中铁五局
摘要：本文以分析秦沈客运专线软基沉降观测数据为基础对工后沉降控制的有关问题进行探讨，指出了沉降观测在工后沉降控制中的重要地位，及沉降速率是否趋于稳定应作为主要依据，并提出应对沉降是否趋问的具体标准进行深入的研究，从而真正解决工后沉降控制的问题。
引言
秦沈客运专线是我国第一条设计时速达200km/h的新建铁路，因此对设计和施工提出了一系列更高的技术标准。为了保证行车的安全与舒适，要求路基的工后沉降不能超过15cm，以路基交付铺轨之日作为起算点。
目前秦沈线的路基都已经基本完成，很快面临着交付铺轨，那么如何正确地把握这一技术标准，保证路基施工的质量成为迫切需要解决的课题。也是今后修建高速铁路需要解决的课题。本文根据秦沈线施工经验，在软基沉降观测的基础上对相关问题进行探讨。
工程概况
秦沈线沿线地质条件变化较大，软弱地基分布较广。特别是凌海以东，地势低洼，第四纪沉积层较厚。我局施工管段A14标段都在软弱地基上。
为对比分析不同的软基处理方法在不同的地质条件下的加固效果，满足我国第一条时速200 Km的准高速铁路对地基严格的技术要求，在秦沈线设立了软基处理试验段，该试验段位于我局施工管段。其中秦沈线A14标东部软基试验段里程为DK268+870.63—DK272+879.5，另外在跨305国道西DK265附近还设置了500m的软土试验段。
试验段内地质条件较差，地层性质变化大，采用了袋装砂井、塑料排水板、粉喷桩、碎石桩、砂桩等多种地基处理方法，为了解地基处理的效果、控制路基填筑速率在整个试验段内设置了近30个常规观测断面，在地基处理完成后路基填筑的过程中对基底沉降及侧向位移进行观测。
沉降观测情况及其分析 一、观测情况
1、观测的技术参数
在观测断面设置沉降板、位移观测边桩如图：
12米 2米 路肩 图1 观测断面横剖面 图2 观测断面平面图
观测断面附近设立基准桩，将基桩置于不受填土荷重影响的位置。
观测仪器采用S1、S3型水准仪，要求以二级中等精度要求的几何水准测量高程观测精度，误差小于1mm，观测过程中配备全站仪对基准桩进行定期的校核。
观测时间一般24小时观测一次，根据填土速率及沉降位移情况进行调整，但软土路基地段填土高度接近或超过极限高度后，必须每天观测一次，在沉降量急剧增大的情况下，每天观测不小于2-3次。预压期前2-3月，每5天观测一次，半年后每一个月观测一次。
在施工期间每24小时内沉降不能不超过10mm，边桩位移不大于5mm，若超过则停止施工，等待稳定。
2、路基填筑情况
试验段的路基大部分从1999年9月初开始填筑，在2000年6月左右完成路堤本体，目前路基的填筑接近完成，将试验段路基填筑情况汇总如下表：
表二 路基填筑情况表 序路堤里程 断面号 填土填土起止时间 号 设计高度 高度 DK269+920 8.93 7.55 1999.10.23 1 DK268+885.67~+950 DK269+032 8.2 7.86 1999.9.10~2000.5.6 2 DK269+150 6.32 6.8 3 DK269+300 6.02 6.39 4 DK268+950 DK269+400 5.96 6.26 5 ~DK269+700 DK269+870 6 6.22 1999.9.2~2000.6.16 6 DK269+700 ~+950 DK270+000 5.71 5.93 1999.9.2~2000.6.16 7 1999.9.2~2000.6.16 8 DK269+950 5.83 6.12 ~DK270+550 DK270+350 9 10 11 DK270+922~DK271+050 DK271+050~DK271+100 DK271+100~DK271+400 DK271+040 DK271+080 DK271+200 6.25 6.25 6.25 6.25 6.25 6.24 6.24 6.64 5.33 5.15 5.16 1.02 5.09 5.09 4.23 99.6.1～2000.7.7 99.9.21～2000.7.8 99.9.27～2000.7.8 99.6.17～2000.7.10 99.9.18～2000.7.31 99.9.18～2000.7.31 2000.4.1～7.31 边桩 沉降板 边桩 沉降板 12 DK271+400~DK271+434.73 13 DK271+487.22~DK271+520 14 15 16 17 18 19 DK272+800~DK272+886.23 DK271+520~DK272+800 DK271+650 DK271+800 DK271+950 DK272+100 DK272+250 DK272+380 3、各断面总沉降概况 各常规观测断面沉降概况可参见表三。从表三可知属于Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ地质分段的沉降速率最小，也即含软土段、含淤泥质段、含粉质粘土段的沉降速率小
目前试验段进行常规观测的断面共24个，其分布情况见下表，
表三 观测断面情况表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 里程 断面区地基处理方式 粉喷桩 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 塑料排水板 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 砂垫层 砂垫层 砂垫层 砂垫层 塑料排水板 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 袋装砂井 填土开始 日期 最近观测 日期 累计沉平均速率 地质降 （mm/d） 条件 （mm） 147 0.53 Ⅰ 270 0.85 Ⅱ 205 210 269 184 191 185 262 221 231 187 327 335 274 211 214 207 211 210 148 181 136 96 0.65 0.65 0.83 1.12 1.16 0.57 0.8 0.69 0.73 0.66 1.15 1.06 0.96 0.78 0.73 0.75 0.74 0.52 0.64 0.5 0.34 DK268+920 DK269+032 DK269+150 DK269+300 DK269+400 DK269+550 DK269+650 DK269+870 DK270+000 DK270+120 DK270+350 DK270+500 DK270+600 DK270+800 DK271+040 DK271+080 DK271+200 DK271+650 DK271+800 DK271+950 DK272+100 DK272+250 DK272+380 DK272+600 99/10/25 2000/8/2 99/9/14 2000/8/2 99/9/15 2000/8/2 99/9/5 99/9/5 2000/8/2 2000/8/2 00/2/19 2000/8/2 00/2/18 2000/8/2 99/9/3 99/9/3 2000/8/2 2000/8/2 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅴ 99/9/11 2000/8/2 99/9/15 2000/8/2 99/10/14 2000/8/2 99/10/14 2000/8/2 99/9/12 2000/8/2 99/9/15 99/9/25 99/9/15 99/9/17 99/9/18 99/9/18 99/9/17 99/9/29 99/9/17 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 2000/7/9 Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ Ⅵ Ⅵ Ⅵ 注：此表按前面试验段地质分段归类。其中Ⅲ、Ⅴ含极软弱层。
二、观测数据分析
下面在常规观测数据的基础上对软基处理和沉降情况进行探讨。 1、水平位移
水平位移的观测数据表现不出任何规律性，分析其原因，主要在于：
A 实际施工中由于各方面原因，路基的填筑速率小，单位时间产生的变形较小；B 地质条件以砂性为主，变形主要表现为排水固结下沉，一般不发生土体挤出；C 观测仪器的精度相对较差，无法量测出较小的水平位移量，表现不出位移的变化情况；D、边桩的设置位置很难绕过施工便道和稻田，由于受到便道上车辆行走的影响较大，测量数据几乎难以反映出实际的情况。
2、沉降量、沉降速率与填土之间的关系
分析填土与沉降的关系可知，随填土高度的增加沉降量增大。大部分断面填土集中时间在1999年9月中旬至11月的一个半月的时间内，在这段时间内相应的沉降量也较大。
以DK271+040断面的荷载-沉降曲线为例进行分析（如图3）。
图中在填土的过程中沉降有两次明显加速：填土达到2m（对应图中填筑高度60）左右，沉降开始加速，表现在沉降曲线上是斜率增大。第二次加速是在2000年5月，填土达5m左右沉降加速。
图3 砂垫层填土——沉降曲线
图4 塑料排水板填土沉降曲线
图5 袋装砂井填土沉降关系曲线
进一步分析各断面沉降速率与填土高度的关系曲线（图4、图5）可知：所有断面，当填土小于某一高度时，其加载效果不明显，当填土高度超过某一值后，沉降变得明显，沉降速率迅速加大；停止加载，经过一段时间沉降将达到稳定，此后若继续加载，沉降并不马上表现得明显，而是要当填土到一定的高度，对沉降才产生再一次的加速作用。沉降相对于填土有一个滞后的效应。
将上面分析得到的沉降的这一特点称为：滞后沉降和沉降加速，将对应的临界填土高度称为沉降发生高度。若两次填土间相距时间较久，沉降趋于稳定，将发生第二次沉降加速，可将对应的填土高度称为第二沉降发生高度。在填土的初期，当填土停止后，沉降不会随填土的停止而马上停止，而是在一段时间后沉降才逐渐减少，即在荷载不发生变化情况下要通过一定时间后才趋于稳定，可将所需的这一段时间称为相对某一荷载的沉降稳定时间。这些特点对于需要通过排水达到固结的地段较明显。
这几个参数与地层的性质、地层的历史固结情况、荷载的大小有关，不同级别的荷载情况同样土层条件下这几个参数也将不同。
分析本标段的历史固结情况，在软基处理的过程中机械的行走以及地基上层原有地层的重量使地基处于一种固结状态，当填土重量不大于此重量或超过不多的情况下，地基一般不会发生明显的沉降。
上面的几个参数是具有较强的实际意义的，如施工中当填土达到沉降发生的高度时应密切关注沉降量的变化，调整填土速率，从而避免路基和地基的破坏。
根据上面所说的原理，还可以得到以下观点：
从沉降角度来说，软基处理的目标是使其变形特性或者说固结程度达到在快速列车运行的荷载条件下，沉降不进入沉降发生的临界点，也即需要路基在相当于或超过运行荷载条件下趋于稳定。
3、冬天的沉降情况
冬天仍然有明显的沉降，但沉降速率有减小的趋势。 4、对不同地质条件不同处理方法地段的沉降情况 A、相同处理方法下不同地段的沉降量不同（见表三）。主要因为地质条件不同。以袋装砂井为例，对比地质条件可知，存在粉质粘土的地段累计沉降量最小，仅96mm，其沉降速率也最小，仅0.34mm/d。在软土层分布的地段沉降速率也
小。而相反，在以砂层为主要地层的地段沉降量则较大，达到270mm，DK269+500-DK269+700段的速率达到1.2mm/d。（尽管由于休工时间长短不同，但仍然能够说明问题）。
土层渗透系数是主要因素，淤泥质粘土与粉质粘土的渗透系数较砂层要小；其次，淤泥质粘土的压缩性较粉质粘土大，其沉降相对较大。具体来说采用袋装砂井处理的地段属于Ⅱ的区域沉降量相对较大，属于Ⅵ的地段相对较小。
B、不同的软基处理方法处理的地段的沉降量有很大的区别：以粉喷桩处理地段的沉降量最小，这与粉喷桩的处理机理有关，粉喷桩在较短的时间内将土层中的水分吸收掉，作为一种有较高强度的复合地基其变形特性较好，沉降较小。
砂垫层处理的地段（即不处理地段）地基的沉降量较大（达335mm），沉降速率也大（平均速率达1.15mm/d，仅比袋装砂井最大沉降速率小0.01mm/d）。分析其原因可能包括以下几个方面：
A、地质条件是主要原因。不处理段的地质条件为砂性土层，不包括淤泥质粘土、粉质粘土等渗透性较小的地层。
B、排水板与袋装砂井的施工过程实际上对砂性地基土有一个挤密作用，特别是袋装砂井其置换与挤密作用更加明显，这实际上是减小了地层的压缩性。
C、采用袋装砂井、塑料排水板的处理段在处理过程中发生了一定沉降。这与砂性的地质条件有关。在施工处理过程中由于地下水被排水板和砂井等贯通，加上施工机械的行走，较大沉降在观测前就已发生,未处理段则相反，因此二者后期的沉降表现就明显不同。
沉降理论简括 问题讨论
一、解决工后沉降问题的手段
工后沉降量的控制不光是一个工后沉降总量控制的问题，要解决的问题不仅包括尽量减少最终工后沉降量，而且要将沉降完成的时间尽量减少；光靠提出一个总的控制量是达不到这些目的的。
1、砂土，所需时间主要由土体的渗透系数所决定，即由孔隙水排出时在土体中流动的速度所决定，其所需时间较短；
2、粘性土的沉降量中次固结所占比例较大，主固结阶段的沉降主要受渗透系数的影响，而次固结阶段的沉降主要为蠕变的影响，由于次固结所占比重较大，粘性土的稳定时间较长而且不好确定。
3、地质条件极差的条件下，土体固结中大部分的沉降发生在次固结的阶段，受结合水和骨架颗粒间联结方式的影响。在这种情况下，时间的加长或上部荷载的增加对沉降固结都难以起到明显的加速作用，过分增加堆载又将破坏地基。只有通过设计适用的处理方法才能避免这一情况的出现。从以前观测数据分析，我标段内无此情况。
要解决工后沉降的问题无非从两个方面着手：对于土性极差的情况只有通过采用适用的软基处理方法
因为存在一个问题就是有些软土若采用排水固结法其极限的固结状态是不能满足工程要求的。（引用深圳经验）。
所以工后沉降控制的首要问题在于采用适用的地基处理方法，这样才能从根本上解决工后沉降与施工工期的矛盾
对于此类土层应作特殊的研究。
二、沉降的交验标准 还有一个不均匀沉降的问题。 （最终沉降量最多是一个参考值） 沉降达到稳定才是真正的控制依据。
我以为是否满足工后沉降的要求或者工程的要求不能够以工后总沉降达15cm作为根据，这是难以确定的，应该根据沉降是否达到稳定即沉降速率达到何种数值作为标准，不过应对此稳定的标准进行研究和探讨，并通过实践检验后确定。
三、沉降的计算分析理论的运用
沉降速率达到4cm/y以下时的沉降肯定是次固结沉降，属于蠕变造成的，与土体颗粒骨架之间联结及结合水情况有关。
四、影响最终沉降量的因素分析 沉降观测情况
（阐述沉降的规律，指出沉降观测在工后沉降控制中的核心地位）
按目前的15cm作为标准是极为不科学，不实用，对控制工程是不起作用的，只能够对工程作事后的评价，具有行政硬性规定的特色。
其最主要的原因是你无法事先确定路基的最终沉降量，除了 地基土体的沉降一般包括三部分，瞬时沉降，主固结沉降与次固结沉降。预压工期的延长，工后沉降控制主要针对主固结和次固结的
大部分。预压期长短取决于
结论
1、沉降的基本规律及工后沉降的理论依据（对于极其软弱的地基可能不与观测的情况相同，着只有采用特殊的软基处理方法）
2、沉降观测为主要依据，则沉降观测不只是用作控制路基填筑速率，而且是对路基的工后沉降控制的主要依据。因而应研究不同情况下满足工后沉降要求的沉降速率的大小，建立标准。
提倡信息化施工
3、同时解决沉降总量控制与不均匀沉降的问题 4、深入研究沉降达到稳定的标准以应用到实际中去
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