉降观测为主，应根据不同的结构部位、填方高度、地基条件、堆载预压等具体情况来设置沉降变形观测断面。同时应根据施工过程中掌握的地形、地质变化情况调整或增设观测断面，这个在之前学习的《工程测量》上也有提到过。路基沉降观测断面应该符合以下原则：
1 、沿线路方向的间距一般不大于50m；对地势平坦且地基条件均匀良好的路堑、填方高度小于5m且地基条件均匀良好的路堤可放宽到100m。
2 、对地形、地质条件变化较大地段应加密断面，一般间距不大于25m，在变化点附近应设观测断面，以确保能够反映真实差异沉降。
3 、一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。
4、 对地形横向坡度大于1：5或地层横向厚度变化的地段应布设不少于1个横向观测断面。
5 、路堤与不同结构物的连接处应设置沉降监测断面，每个路桥过渡段在距离桥头5m、15m、35m处分别设置一个沉降监测断面，每个横向结构物每侧各设置一个监测断面。
在沉降观测路段要进行水准点的加密，且要对观测水准点进行联测。水准高程的精度要达到0.1mm。对每个观测点的高程测量，要通过不同的水准点进行复测校验。根据观测得到的数据绘出沉降曲线。不过，好像建立观测网之后，观测数据会比较多，为了防止数据出错，通常会有一个人进行复测。一般这样都会耗费大量时间。在对施工时间一般比较紧的情况下，也许我们今后能够想出比较合理的观测方法，通过计算机来进行这一操作。采用计算机持续观测，遇到超过范围的沉降便会自动报警。 | 
