高速鐵路路基與橋梁過渡段問題的研究

毛 爽

中鐵三局集團(tuán)第二工程有限公司

高速鐵路路基與橋梁過渡段問題的研究

毛 爽

中鐵三局集團(tuán)第二工程有限公司

列車保持高速、安全、平穩(wěn)運(yùn)行，要求線路提供一高平順性和穩(wěn)定的軌下基礎(chǔ)，而路基的變形會直接反映在軌面上。因此，高速鐵路對路基面變形控制嚴(yán)格，要求其在列車運(yùn)動荷載作用下產(chǎn)生的變形不平順控制在一定范圍內(nèi)，特別是線路豎向剛度有突變的橋臺與路基過渡段處。為了控制路橋過渡段處線路的軌面彎折變形，滿足列車高速運(yùn)行的要求，《京滬高速鐵路線橋隧站設(shè)計暫行規(guī)定》、《時速200km新建鐵路線橋隧站設(shè)計暫行規(guī)定》都要求橋臺后需設(shè)置一定長度的過渡段，本文針對此內(nèi)容進(jìn)行了簡要闡述。

高速鐵路；路基；過渡段

1 過渡段設(shè)置的重要性

鐵路路基與橋梁剛度相差較大而引起軌道剛度的變化，從而設(shè)置過渡段來解決這個問題。因此最終解決剛度差異較大的措施就是要調(diào)整路基與橋梁兩者之間的剛度，從而使得兩者剛度達(dá)到相差不大效果。為此路基與橋梁過渡段的剛度調(diào)整最終是要在過渡段較軟一側(cè)，增大路基基床的豎向剛度、增大軌道的豎向剛度；通過調(diào)整軌枕的長度和間距來提高軌道的剛度；通過增大軌排的抗彎模量來增加軌道的剛度；通過增加道床厚度來提高軌道的剛度。通過采取這些過渡段的剛度調(diào)整策略，可以通過加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)來減少路基與橋臺之間在剛度與沉降方面的差異，進(jìn)而減少路橋間線路的不平順。

2 路橋過渡段線路結(jié)構(gòu)變形不一致的原因分析

2.1 地基條件問題

現(xiàn)在許多既有線路都是修筑在條件差并未經(jīng)很好處理的軟弱地基土上的。在軟土地基上，路橋過渡段的路和橋的工后沉降量是不同的，因此在路橋過渡處必然有沉降差。路橋過渡段由于其結(jié)構(gòu)的原因，橋頭路基的填筑高度較大，產(chǎn)生的基礎(chǔ)應(yīng)力也較高，因此在路橋過渡段產(chǎn)生的沉降較其他路段要大一些。地基土的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的沉降和沉降達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間也不同。對于粉質(zhì)土地基和中、低壓縮性的黏土地基，其全部完成沉降需要幾年時間；對于高壓縮性動土地基、飽和軟黏土地基，則其全部完成沉降需要十幾年甚至幾十年時間。所以，地基工后沉降是地基造成橋頭跳車的成因。

2.2 設(shè)計及施工問題

設(shè)計時對路橋過渡區(qū)段的施工碾壓過程考慮不周，對填料的要求不嚴(yán)格，橋臺后排水設(shè)計考慮不周，都將影響其施工質(zhì)量。施工時對工期或工序安排不當(dāng)，以至使路橋過渡區(qū)段的填土碾壓工作安排在施工工期的尾部，被追趕工期，不能夠很好地控制填土壓實質(zhì)量。使得填土本身出現(xiàn)沉降變形。施工時對路橋過渡區(qū)段的回填料不按設(shè)計要求填筑，或采用不良填料，或碾壓厚度超過要求，或壓實度達(dá)不到設(shè)計要求，都將造成質(zhì)量缺陷。施工時碾壓器械配置欠佳，壓實功率不夠，不進(jìn)行分層次質(zhì)量檢查，也會使壓實質(zhì)量達(dá)不到控制要求。

2.3 路基與橋臺構(gòu)差異問題

橋臺一般是剛性的，而路基則是柔性的。由于這兩種結(jié)構(gòu)的差異，在路橋過渡區(qū)段內(nèi)，當(dāng)受到動荷載作用時，在剛?cè)嶂g必然存在著沉降差。路橋過渡區(qū)段由于其剛性不同、自重不同、強(qiáng)度不同，在外力作用下又是應(yīng)力集中的區(qū)域，因此是影響線路運(yùn)營的薄弱環(huán)節(jié)。與橋墩相比，路橋過渡區(qū)段橋臺的水平穩(wěn)定性更處于不利位置。橋臺前后由于荷載條件不同，橋臺前沒有荷載，橋臺后有填土的水平土壓力作用，使橋頭受到較大水平推力。如設(shè)計和施工時沒有相應(yīng)措施，則往往會造成事故，如軟基上出現(xiàn)的橋臺移位、樁基剪斷等。

3 完善高速鐵路路基與橋梁過渡段技術(shù)控制

3.1 填料的選擇

保證路橋過渡段的工后沉降控制在有效范圍內(nèi)，填料的選擇至關(guān)重要。對一般地基土，應(yīng)填筑強(qiáng)度高、變形小的級配粗粒料，這是世界各國高速鐵路設(shè)計規(guī)范中推薦的方法。由于該材料性質(zhì)可靠，易控制，只要分層厚度適度，在較高的壓實標(biāo)準(zhǔn)下，容易密實，可減小路基本身的壓縮性，能保證過渡段剛度和變形的均勻過渡，且工后不產(chǎn)生大的沉降。對軟弱(土)地基，除對地基進(jìn)行加固外，為減小填料本身的壓縮性，減弱對地基的豎向加載作用及對橋臺的水平壓力，可選擇輕型填料(礦渣、粉煤灰、聚苯乙烯泡沫塑料)。施工經(jīng)驗表明：使用輕型填料，能有效地降低工后沉降。

3.2 完善實際施工控制

可以說兩種不同軌下基礎(chǔ)軌道的連接處就存在過渡問題措施歸納起來可分為以下幾類。

l)在軌道剛度較小一側(cè)增大路基基床的垂向剛度，以減少路基的沉降。

此類處理方法主要是通過加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)來減少路基與橋臺間在剛度和沉降方面的差異。具體的處理方法有以下幾種：(1)加筋土法。通過在過渡段路基填土中埋設(shè)一定數(shù)量的拉筋材料，形成加筋土路基結(jié)構(gòu)以增加路基的強(qiáng)度、提高路基剛度、減少路基變形。(2)土質(zhì)改性法。運(yùn)用各種方法對過渡段的路基上進(jìn)行土質(zhì)改性以提高填土的強(qiáng)度、降低填土的壓縮變形。(3)碎石填料法。使用強(qiáng)度高、變形小的碎石填料或EPS輕型材料、氣泡混凝土填料乃至中空構(gòu)造物等進(jìn)行過渡段填筑。(4)過渡板法。在過渡范圍內(nèi)路基填土上現(xiàn)澆鋼筋混泥土厚板，并使一端支撐在橋臺上，利用鋼筋混泥土厚板的抗彎剛度來增加軌道的剛度。

2)在軌道剛度較小一側(cè)增大軌道的垂向剛度

此類處方法主要是通過增大軌道的垂向剛度來減小路橋軌道剛度的差異。具體的處理方法有以下幾種：(1)變軌枕的長度和間距法。在過渡段范圍內(nèi)，通過使用逐步增長的超長軌枕并減小軌枕間距實現(xiàn)軌道剛度的逐漸過渡。(2)附加鋼軌法。通過在行車的鋼軌兩側(cè)增設(shè)鋼軌，以增大軌排的抗彎剛度來增加軌道的剛度。

綜上所述，本論文對軌道過渡段的研究還只是原理性和方法性的，對實際工程存在的各種各樣的軌道過渡段結(jié)構(gòu)，在不同的運(yùn)營條件下(普通線路、提速線路、重載線路、高速線路)的動力特性及設(shè)計參數(shù)優(yōu)化，還有待于在下階段進(jìn)行深入研究。

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