高速鐵路路基與橋梁過(guò)渡段問(wèn)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(guò)渡段問(wèn)題的研究

毛 爽

中鐵三局集團(tuán)第二工程有限公司

列車(chē)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(huì)直接反映在軌面上。因此，高速鐵路對(duì)路基面變形控制嚴(yán)格，要求其在列車(chē)運(yùn)動(dòng)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(tái)與路基過(guò)渡段處。為了控制路橋過(guò)渡段處線路的軌面彎折變形，滿足列車(chē)高速運(yùn)行的要求，《京滬高速鐵路線橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《時(shí)速200km新建鐵路線橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》都要求橋臺(tái)后需設(shè)置一定長(zhǎng)度的過(guò)渡段，本文針對(duì)此內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。

高速鐵路；路基；過(guò)渡段

1 過(guò)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(guò)渡段來(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(guò)渡段的剛度調(diào)整最終是要在過(guò)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(guò)調(diào)整軌枕的長(zhǎng)度和間距來(lái)提高軌道的剛度；通過(guò)增大軌排的抗彎模量來(lái)增加軌道的剛度；通過(guò)增加道床厚度來(lái)提高軌道的剛度。通過(guò)采取這些過(guò)渡段的剛度調(diào)整策略，可以通過(guò)加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)來(lái)減少路基與橋臺(tái)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(guò)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(wèn)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(guò)渡段的路和橋的工后沉降量是不同的，因此在路橋過(guò)渡處必然有沉降差。路橋過(guò)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(guò)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(shí)間也不同。對(duì)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(shí)間；對(duì)于高壓縮性動(dòng)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(shí)間。所以，地基工后沉降是地基造成橋頭跳車(chē)的成因。

2.2 設(shè)計(jì)及施工問(wèn)題

設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)路橋過(guò)渡區(qū)段的施工碾壓過(guò)程考慮不周，對(duì)填料的要求不嚴(yán)格，橋臺(tái)后排水設(shè)計(jì)考慮不周，都將影響其施工質(zhì)量。施工時(shí)對(duì)工期或工序安排不當(dāng)，以至使路橋過(guò)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(shí)質(zhì)量。使得填土本身出現(xiàn)沉降變形。施工時(shí)對(duì)路橋過(guò)渡區(qū)段的回填料不按設(shè)計(jì)要求填筑，或采用不良填料，或碾壓厚度超過(guò)要求，或壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，都將造成質(zhì)量缺陷。施工時(shí)碾壓器械配置欠佳，壓實(shí)功率不夠，不進(jìn)行分層次質(zhì)量檢查，也會(huì)使壓實(shí)質(zhì)量達(dá)不到控制要求。

2.3 路基與橋臺(tái)構(gòu)差異問(wèn)題

橋臺(tái)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(guò)渡區(qū)段內(nèi)，當(dāng)受到動(dòng)荷載作用時(shí)，在剛?cè)嶂g必然存在著沉降差。路橋過(guò)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(yíng)的薄弱環(huán)節(jié)。與橋墩相比，路橋過(guò)渡區(qū)段橋臺(tái)的水平穩(wěn)定性更處于不利位置。橋臺(tái)前后由于荷載條件不同，橋臺(tái)前沒(méi)有荷載，橋臺(tái)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(jì)和施工時(shí)沒(méi)有相應(yīng)措施，則往往會(huì)造成事故，如軟基上出現(xiàn)的橋臺(tái)移位、樁基剪斷等。

3 完善高速鐵路路基與橋梁過(guò)渡段技術(shù)控制

3.1 填料的選擇

保證路橋過(guò)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(duì)一般地基土，應(yīng)填筑強(qiáng)度高、變形小的級(jí)配粗粒料，這是世界各國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)下，容易密實(shí)，可減小路基本身的壓縮性，能保證過(guò)渡段剛度和變形的均勻過(guò)渡，且工后不產(chǎn)生大的沉降。對(duì)軟弱(土)地基，除對(duì)地基進(jìn)行加固外，為減小填料本身的壓縮性，減弱對(duì)地基的豎向加載作用及對(duì)橋臺(tái)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(yàn)表明：使用輕型填料，能有效地降低工后沉降。

3.2 完善實(shí)際施工控制

可以說(shuō)兩種不同軌下基礎(chǔ)軌道的連接處就存在過(guò)渡問(wèn)題措施歸納起來(lái)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(guò)加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)來(lái)減少路基與橋臺(tái)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(guò)在過(guò)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(duì)過(guò)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(guò)渡段填筑。(4)過(guò)渡板法。在過(guò)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(tái)上，利用鋼筋混泥土厚板的抗彎剛度來(lái)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(guò)增大軌道的垂向剛度來(lái)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(zhǎng)度和間距法。在過(guò)渡段范圍內(nèi)，通過(guò)使用逐步增長(zhǎng)的超長(zhǎng)軌枕并減小軌枕間距實(shí)現(xiàn)軌道剛度的逐漸過(guò)渡。(2)附加鋼軌法。通過(guò)在行車(chē)的鋼軌兩側(cè)增設(shè)鋼軌，以增大軌排的抗彎剛度來(lái)增加軌道的剛度。

綜上所述，本論文對(duì)軌道過(guò)渡段的研究還只是原理性和方法性的，對(duì)實(shí)際工程存在的各種各樣的軌道過(guò)渡段結(jié)構(gòu)，在不同的運(yùn)營(yíng)條件下(普通線路、提速線路、重載線路、高速線路)的動(dòng)力特性及設(shè)計(jì)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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