高速鐵路路基與橋梁過渡段技術(shù)的關(guān)系研究

亢曉斌

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司， 陜西 西安 710000)

1 工程概況

西安北至機(jī)場(chǎng)城際軌道項(xiàng)目（CK2+277～AK12+820.1）段全長(zhǎng)10.5km，線路途經(jīng)了西安市未央?yún)^(qū)、經(jīng)開區(qū)、西咸新區(qū)秦漢新城及空港新城主要功能區(qū)塊，連接了兩個(gè)主要交通樞紐點(diǎn)-西安北客站及西安咸陽國際機(jī)場(chǎng)，為西咸一體化主客流走廊。本項(xiàng)目是關(guān)中城市群城際網(wǎng)的組成部分。在西安北客站與西安北至銅川城際鐵路通道換乘；在機(jī)場(chǎng)預(yù)留向西延伸條件，與機(jī)場(chǎng)至法門寺城際及閻良至咸陽機(jī)場(chǎng)城際有效銜接，共同形成大運(yùn)量、全覆蓋的城際鐵路網(wǎng)絡(luò)。文章以此工程為例，對(duì)高速鐵路路基和橋梁過渡段施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

2 過渡段施工易出現(xiàn)的問題

2.1 路基變形對(duì)施工的影響

橋梁過渡段施工的過程中會(huì)出現(xiàn)路基變形的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致工程出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。路基變形主要與施工的填料有關(guān)，填料的孔隙越小，路基變形情況就越小。由于本次施工選取的填料是土，所以在進(jìn)行填料施工以后，因?yàn)樘盍现g的空隙比較大，經(jīng)過碾壓后縫隙變小，出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，使過渡段與其他施工區(qū)域會(huì)形成沉降差。除此之外，因?yàn)檫^渡段的施工區(qū)域狹小，碾壓設(shè)備難以經(jīng)過，所以碾壓的效果較差，使填料的密實(shí)度不能達(dá)到施工要求[1]。即便施工方采取其它措施將填料的密實(shí)度達(dá)到工程要求，但是由于填料自身的性質(zhì)和其它外部因素的影響，導(dǎo)致填土出現(xiàn)壓縮變形的現(xiàn)象，在橋臺(tái)施工時(shí)，由于其地質(zhì)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，所以不會(huì)出現(xiàn)沉降，這樣一來，就會(huì)使過渡段與橋臺(tái)的沉降差更大。此外，橋臺(tái)的防護(hù)措施由于受水平土壓力的影響，會(huì)發(fā)生位移現(xiàn)象，橋臺(tái)的位移也會(huì)對(duì)過渡段的基礎(chǔ)產(chǎn)生一定的影響。

2.2 過渡段超負(fù)荷運(yùn)行

橋梁過渡段所承受的架橋機(jī)荷載量較路面承受的荷載量要大很多。以32m預(yù)應(yīng)力混凝土梁的荷載量來說，每一片混凝土梁自身重量為111.37t，當(dāng)架橋機(jī)對(duì)該梁進(jìn)行施工的過程中，機(jī)車所需要承受的荷載量為417t，其中前輪的荷載量為265t，后軸組的荷載量為152t，機(jī)車的加載長(zhǎng)度為21m。在高速鐵路建設(shè)的過程中，為了避免或減少出現(xiàn)基礎(chǔ)變形情況，一般都會(huì)將列車的荷載量和列車自身的重量降低以解決變形問題。比如說意大利ETR500型號(hào)的高速列車，列車的重量為72t，列車的加載長(zhǎng)度為20.8m，德國ICE型號(hào)的高速列車，列車的重量為78.2t，列車的加載長(zhǎng)度為20.8m。從這些數(shù)據(jù)可以看出過渡段會(huì)對(duì)路面基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的荷載量。

2.3 路基排水性能差

在橋梁過渡段施工后會(huì)產(chǎn)生一些裂縫，在受到雨水沖刷、列車荷載后，會(huì)使裂縫的縫隙加大，破壞過渡段的排水系統(tǒng)，使積水不能及時(shí)排出，從而使過渡段內(nèi)出現(xiàn)路基沉降、軌枕不穩(wěn)定、線路等部件出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞的不利影響。

3 鐵路路基與橋梁之間設(shè)置過渡段的設(shè)計(jì)方案

由于工程的需要，在鐵路路基與橋梁之間必須要設(shè)置過渡段來確保工程符合設(shè)計(jì)要求。采取何種設(shè)計(jì)方案來保證過渡段的平穩(wěn)運(yùn)行是這次施工的重難點(diǎn)。設(shè)計(jì)方案在制定的過程中要結(jié)合工程的實(shí)際情況來進(jìn)行。在制定好合適的施工方案后，還要嚴(yán)格控制施工的質(zhì)量和工程的進(jìn)度，確保工程能夠滿足設(shè)計(jì)要求。如果軌道的剛度和沉降差都沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，那么就會(huì)導(dǎo)致軌道出現(xiàn)變形的情況，對(duì)高速列車在運(yùn)行安全產(chǎn)生較大的影響。

通過對(duì)以上情況的分析，可以得出，如果鐵路路基與橋梁之間出現(xiàn)沉降差，就要設(shè)置過渡段來解決，設(shè)置過渡段可以控制好軌道的剛度，避免由于剛度不符合要求而出現(xiàn)軌道變形的現(xiàn)象。

在進(jìn)行剛度調(diào)整的過程中，要在鐵路路基與橋梁過渡段較軟的一側(cè)軌道進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時(shí)通過調(diào)整軌枕的長(zhǎng)度和每相鄰兩個(gè)軌枕之間的距離來增大路基基床和軌道的豎向剛度；可以通過提高道床的厚度來改變軌道的剛度；通過采取這些方法來增強(qiáng)軌道的剛度，避免出現(xiàn)軌道變形的現(xiàn)象，從而保證高度列車平穩(wěn)、安全運(yùn)行[2]。

4 橋梁過渡段施工的具體方法

在本次橋梁過渡段施工的過程中，主要有以下過渡段：橋臺(tái)與路堤之間的過渡段、箱形橋與路堤之間的過渡段、涵洞與路堤之間的過渡段等。由于過渡段較多，形式不同，所以就會(huì)提高施工的難度，為了保證施工的質(zhì)量還要加強(qiáng)對(duì)施工過程中的監(jiān)督力度。在過渡段基床表層進(jìn)行施工的過程中，選取的主要的原材料是級(jí)配碎石，此外還要向碎石中加入5%水泥進(jìn)行均勻攪拌，基床表層以下的區(qū)域施工選取的主要原材料為級(jí)配碎石，此外還要向碎石中加入3%水泥均勻攪拌，基坑回填施工時(shí)原材料全部選取級(jí)配碎石進(jìn)行填筑。

4.1 橋臺(tái)與路堤之間的過渡段施工

在橋臺(tái)與路堤之間的過渡段施工的過程中，一般會(huì)通過過渡段的長(zhǎng)度計(jì)算公式來進(jìn)行計(jì)算，見式（1）。

式（1）中：L-過渡段長(zhǎng)度，且 L必須要＞20m；a-常數(shù)，通過軌道的形式來確定；H-路堤的高度；h-鐵路路基的厚度；n-常數(shù)，取值范圍在2～5之間。

在對(duì)過渡段路基基床表層進(jìn)行填充時(shí)，主要填充級(jí)配碎石，并在級(jí)配碎石中加入5%的水泥均勻攪拌。對(duì)基床表層的部位進(jìn)行填充時(shí)，主要填充的也是級(jí)配碎石，需要在級(jí)配碎石中加入3%的水泥均勻攪拌，填充施工完成后還要對(duì)其進(jìn)行碾壓作業(yè)，路基的碾壓系數(shù)K30≥150MPa/m。

在過渡段施工的同時(shí)還要進(jìn)行路基施工，在橋臺(tái)過渡段碾壓施工時(shí)，由于施工區(qū)域狹小，大型碾壓設(shè)備難以通過，所以需要選取小型振動(dòng)碾壓機(jī)來進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。在進(jìn)行填充時(shí)要確保碎石的密實(shí)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求，為排水施工打下基礎(chǔ)。具體的施工示意圖如圖1所示。

圖1 橋梁橋臺(tái)與路堤過渡段施工示意圖

4.2 路堤與橫向結(jié)構(gòu)物之間的過渡段施工

在路堤與橫向結(jié)構(gòu)物之間的過渡段進(jìn)行施工時(shí)，一般會(huì)選取倒梯形的形式進(jìn)行施工，該過渡段的長(zhǎng)度計(jì)算公式和橋臺(tái)與路堤的計(jì)算公式相同。

（1）在橫向結(jié)構(gòu)物頂部位置與鐵路路基的距離必須要保證≤1.0m，在該過渡段施工的過程中，要在橫向結(jié)構(gòu)物周圍20m的范圍內(nèi)進(jìn)行基床表層填充，填充的主要材料為級(jí)配碎石，并在級(jí)配碎石內(nèi)加入5%水泥均勻攪拌，在基床表層以下區(qū)域施工時(shí)，填充的主要材料為級(jí)配碎石，要向級(jí)配碎石內(nèi)加入3%的水泥均勻攪拌，具體施工示意圖如圖2所示。

圖2 路堤與橫向結(jié)構(gòu)物處過渡段施工示意圖

（2）當(dāng)過渡段出現(xiàn)斜交的情況時(shí)，必須要利用含有3%水泥的級(jí)配碎石進(jìn)行填充作業(yè)，然后再利用過渡段來減小路堤與橫向結(jié)構(gòu)物之間的剛度差，確保高速列車平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）在對(duì)基坑進(jìn)行填充作業(yè)后，還要采用碾壓設(shè)備對(duì)其進(jìn)行密實(shí)度碾壓作業(yè)，確保填充物的密實(shí)度能夠滿足施工要求。填充物的密實(shí)度要達(dá)到Evd≥30MPa的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在鐵路路基與橫向構(gòu)筑物的過渡段之間，要加強(qiáng)對(duì)該過渡段軌道橫向剛度的調(diào)整，確保高速列車的平穩(wěn)運(yùn)行和鐵軌的安全建設(shè)。具體的施工示意圖如圖3所示。

4 對(duì)路基沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)和質(zhì)量評(píng)估

在進(jìn)行橋梁過渡段施工的過程中還要對(duì)鐵路路基的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保施工質(zhì)量。監(jiān)測(cè)采取在路基面埋設(shè)觀測(cè)樁和沉降板的方法進(jìn)行，如果對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際的沉降值與設(shè)計(jì)的沉降值有明顯偏差時(shí)，就要通過對(duì)基床頂部構(gòu)建樁板結(jié)構(gòu)和對(duì)基底進(jìn)行注漿作業(yè)的方法控制沉降。具體的監(jiān)測(cè)表如表1所示。

圖3 路堤與橫向結(jié)構(gòu)物過渡段施工示意圖

表1 過渡段路基位移監(jiān)測(cè)表

在對(duì)過渡段沉降監(jiān)測(cè)的過程中，需要設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)來對(duì)沉降的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，并選取一個(gè)穩(wěn)定的沉降點(diǎn)作為參考依據(jù)。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)之前還要對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備和儀器進(jìn)行檢測(cè)和維修工作，并對(duì)檢修做好記錄工作。在本次工程完成后，通過對(duì)過渡段沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出高速鐵路路基和橋梁過渡段的施工質(zhì)量都能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，在高速鐵路路基和橋梁過渡段施工時(shí)，由于路基和橋梁剛度之間的差值比較大，使軌道剛度的變化也比較大。特別是在列車高速通行的過程中，會(huì)使用線路和列車的振動(dòng)加大，進(jìn)而使線路結(jié)構(gòu)和列車之間的相互作用力變大，從而對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)高速鐵路路基和橋梁過渡段施工技術(shù)進(jìn)行了分析，取得了良好的施工效果，達(dá)到了預(yù)期要求，值得類似工程借鑒和參考。

[1]張玉芝，杜彥良，孫寶臣.季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路橋過渡段路基變形特征分析[J].中國鐵道科學(xué)，2016（01）：39-45.

[2]翟婉明，趙春發(fā)，夏禾，等.高速鐵路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能演變及服役安全的基礎(chǔ)科學(xué)問題[J].中國科學(xué):技術(shù)科學(xué)，2014（07）：645-660.