高速铁路路基过渡段
设计和施工中重桥轻路的意识是影响路桥过渡段施工质 量的又一因素。目前在铁路建设工程中,桥梁建设不仅工 程规模大,投资多,而且有时还是保证线路正常通车的关 键。从以往的施工过程看,往往是路桥分家,重桥轻路。 桥梁施工中集中了大量精干的工程技术人员,而路基施工 都未能投入必要的技术力量。在设计中没有把路桥过渡区 段作为一种结构物来考虑,没有较为合理的设计要求。在 施工过程中路桥过渡区段又是质量控制的薄弱环节。往往 在铺轨架桥时,或正常运营一段时间后,路桥过渡区段的 问题才明显出现。
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由于路基与桥台本身所用材料的不同,桥台的竖向位移,塑 性变形等比路堤小的多。路桥过渡段作为柔性路堤与刚性桥 台的结合部位,在结构上是塑性变形和刚度的突变体(如图)。 只有当柔性路堤的塑性变形相对为零或其值的大小所引起的 轨面弯折(轨道不平顺)满足高速行车的要求时,才不会出现 (下图)所示的情况。而由散体材料组成的柔性路堤发生变 形是不可避免的,因此,必须从过渡段的地基条件、软基的 处理方法、填料选择、压实标准、质量检测上采取措施,以 减少两者之间的塑性变形差,实现平稳过渡。
与桥梁连接处的路堤一直是铁路路基的一个薄弱环节,由 于路基与桥梁刚度差别很大,一方面引起轨道刚度的变化, 另一方面,路基与桥台的沉降也不一致,在桥路过渡点附近 极易产生沉降差,导致轨面发生弯折。当列车高速通过时, 必然会增加列车与线路的振动(如下图),引起列车与线路 结构的相互作用力的增加,影响线路结构的稳定,甚至危及 行车安全。在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段,可使 轨道的刚度逐渐变化,并最大限度地减少路基与桥梁之间的 沉降差,达到降低列车与线路的振动,减缓线路结构的变形, 保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。
现在许多既有线路都是修筑在条件差并未经很好处理 的软弱地基土上的。在软土地基上,路桥过渡段的路基 和桥梁的工后沉降量是不同的,因此在路桥过渡处必然 有沉降差。路桥过渡段由于其结构的原因,桥头路基的 填筑高度较大,产生的基础应力也较高,因此,地基在 路桥过渡段产生的沉降较其他路段要大一些。 地基土的性质及结构不同,所产生的沉降和沉降达到 稳定所需要的时间也不同。对于粉土地基和中、低压缩 性的黏土地基,其全部完成沉降需要几年时间;对于高 压缩性黏土地基、饱和软黏土地基,则其全部完成沉降 需要十几年甚至几十年时间。所以,地基工后沉降是地 基造成桥头跳车的重要成因
桥台后路堤填料一般全是填土。由于施工的原因,往往作业 面相对狭小,碾压质量不易控制,其压实度达不到设计要求。 即使施工时压实度全部达到了设计的要求,但因运营时路堤填 土本身的自重和动荷载的作用,也将使路堤填土进一步压缩变 形,使得路桥过渡处出现沉降差。 桥台前的防护工程由于受到水平土压力的作用,将产生一定 的水平位移。这一水平位移将会导致路桥过渡处路堤出现沉降 变形。 路桥过渡处常会产生细小的伸缩裂缝,经过地表水或雨水的 渗透后,会使路堤填土出现病害,强度降低,产生沉降。或由 于水的渗透流动带走填料中的细颗粒土,使得路桥过渡处出现 沉降变形。
设计时对路桥过渡区段的施工碾压过程考虑不周,对填 料的要求不严格,桥台后的排水设计考虑不周,都将影响 其施工质量。 施工时对工期或工序安排不当,以至使路桥过渡区段的 填土碾压工作安排在施工工期的尾部,被迫赶工期,不能 够很好地控制填土压实质量,使得填土本身出现沉降变形。 施工时对路桥过渡区段的回填料不按设计要求填筑,或采 用不良填料,或碾压厚度超过要求,或压实度达不到设计 要求,都将造成质量缺陷。施工时碾压器械配置欠佳,压 实功率不够,不进行分层次质量检查,也会使压实质量达 不到控制要求。
通过筛孔质量百分率(%) 级配编号 50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 2 3
100
95~100 100 95~100 100 95~100
60~90 60~90 50~80
30~65 30~65 30~65
20~50 20~50 20~50
10~30 10~30 10~30
2016
铁路线路是由不同特点、性质迥异但又相互作用、 相互依存、相互补充的构筑物(桥、隧、路基等)和轨道 构成的。由于组成线路的结构物强度、刚度、变形、 材料等方面的巨大差异,因此必然会引起轨道的不平 顺。为了满足列车平稳舒适且不间断地运行,必须将 其不平顺控制在一定范围之内。轨道的不平顺有静不 平顺和动不平顺之分。静不平顺是指轮轨接触面不平 顺,如钢轨轨面不平顺、不连续(接头、道岔)、车轮不 圆顺等;动不平顺是指轨下基础弹性不均匀,如扣件 失效、枕下支承失效、路基不均匀以及桥台与路基、 路堤与路堑、路基与隧道等过渡段的弹性不均匀等。
除以上主要原因外,在路桥过渡段,影响线路运行质 量的因素还有:
(1)桥上轨道技术状态和种类。桥上是有碴轨道还是无 碴轨道,桥上轨枕垫刚度值的大小,都与传递到桥台后 路堤上的作用力的大小有关。 (2)路桥过渡段轨道技术状态和种类。过渡段内钢轨和 轨枕类型以及钢轨是否有接头或损伤,与传递到路堤上 的作用力大小有关。
(3)机车车辆辆的类型、 运行速度和技术状况等有关。
三,路桥过渡段的受力与变形特点
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K 30
D pr
L a ( H h) n
过渡段路堤基床表层应满足相关要求,并在与桥台连接的 20m范围内基床表层的级配碎石内掺入适量的水泥,表层以下 以级配碎石分层填筑,填筑压实标准应满足K30≥150MPa/m、 孔隙率n<28%。碎石的级配范围应符合下表的规定