鐵路路橋過(guò)渡段技術(shù)措施分析

周 楊

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司)

1 概 述

采用填料填筑的路基剛度較小，屬于柔性結(jié)構(gòu)，橋梁剛度較大，屬于剛性結(jié)構(gòu)，在荷載作用下，兩者沉降變形不同，引起連接處軌面變形不一致而發(fā)生彎折。各國(guó)路橋連接處采用不同的方式處理:日本是在路基與橋梁連接處設(shè)置碎石填筑段;德國(guó)是加寬路基與橋梁連接處路基的寬度，道碴厚度沿橋梁至路基方向逐漸遞減，使線路剛度逐漸變化;法國(guó)是在路基與橋梁連接處設(shè)置過(guò)渡橋臺(tái)等。我國(guó)早期鐵路大多未進(jìn)行路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)，路橋連接處病害較嚴(yán)重，主要體現(xiàn)為路基下沉、橋臺(tái)后的路基道碴下陷，有的道碴囊深度達(dá)2 ～3 m，需要靠鐵路工務(wù)部門頻繁的線路養(yǎng)護(hù)維修來(lái)維持線路的平順性。

在路基與橋梁之間應(yīng)設(shè)置一定長(zhǎng)度的過(guò)渡段，使路橋間剛度逐漸變化，減少沉降差，減緩線路結(jié)構(gòu)物的變形，保證列車的安全運(yùn)行。

2 路橋過(guò)渡段軌面不平順的成因

路橋過(guò)渡段軌面不平順的原因可分為兩種情況:一種由于路堤與橋臺(tái)的剛度差異懸殊。路基由松散填料填筑，剛度小，沉降大，橋臺(tái)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，剛度大，幾乎無(wú)沉降，荷載作用下，連接處產(chǎn)生臺(tái)階式沉降差，使軌道產(chǎn)生折線型變形，造成軌面不平順;二是由于路基填料壓實(shí)度較低，強(qiáng)度不足，在列車動(dòng)力荷載作用下，橋臺(tái)后路堤發(fā)生變形，道碴陷入路基基床內(nèi)，軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生U 型變形，造成軌面不平順。這兩種情況有時(shí)單獨(dú)存在，有時(shí)同時(shí)存在，路橋沉降差異引起軌面不平順較為常見(jiàn)。

3 路橋過(guò)渡段的變形控制措施

控制過(guò)渡段的變形不一致需解決三個(gè)問(wèn)題:(1)將路橋連接處臺(tái)階式沉降差變?yōu)檫B續(xù)漸變直線式。采用加強(qiáng)路堤結(jié)構(gòu)剛度或在路橋連接處設(shè)置鋼筋混凝土過(guò)渡板，使橋梁—路基的結(jié)構(gòu)剛度逐漸變小。(2)減小橋臺(tái)處軌面彎折變形，在橋梁一側(cè)設(shè)置軌下、枕下、碴底橡膠墊塊。(3)嚴(yán)格控制過(guò)渡段的軌面U 型變形，加強(qiáng)道床結(jié)構(gòu)和路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，在道床與路基基床間設(shè)置隔斷，防止道碴下陷至路基內(nèi)。

4 路橋過(guò)渡段設(shè)置原則及過(guò)渡段長(zhǎng)度

路橋過(guò)渡段設(shè)置原則是通過(guò)加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高豎向剛度、減小路基沉降、加大橋梁處軌道沉降，以漸變式沉降代替臺(tái)階式沉降。

根據(jù)壓縮沉降變形規(guī)律可知，路基沉降與填土高度關(guān)系密切，填土越高、路基的沉降越大，過(guò)渡段長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)填土高度設(shè)計(jì)，一般不小于20 m，通常設(shè)計(jì)采用下式:L=2(h－0.6)+A，式中:L為過(guò)渡段長(zhǎng)度，m;h 為路堤高度，m;A 為常數(shù)，可取3 ～5 m。

5 過(guò)渡段的設(shè)置方式

(1)加強(qiáng)路堤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

提高路橋過(guò)渡段路堤填料性能、采用級(jí)配較好的粗顆粒滲水填料填筑，可以提高路基的壓縮變形模量，減少沉降變形，降低工后沉降，提高路堤整體穩(wěn)定性，有效的防止道碴下陷。通常選用級(jí)配較好的碎石、砂礫石、水泥石灰穩(wěn)定砂石土等。這是各國(guó)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的減少路橋間沉降差的處理方法。我國(guó)現(xiàn)多采用過(guò)渡段路基基床表層填料摻入5%的水泥，基床表層以下倒梯形部分分層填筑摻入3%水泥的級(jí)配碎石。由于材料工程性質(zhì)較好、施工易控制，在較高的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下，能保證該部位剛度與變形的均勻過(guò)渡。

路堤填料中鋪設(shè)一定數(shù)量的加筋材料，通過(guò)加筋材料的咬合、嵌固和摩擦，增加路基抗剪強(qiáng)度，提高路堤剛度，減小路基變形。一般路堤填料中每隔0.5 ～1.0 m 鋪設(shè)一層雙向土工格柵等加筋材料，通過(guò)調(diào)整加筋材料的間距和位置，增強(qiáng)路堤整體性，將路橋過(guò)渡段的臺(tái)階式沉降變形變成漸變式直線沉降變形，達(dá)到使路橋過(guò)渡段平順的目的。

(2)提高填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路基強(qiáng)度和沉降變形影響較大，對(duì)路堤的填筑壓實(shí)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，才能確保施工質(zhì)量，一般要求過(guò)渡段的壓實(shí)系數(shù)≥0.95，地基系數(shù)K30≥150 MPa/m，動(dòng)態(tài)變形模量Evd≥50 MPa。

(3)減輕路堤結(jié)構(gòu)自重

路基壓縮沉降主要是由自重引起，且填料重力易引起地基沉降。為此，近年來(lái)研究發(fā)展采用輕型材料填筑路基的工藝方法。常用的輕型填料有聚苯乙烯泡沫塑料、泡沫水泥砂漿、粉煤灰等，這些填料都具有良好的力學(xué)強(qiáng)度，用以填筑路堤可顯著減小橋背路堤壓縮變形和地基的豎向荷載，減少地基沉降變形。

(4)在路基與橋梁間設(shè)置搭板

在路基與橋梁間設(shè)置鋼筋混凝土搭板，利用鋼筋混凝土搭板的高抗彎剛度均衡路基剛度，使路基—橋梁的剛度與變形產(chǎn)生同步漸變。早期在路基與橋梁連接處的路基填料上設(shè)置混凝土搭板，一端支撐于剛性基礎(chǔ)(橋臺(tái))，另一端簡(jiǎn)支于枕梁上，而在運(yùn)營(yíng)中常出現(xiàn)搭板下部填筑物發(fā)生脫空或不均勻沉降，加之路面車輛荷載的沖擊作用，造成橋頭搭板破壞甚至斷裂，給橋頭行車舒適性及安全性帶來(lái)不利影響。近年來(lái)，結(jié)合工程實(shí)踐提出深層混凝土搭板處治法，將混凝土搭板放置一定深度，用以改善橋頭路基的應(yīng)力分布及變形。通過(guò)對(duì)Winkler 彈性地基梁一端固定另一端自由時(shí)梁底地基反力的理論分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究得到，橋臺(tái)后搭板的設(shè)置，可使剛性橋臺(tái)與柔性路基間的剛度逐漸變化。深層搭板底部的地基反力是從固定端到自由端一平滑過(guò)渡的曲線，與剛度變化相匹配，且處治后路橋過(guò)渡段道路線形平順，橋頭沉降差較小，路基整體穩(wěn)定。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)為減少路基與橋梁之間的沉降差異，在路橋連接處應(yīng)設(shè)置過(guò)渡段。

(2)路橋過(guò)渡段設(shè)置原則是通過(guò)加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高豎向剛度、減小路基沉降、加大橋梁處軌道沉降，以漸變式沉降代替臺(tái)階式沉降。

(3)過(guò)渡段的設(shè)置方式主要為加強(qiáng)路堤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、減輕路堤結(jié)構(gòu)自重和在路基與橋梁間設(shè)置鋼筋混凝土搭板，其中采用級(jí)配較好的粗粒料填筑法為常用方法，深層混凝土搭板可使剛性橋臺(tái)與柔性路基間的剛度逐漸變化，有效處理過(guò)渡段差異沉降問(wèn)題。

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