高速铁路路基桥梁过渡段技术措施

高速铁路路基与桥梁过渡段技术措施研究

[摘要]： 高速铁路路基与桥梁过渡段的施工技术对于保障高速铁路行驶安全具有十分重要的意义，本文笔者结合自己的相关工作经验，首先介绍了高速铁路路桥过渡段存在的问题及原因，然后结合当前国内外现状，详细介绍了高速铁路路桥过渡段处理技术，最后，笔者对研究出一套适合我国国情的施工工艺提出了期盼。 [关键词] ：高速铁路；路基；桥梁过渡段；技术措施 引言

在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段，可使轨道刚度逐渐变化，并最大限度地减少两者的沉降差，来降低列车与线路的震动，减缓线路结构物的变形，保证列车的安全运行。

铁道线路主要是由线路上部的轨道和线路下部的路基、桥梁、隧道等结构物组成。作为线路上部的轨道结构又是由不同力学特性的材料(钢轨、轨枕、道碴、扣件等)组合而成，弹性较好，阻尼较大，结构比较松散，由各种因数引起的轨面变形可通过起拨道捣固工作进行修复，故我国铁路系统对常速铁路路桥过渡段的处理一直未得到重视。路桥过渡段的设计意图过于简单和原则，参数指标和技术标准既缺乏也不明确，基本上还是处于经验设计阶段。在施工过程中，由于路桥过渡段的位置特殊，场地狭小，又常使台后填料不易达到最佳的压实效果，竣工后沉降较大。另外，工程建设中施工组织的安排也增大了过渡段的处理难度。桥梁作为重点控制工程

一般都优先进行施工，路基由于被认为施工难度较小而放在最后，路桥连接处的路基填土则是在铺架前突击完成，没有一定的堆载压密时间，交付运营后的沉降变形较大，往往形成较严重的线路病害，需频繁的养护维修才能保证轨道的平顺性要求。

高速铁路在路基与桥梁连接处，由于两者刚度差别大，导致轨面沉降变形不一致而发生弯折，当列车高速通过时，势必会增加列车与线路的振动，引起列车与线路结构作用力的增加，影响线路结构的稳定以至危及行车安全。因此对于高速铁路而言，研究其路基与桥梁过渡段相关技术显得更加重要，它对保障高铁安全具有十分重要的意义。

一、高速铁路路桥过渡段存在的问题及原因 1.路基变形导致路基沉降

过渡段填料一般采用填土。在施工期间,由于填料颗粒间的孔隙不能完全消除,在自重和外载作用下, 隙率继续降低,填料逐渐被压缩,从而产生压缩下沉。另外,由于过渡段位置的特殊性,往往会因施工作业面狭窄,碾压质量难于控制,使密实度达不到设计要求。即使在施工时压实度达到了设计要求,在运营期间, 由于路堤填土本身的自重和动荷载的作用,都会使填土产生一定的压缩变形,而桥台基本上不沉降或沉降很小,致使过渡段处产生沉降差。桥台前的防护工程由于受到填土的水平土压力作用,将产生一定的水平位移,该位移也将会导致路桥过渡段处的路基产生沉降变形。

2.承受架桥机的超重荷载

架桥机对路基面的集中荷载比列车机车要大得多。以32m 预应力混凝土梁为例,每片梁重111.37t,当架桥机(130—59 型悬臂架桥机)架设该梁时,架桥机的前轮组对地面的压力为265t,后轴组重152t, 满载时总重为417t,加载长度21m。在高速铁路中,为减小轨下基础变形,一般采取降低荷重, 减轻列车车体重量的措施。如意大利的新型高速列车etr500,机车总重72t，加载长度20.8m ,德国的试验型ice列车,机车总重78.2t,加载长度20.8m。显然架桥时路基将承受很大的超载作用。 3.路基排水不畅而导致线路病害

路桥过渡段处常会有细小的伸缩裂缝,经过地表水或雨水的渗透后,在列车荷载反复作用下,会使过渡区段内产生道砟翻浆、轨枕摆动悬空、路基下沉变形、 线路部件损坏、轨面轨距变化等病害。 二、高速铁路路桥过渡段处理技术

随着高速铁路的修建并成功地投入运行，国外铁路先进国家在处理路桥过渡段(含路涵、堤堑、路隧等的过渡区域)方面已有一定的研究基础，并积累了较丰富的工程应用经验，提出了一些经实践检验是可行的技术处理措施。结合国外这些研究以及笔者在工作中的实践，高速铁路路桥过渡段技术处理主要有以下几种方式。 1．在过渡段较软一侧，增大基床刚度、减小路基沉降 该类处理方法的主要目的是通过加强路基结构来达到减小路桥

问在刚度和沉降两方面的差异，以减小路桥间的不平顺，具体的处理方法有以下几种。 （1）优质填料构筑法

使用强度高，变形小的优质填料(如级配砾碎石、水泥稳定粒料等)进行过渡段的填筑。该法是最常用的一种处理措施，几乎在各国的高速铁路设计规范中均推荐有此方案。该方案的设计意图明确，材料性质稳定易控制，刚度与变形逐渐过渡。可能存在的问题是台背狭窄空间的压实质量不易得到保证，相对较大的填料容重引起的(软土)地基沉降也较大。使用轻质力学性能较好的材料，如eps(聚苯乙烯泡沫塑料)、人工气泡混凝土(泡沫水泥砂浆)、火山灰、粉煤灰等，填筑路桥过渡段是近年来国内外研究、开发和应用的一种减轻构筑物自重的工艺方法。该法可显著减小台背填料自身的压缩变形、减小对地基的竖向加载作用及对台背的水平压力，有效降低地基的工后沉降。与地基处理进行综合考虑，能降低地基的处理费用，减小地基处理的范围和缩短施工工期。 （2）加筋土法

在过渡段路基填土(必要时也可包括地基)中埋设一定数量的拉筋材料，形成加筋土路基结构。加筋土不仅能增加路基的强度，还能大幅提高路基的刚度，显著减小路基的变形。通过调整拉筋材料的布置间距和位置，可方便地达到路桥间线路平顺过渡的目的。必须注意的是，拉筋埋设范围与位置不同，将达到不同的处理效果。

拉筋仅布置于基床内，其主要作用是加强基床结构，增大基床刚度，减小列车动荷载引起的路基变形。拉筋满布于路基面以下的路堤(包括地基)内，既能增大基床的刚度，又能减小动载和自重引起的路基变形。 （3）过渡板法

在过渡段范围内路基填土上(内)现浇一块钢筋混凝土厚板，并使板的一端支承在刚性桥台上，利用钢筋混凝土厚板的抗弯刚度来增大轨道结构的刚度和消除错台。该法在公路系统得到了最为广泛的应用，也取得了较好的效果。用于铁路路桥过渡段的处理，必须注意两个问题：其一是过渡段的范围较大，列车的质量更重，速度更快，而板底的支承条件不确定，结构的受力情况非常复杂，一旦破损，更换将极其困难；其二是该处理方法对轨道刚度的增强效果显著，但不能减小板下填土及地基的压密下沉，必须配合其它处理措施才能有效地控制由此引起的轨面变形。 （4）土质改性法

使用各种土质改性的方法对过渡段路基填料进行处理，提高填土的强度，降低填土的压缩性，增加路基的刚度和减小路基的变形。同样，不同的加固范围和加固位置可达到不同的处理目的。若只对基床部分填土进行土质改良，则对减小路桥问轨道刚度的差异有一定效果，能降低由动载产生的基床变形，但不能减小由柔性路基土工结构与刚性桥台人工结构间沉降差引起的轨面变形。

2．在过渡段较软一侧，增大轨道刚度

该类处理方法的主要目的是通过提高轨道结构刚度的方法来减小路桥间轨道刚度的变化率，不能解决由路桥间沉降差引起的轨面变形问题，具体处理方法有以下几种。

（1）通过调整轨枕的长度和间距来提高轨道刚度

在过渡段范围内，可通过使用逐步增长的超长轨枕和减小轨枕间距的方法来实现轨道刚度的逐步过渡。美国area在桥头路基上铺设较长的轨枕，自路桥连结处开始铺设，轨枕艮度逐渐减小，并最终降至标准长度。加拿大国铁公司也采用了类似的方法来完成混凝土枕至木枕轨道的过渡，在混凝土枕向木枕过渡时，铺设长度逐渐减小并最终降至标准长度的木枕以形成过渡段。这样，随着轨枕长度的逐渐变化，轨枕在道床上的支承面积逐渐减小，从而形成轨道刚度的连续渐变。

（2）通过增大轨排刚度来提高轨道刚度

设置附加轨可增加较软一侧路基上的轨道刚度。德国在ice高速铁路的muhl berg隧道入口处采用了这种方法。该隧道内是无碴轨道，隧道外是有碴混凝土枕轨道，帮轨长约30m，由四根附加在轨枕上的钢轨组成，两根在运行轨之间，两根在运行轨外侧。这样，有四根附加轨和两根运行轨组成的的轨排具有较好的整体性和较大的轨道刚度，可减小隧道内外轨道刚度的差异，降低道床和基床的应力。

（3）通过加厚道床来提高轨道刚度

道碴是一种强度高，变形小的优质散体材料，道床的模量一般比土基床大。在过渡段范围内逐渐增加道床的厚度，也可逐步提高轨道的刚度，减小路桥连结处两侧刚度的差异。必须注意的是，由于高速铁路路基的压实标准较高，基床表层又采用了级配碎砾石强化结构，路基基床的模量已普遍大于道床模量，在此条件下，通过加厚道床来提高轨道刚度的设想与实际情况不符。

3．在过渡段较硬一侧，通过设置轨下、枕下、碴底橡胶垫层来降低轨道刚度

对于桥梁或隧道等刚性结构物上的轨道，可通过调整轨下垫板的刚度，或设置枕下垫块(无碴轨道)等方法，使轨道的刚度值与较软一侧轨道的刚度值相适应。垫板或垫块的设计参数可通过室内外试验和计算分析确定。

对于有碴轨道结构，由于列车荷载的动力作用较大，常使道碴发生磨损粉化。为了解决这个问题，日本在高速铁路刚性轨道基础的道碴层底面(桥面)，铺设了一层厚约25mm的橡胶垫层。美、德等国也铺设过由废旧汽车轮胎加工制作而成的碴底垫层。碴底橡胶垫层的设置，会降低轨道的刚度，减小路桥问轨道的刚度差。 三、结束语

高速铁路路桥过渡段对线路工程的重要性在行业已经达成共识，由于其高标准的要求，而我国又没有高速铁路的施工经验可以

借鉴，所以，在设计和施工过程中，我们应该针对该部位的特点和要求，参考国外的相关资料和国内高速公路治理桥头跳车的经验及科研成果，对高速铁路过渡段的施工工艺进行深入全面的分析，开发出一套适合我国国情的施工方法，以保证列车高速、安全、平稳的运行。