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

中鐵三局集團第二工程有限公司

列車保持高速、安全、平穩運行，要求線路提供一高平順性和穩定的軌下基礎，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格，要求其在列車運動荷載作用下產生的變形不平順控制在一定范圍內，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，滿足列車高速運行的要求，《京滬高速鐵路線橋隧站設計暫行規定》、《時速200km新建鐵路線橋隧站設計暫行規定》都要求橋臺后需設置一定長度的過渡段，本文針對此內容進行了簡要闡述。

高速鐵路；路基；過渡段

1 過渡段設置的重要性

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整路基與橋梁兩者之間的剛度，從而使得兩者剛度達到相差不大效果。為此路基與橋梁過渡段的剛度調整最終是要在過渡段較軟一側，增大路基基床的豎向剛度、增大軌道的豎向剛度；通過調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整策略，可以通過加強路基結構來減少路基與橋臺之間在剛度與沉降方面的差異，進而減少路橋間線路的不平順。

2 路橋過渡段線路結構變形不一致的原因分析

2.1 地基條件問題

現在許多既有線路都是修筑在條件差并未經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構的原因，橋頭路基的填筑高度較大，產生的基礎應力也較高，因此在路橋過渡段產生的沉降較其他路段要大一些。地基土的性質及結構不同，所產生的沉降和沉降達到穩定所需要的時間也不同。對于粉質土地基和中、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 設計及施工問題

設計時對路橋過渡區段的施工碾壓過程考慮不周，對填料的要求不嚴格，橋臺后排水設計考慮不周，都將影響其施工質量。施工時對工期或工序安排不當，以至使路橋過渡區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量。使得填土本身出現沉降變形。施工時對路橋過渡區段的回填料不按設計要求填筑，或采用不良填料，或碾壓厚度超過要求，或壓實度達不到設計要求，都將造成質量缺陷。施工時碾壓器械配置欠佳，壓實功率不夠，不進行分層次質量檢查，也會使壓實質量達不到控制要求。

2.3 路基與橋臺構差異問題

橋臺一般是剛性的，而路基則是柔性的。由于這兩種結構的差異，在路橋過渡區段內，當受到動荷載作用時，在剛柔之間必然存在著沉降差。路橋過渡區段由于其剛性不同、自重不同、強度不同，在外力作用下又是應力集中的區域，因此是影響線路運營的薄弱環節。與橋墩相比，路橋過渡區段橋臺的水平穩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。如設計和施工時沒有相應措施，則往往會造成事故，如軟基上出現的橋臺移位、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，填料的選擇至關重要。對一般地基土，應填筑強度高、變形小的級配粗粒料，這是世界各國高速鐵路設計規范中推薦的方法。由于該材料性質可靠，易控制，只要分層厚度適度，在較高的壓實標準下，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，且工后不產生大的沉降。對軟弱(土)地基，除對地基進行加固外，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路基結構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一定數量的拉筋材料，形成加筋土路基結構以增加路基的強度、提高路基剛度、減少路基變形。(2)土質改性法。運用各種方法對過渡段的路基上進行土質改性以提高填土的強度、降低填土的壓縮變形。(3)碎石填料法。使用強度高、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造物等進行過渡段填筑。(4)過渡板法。在過渡范圍內路基填土上現澆鋼筋混泥土厚板，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，通過使用逐步增長的超長軌枕并減小軌枕間距實現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增設鋼軌，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構，在不同的運營條件下(普通線路、提速線路、重載線路、高速線路)的動力特性及設計參數優化，還有待于在下階段進行深入研究。

[1] 趙鐵軍. 高速鐵路路基與橋梁過渡段問題的研究[D].遼寧工程技術大學，2004.

[2] 楊廣慶，劉憲福，葉朝良. 高速鐵路路基與橋梁過渡段技術措施分析[J]. 鐵道標準設計，1999，Z1：40-41.

[3] 劉自明. 高速鐵路路基與橋梁過渡段技術實踐分析[J]. 交通世界(建養.機械)，2012，09：170-172.