高速鐵路無砟軌道樁板結構路基設計

摘要：作為高速鐵路無砟軌道中的一種新型路基結構形式，樁板結構因其具有強度高、剛度大、穩定性和耐久性良好的優點，在鐵路工程建設中得到了廣泛應用及推廣。文章對高速鐵路無砟軌道樁板結構路基軌道結構的形式、路基設計及相關試驗進行了研究。

關鍵詞：高速鐵路；無砟軌道；樁板結構；路基設計；離心模型試驗；路基結構形式 文獻標識碼：A

中圖分類號：U213 文章編號：1009-2374（2015）17-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.056

1 樁板結構路基的軌道結構形式

軌枕埋入式無砟軌道（圖1）和柔性填充板式無砟軌道是現階段高速鐵路實際運營中的樁板結構路基軌道結構形式。

軌枕埋入式無砟軌道結構整體性較高，良好地繼承了有砟軌道結構的概念與混凝土工程的優點，在結構設計與施工中可以對橋梁工程、混凝土工程及有砟軌道積累經驗進行有效借鑒，確保在其施工中具有良好的廣泛性。這種路基軌道結構具有極好的可修復性，在鋪設橋面及單線隧道時，其具有較高的施工機械化程度、較快的施工進度及良好的可修復性能等。由此可見，在橋梁與隧道施工中這種路基結構更具有優勢。板式軌道因其具有較大的結構單元，在布置曲線時能力不足，因此在道岔施工中選用這種路基結構具有較大的施工難度，同時因其存在縱向的周期性間斷，在路基不均勻沉降控制中難度較大，為此應進行其縱向連續性的不斷

增強。

通常都將跨度長度設計在小于10米的范圍，選用等厚度鋼筋混凝土承載板。樁、板固結能夠對板身彎矩進行有效分擔，進而將樁頂處板身的負彎矩峰值進行削弱，達到板厚降低及減少支座成本的作用。因溫度應力的制約，在板與半相連的邊跨位置，將承臺結構設置在板端處，同時將傳力桿設置在板和承臺之間，并選用鉸結方式進行有效連接。

2 無砟軌道樁板結構路基設計

作為一種新型無砟軌道路基結構形式，樁板結構路基設計時，應按照不同狀態的容許值進行荷載的不同組合，隨后在不同荷載的組合下，遵循相應力學模式，對樁板結構路基的強度、穩定性及變形情況進行進一步分析，進而綜合評價列車運營的安全性和舒適性。

樁板結構路基設計方式為：線路縱向、橫向樁間距的確定應嚴格遵循地質條件與線路縱向布置圖進行。遵循結構力學理論，鋼構連續板由鋼筋混凝土承載板代替，不利位置的確定應根據活載圖與影響法進行荷載布置，將鋼筋混凝土承載板的結構尺寸初步確定，在組合荷載下，確定板的內力和撓度，選用板、梁結構計算承載板的配筋設計，對板的翹曲變形進行最終確定，進而符合土質路基無砟軌道鋪設的容許撓度與折角需求。樁基礎為樁板結構路基的下部結構，因此應對樁截面形式、樁徑及樁長進行有效確定。以支座反力的形式將上部結構荷載向樁頂傳遞，并依據樁基礎理論計算豎向承載力、側向和縱向抗力與沉降變形，確保其附近無砟軌道鋪設的設計需求。通過對縱向樁間距的調整，確定樁-板的最佳組合方案。

2.1 承載板設計

應對豎向列車荷載、活載圖式進行確定，并依據設計時速進行結構荷載組合系數的確定。按照地質情況及線路縱向布置圖，對樁基礎橫向樁間距與縱向樁間距進行確定。對承載板材料剛度、板寬、板厚及板長進行確定。承載板通常屬于彈性薄板范圍，分析、計算結構中，板厚h和板最小邊長L之比為h/L，薄板一般控制在h/L<1/15。

2.2 樁板結構路基上部結構設計

樁板結構路基上部結構設計合理可以對列車在無砟軌道高速行駛的安全性及舒適度要求進行最大限度的滿足，并實現線路少維修的目的。在設計樁板結構路基上部結構時，應在軌道結構參數、縱橫向穩定性及各組成部分的耐久性、減振性與線路平順性方面加以重視。

2.3 下部樁基礎設計

樁板結構設計中樁徑、樁長、樁距的合理選擇是其設計的重點內容，遵循沉降控制設計原理，在沉降變形允許范圍內，對樁間土、樁底土承載能力進行充分調動，促使樁土共同作用，并進行布樁作業，在單樁與路基整體承載力計算中，確保其符合施工要求，進而起到降低成本及提高經濟效益的作用。當具有較大樁間距時，無法滿足其承載力，應將樁長加大，同時加大承載板厚度，特殊情況下，必須將預應力鋼筋設置在承載板內，這樣將增加施工的難度。當具有較小樁間距時，不能充分發揮樁的承載力，在加大施工難度的同時，也會提升工程造價，因此必須對樁間距進行合理選擇。

3 高速鐵路無砟軌道樁板結構路基試驗

3.1 離心模型試驗

通過在模型上施加離心慣性力進而增加模型的容重，確保模型應力和原型相同，以模擬原型就是離心模型試驗。現階段，巖土工程還存在諸多問題，如非飽和土問題、非線性破壞過程等，在計算機運用中還存在一定困難，但利用離心模型試驗可以確保結果的直觀性及清晰性。

樁板結構路基承載與變形特點直接影響著樁土相互作用，從受載開始土體應用應變特性就已經呈現出非線性彈塑性本構關系，一般樁身混凝土為線彈性狀態。基于此，應對重力控制的土體應力水平進行再現，才能對樁土相互作用進行合理模擬。土工離心機選用等效的重力離心慣性力對原型土體的應力水平進行再現。由此可見，樁土相互作用研究最有效的方式就是離心模型試驗。遵循相應模型率將樁、板與路基本體縮小n倍，在模型箱內將其放入，并通過相應離心加速度ng旋轉，以模擬尺寸放大n倍后樁板結構路基的現場狀況就是無砟軌道樁板結構路基離心試驗的原理。

3.2 樁板結構路基動力作用模型試驗

樁板結構路基中樁-板-土之間具有較為復雜的共同作用問題，為準確選用設計參數，必須嚴格遵循結構實際工作狀態進行樁板結構路基試驗研究。通過全面合理的構思，進行與原型相似規律模型的建立，并通過先進的科學設備，對試驗條件加以有效控制，進而對路基受力變形特性進行分析。這種試驗在樁板結構路基理論研究、設計及施工階段都具有重要意義。

4 結語

綜上所述，隨著國民經濟的快速發展，我國鐵路事業也得到了極大的發展。高速鐵路無砟軌道樁板結構路基作為一種新型路基結構，在鐵路工程建設中得到了大量應用。為確保列車高速行駛的安全性與穩定性，必須對樁板結構路基設計加以重視，并做好相關試驗工作，確保其各項指標符合施工相關規定，以此為鐵路事業的發展提供可靠的保障。

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作者簡介：楊愛麗（1981-），女，河南民權人，河南省鐵路勘測設計有限公司工程師，研究方向：道路工程、鐵路站場設計。

（責任編輯：黃銀芳）