高速鐵路路基與橋梁過渡段技術實踐分析

文/耿洪亮 中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司 山西晉中 030603

對路橋過渡段設計圖紙中給定的處理方法，如何選擇適當?shù)奶盍虾秃侠淼氖┕C械、施工工藝、質(zhì)量檢測及沉降觀測方法，是過渡段變形控制處理成敗的關鍵。為保證客運列車安全、平穩(wěn)、舒適地運行，控制沿線路縱向差異沉降，尤其是控制路基與橋涵等構筑物的差異沉降，實現(xiàn)軌道剛度及沉降平順過渡是一個重要環(huán)節(jié)。如何合理地解決全線的各類建筑物的差異沉降，實現(xiàn)平順過渡，有必要研究不同類型過渡段的動靜力特性和變形特性，研究有關無砟軌道過渡段的變形參數(shù)和施工控制技術，以及對不同填料填筑的路堤在動荷載作用下的動力特性和變形特征作對比性試驗研究，對于密集度較大的相鄰過渡段之間的相互影響需要作現(xiàn)場試驗研究。

1、高速鐵路路基與橋梁過渡段概述

高速鐵路的發(fā)展必須以安全為前提條件，這就需要相關人員加強對高速鐵路路基與橋梁過渡段的重視，確保列車在行使過程的平穩(wěn)性，因此，工作人員要做好路基與橋梁連接處的準備工作，由于兩者之間的剛度相差較大，容易使軌面沉降變形而發(fā)生彎折，這會對列車的正常行使帶來一定程度上的影響。當列車高速通過時，會增加列車與線路的振動，使列車與線路之間的作用力增加，進而給列車帶來一定程度上的安全隱患。因此，工作人員要加強對鐵路路基與橋梁過渡段的重視，根據(jù)實際情況對工程進行合理設計，采取相應的措施控制軌道剛度變化，從而達到線路的平順度。

提高軌道的剛度是確保列車安全行使的首要條件，提高軌道剛度的主要方法有：①工作人員可以增大路基基床的豎向剛度，這樣不但能夠確保列車在行使過程中的安全性，還能避免列車受到線路振動的影響，從而提高工程質(zhì)量。②工作人員可以調(diào)整軌枕的長度來提高軌道的剛度，這是工作人員常用的一種方法，對于確保軌道有著重要影響，因此，相關人員要加強對軌道剛度的重視，采取相應的措施來提高軌道剛度，從而確保列車正常行使。③工作人員可以增加道床厚度來提高軌道的剛度，這種方法對工作人員有著較高要求，需要工作人員具有較高的專業(yè)技能，能夠?qū)Φ来埠穸扔幸欢ǔ潭壬系牧私?，才能達到預期的目的。對于過渡段的設置，在德國與日本得到了廣泛應用，與其他國家相比，我國對過渡段的設置時間較晚，相關技術還不夠完善，近年來，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術顯著提高，為過渡段的設置提供了有利條件。因此，相關人員要加強對過渡段設置的認識，充分發(fā)揮橋梁過渡段技術，降低路基與橋梁之間的沉降差，從而達到預期的目的。在德國、日本等國家采取上窄下寬的正梯形，而我國采取倒梯形，根據(jù)相關人員調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采取這兩種方式都能滿足相關要求，這就需要工作人員根據(jù)實際情況選擇合適的方式，充分發(fā)揮過渡段技術的作用，進而提高列車行駛的安全性。此外，在處理鐵路路基與橋梁過渡段存在一些問題，需要相關人員加以重視：①軌道剛度平順過渡問題，這個問題在前面已經(jīng)提出了提高軌道剛度的解決方法，工作人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的方法，從而確保整個工程順利進行。②軌面彎折的限值問題。

2、橋路過渡段特性分析

路橋過渡段是橋臺與路基間的連接部分，長度與2倍橋臺高度相近。要想分析過渡段的特性，應先分析其連接的橋臺和路基的特性。1)橋臺情況分析。根據(jù)目前高鐵橋梁設計原則，橋梁基礎絕大部分采用鋼筋混凝土孔樁形式，而樁基礎又以嵌巖式支撐樁為主，這就意味著橋臺從下至上依次為基巖、鋼筋混凝土樁基、鋼筋混凝土承臺和鋼筋混凝土臺身，其受力模型完全可視為剛性結構;這種受力結構的橋梁在施工結束后，沉降值基本不變，完全可以滿足工后零沉降要求。另外，由于其本身為鋼筋混凝土結構，基本不受外界環(huán)境的影響，在開通運營后，不容易產(chǎn)生新的病害。2)路基情況分析。路基根據(jù)其填料的受力可塑性，在計算過程中將其視為柔性基礎;在施工過程中，路基施工質(zhì)量受外界溫濕度變化和填料本身影響非常大，特別是對水的敏感度非常高，而且水對路基質(zhì)量的影響是一個長期的過程，就我國的高鐵建設速度而言，很難在短短幾個月的工后沉降觀測和沉降評估中給出一個客觀、真實的評價。在實際運營檢查過程中，路基病害相對較多，特別是因降雨和地下水位變化而引起的路基沉降，往往不能提前預判并及時消除。根據(jù)對橋臺和路基的分析，橋路過渡段屬于鐵路線下土建剛柔連接的過渡部分，其施工質(zhì)量直接影響列車運行安全。因此，我們必須提高認識，加強管理，確保該部位的施工質(zhì)量，堅決杜絕發(fā)生類似“跳車”情形。

3、過渡段的主要問題

過渡段具有特殊的位置性，所以狹窄的施工作業(yè)面會導致最后難以控制碾壓質(zhì)量，導致設計中所要求的密實度無法達到。就算施工過程中完全滿足了設計要求，在實際的運營中，路堤本身的動載荷和自身重量都會導致填土被壓縮而產(chǎn)生變形，而橋臺沉降較小甚至是不發(fā)生沉降，導致出現(xiàn)沉降差。由于填土在水平方向上會受到壓力的作用，橋臺的防護工程會在水平方向上產(chǎn)生位移，這個水平位移會使路基在過渡段發(fā)生沉降和形變。路基面受架橋機的集中載荷要遠大于列車機車。如預應力混凝土的梁高為32米，梁重為111.48噸，當對該梁進行架設時，地面受前輪組的壓力值為265.0噸，后軸組對地面產(chǎn)生的壓力為152噸，滿載時的重量為417.0噸，長度為21米。在高速鐵路中，要對軌下的基礎形變進行降低，通常情況下是對荷重進行降低，降低車體的自重。時常會有伸縮裂縫產(chǎn)生在路橋的過渡段，在受到雨水和地表水的滲透作用和列車載荷的作用后，過渡段內(nèi)會出現(xiàn)路基下沉、軌枕懸空、部件損壞等病害。

路基沉降：路基沉降會導致橋頭跳車，若沉降不均勻，路基和橋涵之間會出現(xiàn)臺階，若臺階數(shù)量大于車輛的承受范圍，車輛就會顛簸和跳動。行車載荷對臺階會產(chǎn)生作用導致中間低而兩邊高的線性，進而使車輛發(fā)生跳動現(xiàn)象。相較于高速路的路基，橋梁的剛性結構通常并不會發(fā)生沉陷現(xiàn)象，路基受到沉降的作用，會發(fā)生嚴重的壓縮和形變，致使路基和橋梁的連接處會產(chǎn)生沉降，導致橋頭跳車。路面問題：車輛行駛的舒適性和安全性都會受到路面平整度的影響，由于高速公路上的行駛車輛車速較快，路面平整度對車輛行駛產(chǎn)生的影響會更為明顯，導致事故發(fā)生率升高。除此之外，路面的不平整會影響后期的保養(yǎng)和維修工作，需要投入大量的資金和人物力，縮短過渡段和路基的使用年限。軟土地基問題：設計高速路橋的過程中經(jīng)常出現(xiàn)地質(zhì)鉆探數(shù)量較少的現(xiàn)象，施工深度不足就會導致施工工人不能夠?qū)浲恋鼗M行及時發(fā)現(xiàn)，另外，若無法對軟土地基的理化性質(zhì)、深度等進行充分地了解，施工工人在實際的施工過程中就無法采取相應的有效措施處理軟土地基。軟土地基若無法滿足設計的要求，就會出現(xiàn)地基下降致使橋頭出現(xiàn)跳車，或者施工工人回填時并沒有壓實，雨季時其強度就會下降進而流失填土，導致沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。裂縫問題：在進行施工時，各種操作疏忽都會對工程的質(zhì)量安全產(chǎn)生影響，在施工中，過渡段的施工是至關重要的，在實際的操作中，橋頭會出現(xiàn)沉陷或裂縫，裂縫會帶來嚴重的安全隱患。為了避免出現(xiàn)裂縫，施工工人要對填土工程和相鄰的路基進行同時施工，若不能夠同時施工，也要在施工中增加臺背的寬度。

4、過渡段施工技術及質(zhì)量控制

4.1　施工準備

施工準備要點如下:復核圖紙，進行詳細施工技術交底;測量放樣，在現(xiàn)場標記出具體的范圍和位置;核查現(xiàn)場地質(zhì)情況，選擇合適的地基處理方案;選擇合適的路基填料。

4.2　地基處理方案選擇和實施

地基處理常用的方式有碾壓密實(適用于地基情況特別好的情況)、挖除換填(適用于只有地表淺層存在軟弱地基的情況)和地基加固樁復合地基(適用于存在深層軟弱地基的情況)，根據(jù)不同的地質(zhì)情況選用不同的處理方式。該部位的地基處理施工應盡量先于橋臺施工，避免因橋臺施工后對地基處理產(chǎn)生較大制約或出現(xiàn)死角。地基處理結束后，如有滲水，應采用滲水盲溝的形式將水引出路基邊坡以外。滲水盲溝結構形式如圖1所示。

圖1　滲水盲溝結構形式

4.3　過渡段填筑工藝和控制措施

過渡段結構形式需根據(jù)地質(zhì)情況分析確定，一般情況下，強風化巖和土質(zhì)地基應選用碎石類填料進行填筑，只有過渡段非常短且地基為弱風化巖時，才考慮選擇混凝土進行填筑過渡段;混凝土填筑過渡段并不能很好地起到剛柔過渡的作用，選用時應非常慎重;其中采用填料填筑的過渡段應首先進行試驗段填筑，確定填筑參數(shù)。1)橋臺基坑回填。橋臺基坑一般采用混凝土或級配碎石回填。回填前，必須將橋臺施工時基坑遺留的軟弱土清理干凈并出現(xiàn)原狀土，經(jīng)過驗收合格后方可進行回填。如采用混凝土回填，混凝土的強度應符合設計要求，澆筑時分層振搗密實，高度與處理后的地基面等高。如采用級配碎石回填，分層厚度應控制在15cm左右，人工利用小型夯機夯填密實，壓實質(zhì)量應滿足動態(tài)變形模量Evd≥30MPa。2)利用填料填筑的過渡段。采用倒梯形結構，填料采用級配碎石+3%～+5%水泥為宜，填筑范圍以測量放樣為準。過渡段結構形式如圖2所示。

圖2　橋路過渡段結構圖

填筑施工前，首先對橋臺臺背進行防水處理，并用無砂混凝土磚砌筑滲水墻，降水引出橋梁錐坡外側。填筑開始前，首先對運至現(xiàn)場的填料進行檢測，確保粒徑符合要求、含水率在允許變動幅度內(nèi);分層厚度要≤20cm，以大型壓實機械靜壓即可達標為準，靠近橋臺2m范圍內(nèi)分層厚度要≤15cm，采用小型夯機人工夯實。壓實后，采用K30和孔隙率雙指標進行壓實質(zhì)量控制，達標后方可進行下一層填筑，直至完成。3)采用混凝土回填的過渡段。混凝土施工前，應按設計要求進行基底處理，基底應平整密實無積水，并且壓實質(zhì)量達到設計要求;應精確定位中線，復核縱向長度和橫向?qū)挾取；炷潦┕r，澆筑應連續(xù)進行，并應在下層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完成;澆筑過程中，應加強振搗，確?；炷撩軐嵠秸?)及時砌筑錐坡。錐坡填筑可選用砂類土、細礫土、碎石類及粗礫土等合格土類作為填料。錐坡填筑前應核查基底無軟土、松軟土，并處理檢驗合格;填筑時與過渡段級配碎石按水平分層同步填筑并均勻夯實。填筑完成后，對錐坡坡面進行刷坡修整，及時砌筑坡面。砌筑時首先按設計尺寸開挖并施做錐坡基礎，然后砌筑抹面;砌筑坡面時，應特別注意反濾層和泄水孔的施工質(zhì)量;砌筑結束后，沿基礎設置一條攔水溝，將錐坡排水引排至路基排水溝內(nèi)。

4.4　級配碎石填料填筑法

這種方法是為了減少路堤自身的壓縮性，在路橋過渡段中填筑強度高、變形小的級配粗粒料，主要包括碎石、混凝土等，這就需要工作人員根據(jù)工程實際情況選擇合適的施工材料，從而達到預期的目的，這種方法在很多高速鐵路中都得到了廣泛影響，并且取得了顯著的成果。因此，工作人員應該加強對級配碎石填料填筑法的重視，充分發(fā)揮級配碎石填料填筑法的優(yōu)勢，進而確保工程質(zhì)量。這種方法設計意圖較為明確，主要通過使用級配來減小路基自身的壓縮性，由于工作人員能夠?qū)κ┕げ牧线M行有效控制，根據(jù)實際情況選擇合適的施工材料，確保剛度與變形均勻過渡。如果工作人員使用了優(yōu)質(zhì)的填料，但沒有對其進行壓實，也會產(chǎn)生沉降，不能發(fā)揮過渡段的功能，從而影響工程效果，所以，工作人員要對級配碎石填料進行嚴格選擇，確保其達到規(guī)定的標準，進而確保施工質(zhì)量。

4.5　加筋土路堤法

這種方法主要通過在路橋過渡段中埋設一定數(shù)量的加筋材料，增加路基強度，提高路堤剛度，從而減少路基變形。加筋土路堤法對于加強路橋過渡段處理有著重要作用，因此，工作人員應該加強對加筋土路堤法的重視，充分發(fā)揮加筋土路堤法的作用，這就需要工作人員對加筋土路堤法有一定程度上的了解，從而根據(jù)實際情況進行有效處理。根據(jù)調(diào)查結果顯示，通過在路基與橋梁過渡段采用加筋土路堤結構具有一定的優(yōu)點：①能夠有效減少橋背路堤的沉降，這樣不但能夠提高軌道的剛度，避免橋背路堤發(fā)生沉降，還能達到路橋過渡段平順的目的。②能夠把橋背路堤與橋頭交界處的臺階式跳躍沉降變成連續(xù)斜坡式沉降，這樣工作人員通過調(diào)整拉筋材料的位置就能達到預期的目的，從而確保列車行駛的安全性。所以，工作人員要加強對加筋土路結構的重視，最大程度內(nèi)發(fā)揮加筋土路的優(yōu)勢，從而確保線路平順，因此，在施工過程中，施工人員要按照相關要求合理操作，工作人員要加大對施工人員的監(jiān)督力度，確保施工人員選擇合適的拉筋材料，進而使其沉降為線形連續(xù)型。

4.6　過渡搭板法

這種方法主要在路橋過渡段設置一鋼筋混凝土搭板，一端作為剛性基礎，另一端支于枕梁上，通過這種方法能夠增大軌道的剛度，這種過渡段處理技術在公路系統(tǒng)中得到了廣泛應用，并且取得了良好的效果。與其他技術相比，過渡搭板法能夠有效提高軌道剛度，從而達到預期的目的，確保列車行使的安全性。工作人員在運用過渡搭板技術時要注意過渡段的使用范圍，由于列車質(zhì)量較大，并且運行速度較快，需要板底有較大的承壓力，一旦板底出現(xiàn)問題，會給整個工程帶來較大影響。因此，工作人員要根據(jù)實際情況對搭板進行合理設置，確保路基具有較大的強度，并且把嚴格控制路橋間的沉降差，充分發(fā)揮搭板的作用，進而確保工程質(zhì)量。從工程實踐效果來看，工作人員在對過渡段處理時要注意幾個方面問題：①要確保過渡段路堤基床表層滿足相關要求，這樣不但能夠確保工程的安全性，還能保證列車安全行駛。②在路堤與橫向結構物連接處應該設置過渡段，在基床基層填筑級配碎石并摻入適量的水泥，充分發(fā)揮級配碎石填料的優(yōu)勢，這就需要工作人員對過路段與路基進行有效連接，并且選擇合適的級配碎石，從而提高工程質(zhì)量。

4.7　完善地表防排水

路基填筑完成后，應立即對坡面進行刷坡整理，同時砌筑骨架防護并栽樹植草防護坡面，及時完善邊坡坡腳地表排水溝，將排水盲溝出口引至地表排水溝內(nèi)，并統(tǒng)一引至附近的排水系統(tǒng)。

4.8　質(zhì)量控制要點和檢驗標準

質(zhì)量控制要點如下:地質(zhì)情況核查必須仔細認真，這是選擇地基處理方式的前提基礎;地基處理后，必須對處理后的地基進行檢測，地基承載力或復合地基承載力必須滿足設計要求，并有一定的排水橫坡;滲水路基的滲水盲溝必須注意保護，避免在填筑時大型機械碾壓失效;過渡段填筑施工前，橋臺臺背位置不論橋臺排水是否流向路基，都需要做滲水墻，并沿橋臺引至錐坡外側;因高速列車風壓作用，臺背難免有水滲入;因填料中摻入水泥，拌制的填料必須及時運輸攤鋪碾壓，避免水泥因時間較長而失效;填筑碾壓時，利用小型夯機人工夯實的部分應重點檢測，避免出現(xiàn)壓實死角。

5、高速鐵路施工期間路基與橋梁、涵洞過渡段的處理措施

5.1　選擇優(yōu)質(zhì)填料建筑法，進行土質(zhì)改良

在高速鐵路施工期間高速鐵路施工期間路基與橋梁、涵洞過渡段進行處理時應當選擇優(yōu)質(zhì)的填料作為過渡段建設，通過優(yōu)質(zhì)的填料選擇，加大過渡段較軟的一側的硬度，增進材料穩(wěn)定和易控制性，減小路基沉降，穩(wěn)定的填充過渡段的空間性。此外也可以對選擇填充的土質(zhì)進行適當改良，提高填土的強度，增加填土的壓縮性，減小路橋之間剛度的差異性，避免由于填土的強度過低造路基與橋梁進行連接的過渡段變形，造成路面平整度受到損失。

5.2　加筋土法和使用過渡板

在過渡段的建設過程中在過渡段的基層建設時適當?shù)脑黾咏畈臄?shù)量，保障過渡段的基層強度，而筋材的空間布置位置應該依據(jù)過渡段的實際情況給予相應的變化，加筋土的方式主要可以增加過渡段的抗壓能力，增強過渡段的負荷承受能力，避免過過渡的變形。其次，可以選擇使用過渡板的方式對過渡段經(jīng)行保護和處理，過渡板可以緩解由于高鐵運行過快，質(zhì)量過重造成的過渡段受損嚴重的彌補，直接增加過渡段的抗壓強度，安全系數(shù)相對較高，保障過渡段的安全且操作性較容易。

5.3　增大軌道剛度

增大軌道剛度是通過改變軌道剛度的辦法提升過渡段的可承載能力。首先可以通過調(diào)節(jié)軌枕的長度和間距來增大軌道剛度。通過調(diào)節(jié)軌枕的長度，增加間距來增大軌道受力面積，使軌道所承受的壓力減緩，實現(xiàn)減輕過渡段上部的軌道壓力，從而減輕過渡段的受重能力；其次增大軌道剛度。過渡段的基層相對于其他直接建設在地面上的基礎相比較脆弱，因此應當加大軌道的剛度，增加軌道的受重能力以緩和過渡段的承重能力。

5.4　設置橡膠墊層減少過渡重力

將橡膠層應用到過渡段較硬的一側能夠減輕軌道與過渡段之間進行直接摩擦。使過渡段的硬側剛度值與軟側的硬度值相互平衡，形成過渡段受力平衡，避免由于一側受力過大造成路面的變形坍塌。同時，由于過渡段的建筑以鋼筋和土質(zhì)填充為主，路面由于受到嚴重的擠壓，造成過渡段內(nèi)部土質(zhì)板結，形成土質(zhì)之間的空隙，也會造成路面的變形，承重能力下降，是過渡段造成破壞。在過渡段中設置橡膠層能夠緩解過渡段整體受壓程度，平衡過渡段兩側的受壓能力，一定程度上減緩了過渡段的承重，能夠保護過渡段的使用。

結論：

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對高鐵不僅有量的需求，更有質(zhì)的需求。這就要求施工人員在施工中要不斷提高施工技術和質(zhì)量控制水平，提升高鐵建設的整體質(zhì)量。文章對高鐵施工中橋路過渡段這一薄弱環(huán)節(jié)進行簡要分析，并提出了相應的解決方案和控制要點，隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，高速鐵路的建設必然會不斷進行技術革新，因此應不斷加強對相關技術和質(zhì)量的管理，進一步提升我國高速鐵路橋梁的建設水平。

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