高速鐵路路基與橋梁過渡段土木與安全工程學(xué)院楊紅亮目錄一，設(shè)置過渡段的原因二，路橋過渡段變形不一致的原因三，路橋過渡段的受力與變形特點(diǎn)四，路橋過渡段的處理方法一，設(shè)置過渡段的原因鐵路線路是由不同特點(diǎn)、性質(zhì)迥異但又相互作用、相互依存、相互補(bǔ)充的構(gòu)筑物(橋、隧、路基等)和軌道構(gòu)成的。由于組成線路的結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度、剛度、變形、材料等方面的巨大差異，因此必然會(huì)引起軌道的不平順。為了滿足列車平穩(wěn)舒適且不間斷地運(yùn)行，必須將其不平順控制在一定范圍之內(nèi)。軌道的不平順有靜不平順和動(dòng)不平順之分。靜不平順是指輪軌接觸面不平順，如鋼軌軌面不平順、不連續(xù)(接頭、道岔)、車輪不圓順等；動(dòng)不平順是指軌下基礎(chǔ)彈性不均勻，如扣件失效、枕下支承失效、路基不均勻以及橋臺(tái)與路基、路堤與路塹、路基與隧道等過渡段的彈性不均勻等。與橋梁連接處的路堤一直是鐵路路基的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，由于路基與橋梁剛度差別很大，一方面引起軌道剛度的變化，另一方面，路基與橋臺(tái)的沉降也不一致，在橋路過渡點(diǎn)附近極易產(chǎn)生沉降差，導(dǎo)致軌面發(fā)生彎折。當(dāng)列車高速通過時(shí)，必然會(huì)增加列車與線路的振動(dòng)（如下圖），引起列車與線路結(jié)構(gòu)的相互作用力的增加，影響線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，甚至危及行車安全。在路基與橋梁之間設(shè)置一定長(zhǎng)度的過渡段，可使軌道的剛度逐漸變化，并最大限度地減少路基與橋梁之間的沉降差，達(dá)到降低列車與線路的振動(dòng)，減緩線路結(jié)構(gòu)的變形，保證列車安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行的目的。二，路橋過渡段變形不一致的原因

由于路基與橋臺(tái)本身所用材料的不同，橋臺(tái)的豎向位移,塑性變形等比路堤小的多。路橋過渡段作為柔性路堤與剛性橋臺(tái)的結(jié)合部位，在結(jié)構(gòu)上是塑性變形和剛度的突變體(如圖)。只有當(dāng)柔性路堤的塑性變形相對(duì)為零或其值的大小所引起的軌面彎折(軌道不平順)滿足高速行車的要求時(shí)，才不會(huì)出現(xiàn)（下圖）所示的情況。而由散體材料組成的柔性路堤發(fā)生變形是不可避免的，因此，必須從過渡段的地基條件、軟基的處理方法、填料選擇、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢測(cè)上采取措施，以減少兩者之間的塑性變形差，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡。1，路基與橋梁結(jié)構(gòu)的差異現(xiàn)在許多既有線路都是修筑在條件差并未經(jīng)很好處理的軟弱地基土上的。在軟土地基上，路橋過渡段的路基和橋梁的工后沉降量是不同的，因此在路橋過渡處必然有沉降差。路橋過渡段由于其結(jié)構(gòu)的原因，橋頭路基的填筑高度較大，產(chǎn)生的基礎(chǔ)應(yīng)力也較高，因此,地基在路橋過渡段產(chǎn)生的沉降較其他路段要大一些。地基土的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的沉降和沉降達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間也不同。對(duì)于粉土地基和中、低壓縮性的黏土地基，其全部完成沉降需要幾年時(shí)間；對(duì)于高壓縮性黏土地基、飽和軟黏土地基，則其全部完成沉降需要十幾年甚至幾十年時(shí)間。所以，地基工后沉降是地基造成橋頭跳車的重要成因2，地基條件的差異3，橋臺(tái)后路堤填料橋臺(tái)后路堤填料一般全是填土。由于施工的原因，往往作業(yè)面相對(duì)狹小，碾壓質(zhì)量不易控制，其壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。即使施工時(shí)壓實(shí)度全部達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但因運(yùn)營(yíng)時(shí)路堤填土本身的自重和動(dòng)荷載的作用，也將使路堤填土進(jìn)一步壓縮變形，使得路橋過渡處出現(xiàn)沉降差。橋臺(tái)前的防護(hù)工程由于受到水平土壓力的作用，將產(chǎn)生一定的水平位移。這一水平位移將會(huì)導(dǎo)致路橋過渡處路堤出現(xiàn)沉降變形。路橋過渡處常會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的伸縮裂縫，經(jīng)過地表水或雨水的滲透后，會(huì)使路堤填土出現(xiàn)病害，強(qiáng)度降低，產(chǎn)生沉降?；蛴捎谒臐B透流動(dòng)帶走填料中的細(xì)顆粒土，使得路橋過渡處出現(xiàn)沉降變形。4，設(shè)計(jì)及施工問題設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)路橋過渡區(qū)段的施工碾壓過程考慮不周，對(duì)填料的要求不嚴(yán)格，橋臺(tái)后的排水設(shè)計(jì)考慮不周，都將影響其施工質(zhì)量。施工時(shí)對(duì)工期或工序安排不當(dāng)，以至使路橋過渡區(qū)段的填土碾壓工作安排在施工工期的尾部，被迫趕工期，不能夠很好地控制填土壓實(shí)質(zhì)量，使得填土本身出現(xiàn)沉降變形。施工時(shí)對(duì)路橋過渡區(qū)段的回填料不按設(shè)計(jì)要求填筑，或采用不良填料，或碾壓厚度超過要求，或壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，都將造成質(zhì)量缺陷。施工時(shí)碾壓器械配置欠佳，壓實(shí)功率不夠，不進(jìn)行分層次質(zhì)量檢查，也會(huì)使壓實(shí)質(zhì)量達(dá)不到控制要求。5，重橋輕路意識(shí)的影響

設(shè)計(jì)和施工中重橋輕路的意識(shí)是影響路橋過渡段施工質(zhì)量的又一因素。目前在鐵路建設(shè)工程中，橋梁建設(shè)不僅工程規(guī)模大，投資多，而且有時(shí)還是保證線路正常通車的關(guān)鍵。從以往的施工過程看，往往是路橋分家，重橋輕路。橋梁施工中集中了大量精干的工程技術(shù)人員，而路基施工都未能投入必要的技術(shù)力量。在設(shè)計(jì)中沒有把路橋過渡區(qū)段作為一種結(jié)構(gòu)物來(lái)考慮，沒有較為合理的設(shè)計(jì)要求。在施工過程中路橋過渡區(qū)段又是質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)。往往在鋪軌架橋時(shí)，或正常運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，路橋過渡區(qū)段的問題才明顯出現(xiàn)。除以上主要原因外，在路橋過渡段，影響線路運(yùn)行質(zhì)量的因素還有：（1）橋上軌道技術(shù)狀態(tài)和種類。橋上是有碴軌道還是無(wú)碴軌道，橋上軌枕墊剛度值的大小，都與傳遞到橋臺(tái)后路堤上的作用力的大小有關(guān)。（2）路橋過渡段軌道技術(shù)狀態(tài)和種類。過渡段內(nèi)鋼軌和軌枕類型以及鋼軌是否有接頭或損傷，與傳遞到路堤上的作用力大小有關(guān)。（3）機(jī)車車輛的類型、運(yùn)行速度和技術(shù)狀況。過渡段內(nèi)動(dòng)荷載(軸重與輪軌沖擊力)的大小與機(jī)車車輛的類型、運(yùn)行速度和技術(shù)狀況等有關(guān)。1，路橋過渡段軌面彎折分析

路橋過渡段路堤的變形控制，主要需考慮兩個(gè)問題：①將橋背土路基與橋臺(tái)交界處的錯(cuò)落式沉降變成連續(xù)的斜坡式沉降；②嚴(yán)格控制過渡段線路的軌面彎折變形，使之滿足高速行車的要求。對(duì)于第一個(gè)問題，采用諸如碎石類材料傾斜填筑、加筋土路堤結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土過渡板等處理措施一般就能較好地解決。對(duì)于第二個(gè)問題，就目前的條件而言，只能根據(jù)列車/線路系統(tǒng)的分析理論，建立路橋過渡段的振動(dòng)分析模型，進(jìn)行全面系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

三，路橋過渡段的受力與變形特點(diǎn)

根據(jù)高速鐵路路橋過渡段列車/線路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算分析，在過渡段長(zhǎng)度L=20m、行車速度v=350km/h條件下，路橋間由于路橋結(jié)構(gòu)的工后沉降不一致引起的軌面彎折（如圖所示形式）的限制值應(yīng)為θ≤1.5‰～2.5‰。軌面彎折限制值2，路橋過渡段合理長(zhǎng)度的設(shè)置我國(guó)高速鐵路路橋過渡段的合理長(zhǎng)度的設(shè)置重點(diǎn)考慮了以下兩方面的關(guān)系：（1）路橋過渡段軌道豎向剛度的變化與過渡段長(zhǎng)度的關(guān)系：路橋過渡段軌道豎向剛度的變化對(duì)高速行車的穩(wěn)定性有一定的影響。根據(jù)列車/線路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果，隨著過渡段長(zhǎng)度的增加，車體振動(dòng)加速度、輪軌接觸力等指標(biāo)均減小。但是，理論上，列車以350km/h高速通過時(shí)，過渡段長(zhǎng)度大于15～20m后，各項(xiàng)指標(biāo)的變化就非常微小了，再繼續(xù)增加過渡段的長(zhǎng)度，幾乎無(wú)任何作用。理論計(jì)算分析還表明，過渡段長(zhǎng)度縮短至10m甚至5m時(shí)，雖然車體的加速度、輪軌接觸力等指標(biāo)有一定的變化，但其數(shù)值仍處于比較低的水平，不能作為過渡段長(zhǎng)度設(shè)置的控制因素。（2）路橋過渡段的工后沉降差的限值與過渡段長(zhǎng)度的關(guān)系：由路橋過渡段工后沉降差引起的軌面彎折對(duì)高速行車的平穩(wěn)性有顯著的影響。根據(jù)列車/線路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果，在理論上，列車以350km/h高速通過時(shí)，將軌面變形的彎折角控制在1.5‰～2.5‰以內(nèi)，就能保證高速列車的正常運(yùn)行。基于京滬高速鐵路路橋過渡段的工后沉降為5cm的標(biāo)準(zhǔn)。1.5‰～2.5‰的彎折角可得過渡段長(zhǎng)度為20～33m。如果考慮軌道的正常維修作業(yè)（起撥道搗固）周期，由路橋過渡段的工后沉降差引起的軌面彎折可能并沒有這么大，因此過渡段長(zhǎng)度的設(shè)置可根據(jù)起撥道搗固周期進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。四，路橋過渡段的處理方法

日本鐵道建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)解說中認(rèn)為,在路堤與橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)物連接處,由于路堤和結(jié)構(gòu)物的沉降不同,在路基頂面容易產(chǎn)生臺(tái)階,還由于動(dòng)力特性的劇變,列車通過時(shí)容易產(chǎn)生軌道變形,使旅客感覺不舒服。為了減少這些缺陷,在路堤和結(jié)構(gòu)物之間設(shè)計(jì)緩沖區(qū),填筑壓縮性小的填料粒徑級(jí)配為M-10的碎石和粒徑級(jí)配為MS-40的爐渣碎石,也可使用低標(biāo)號(hào)混凝土等,并達(dá)到?150MPa的壓實(shí)程度,日本新干線主要采取如下種路橋過渡方式1)引堤方式在橋臺(tái)與路基之間設(shè)置一定一長(zhǎng)度并逐漸減薄的正梯形高密度填土引提,以實(shí)現(xiàn)剛性橋臺(tái)與柔性路基間軌道綜合模量剛度的平順過渡，引堤采用壓縮性小，級(jí)配良好的材料進(jìn)行填筑1，日本2)補(bǔ)強(qiáng)方式在橋臺(tái)背后一定長(zhǎng)度的路基范圍內(nèi)使用有加筋材料的填土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),以形成上部軌道剛度的平穩(wěn)過渡3)搭板方式在橋臺(tái)背后設(shè)置一定長(zhǎng)度的縱向搭板梁,以實(shí)現(xiàn)剛度的平穩(wěn)過渡日本引堤過渡示意圖2，德國(guó)

德國(guó)高速鐵路的路一橋過渡段一般采用倒梯形結(jié)構(gòu),橋臺(tái)臺(tái)背部位填筑滲水材料,并設(shè)有滲水管,滲水材料與路堤填上之間的填料按顆粒不均勻系數(shù)u及夯實(shí)度要求進(jìn)行控制,要求u≥5,一般使用級(jí)配良好的砂礫石或級(jí)配碎石填筑.過渡方式如圖德國(guó)倒梯形過渡段示意圖

德國(guó)鐵路土工建筑物規(guī)范要求,在土工建筑物向人工構(gòu)造物過渡時(shí),應(yīng)采取適宜措施,以達(dá)到盡可能小的沉陷差和道床模量的漸次過渡。在從土工建筑物到人工構(gòu)筑物的過渡結(jié)構(gòu)時(shí),必須遵守建筑物的回填規(guī)程?；靥畈牧蠎?yīng)該是透水的級(jí)配粗粒料,應(yīng)該特別認(rèn)真地鋪設(shè)夯實(shí),并在臺(tái)背后壁設(shè)滲流墻用于排水。

南非公司Spoornet在重載線路Coalline的一處隧道進(jìn)出口過渡區(qū)域分別鋪設(shè)了梯子型和型軌枕兩種類型的軌道結(jié)構(gòu)。根據(jù)每個(gè)月進(jìn)行的一次軌道狀態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)表明,該兩種軌道結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)良好,變形小且均勻。3,西班牙

西班牙馬德里一塞維利亞高速鐵路赫塔費(fèi)一科爾多瓦段要求過渡段進(jìn)行必要的工程設(shè)計(jì),使不同地段的剛度差異有合適的過渡,并對(duì)過渡段鋪設(shè)完成后的變形特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)西班牙高速鐵路過渡段典型結(jié)構(gòu)4，韓國(guó)

韓國(guó)首爾一釜山高速鐵路路一橋過渡段的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。各部分的填料要求為：

A:最大粒徑不大于63mm的硬碎石加3％水泥,厚0.7m。B:最大粒徑不大于63mm的硬碎石C:最大粒徑不大于63mm的普通碎石加3％水泥D:最大粒徑不大于63mm的普通碎石韓國(guó)高速鐵路過渡段經(jīng)典結(jié)構(gòu)5，我國(guó)路橋過渡段設(shè)計(jì)1，路堤與橋臺(tái)連接設(shè)計(jì)(1)過渡段長(zhǎng)度按下式計(jì)算，且不小于20m式中L:過渡段長(zhǎng)度（m）

H:臺(tái)后路堤高度（m）

h:基床表層厚度（m）

a:常數(shù)（3~5m）

n:常數(shù)2~5（2）臺(tái)尾過渡段設(shè)計(jì)方式級(jí)配編號(hào)通過篩孔質(zhì)量百分率（%）50403025201052.50.50.075110095～100

60～90

30～6520～5010～302～102

10095～100

60～90

30～6520～5010～302～103

10095～100

50～8030～6520～5010～302～10

過渡段路堤基床表層應(yīng)滿足相關(guān)要求，并在與橋臺(tái)連接的20m范圍內(nèi)基床表層的級(jí)配碎石內(nèi)摻入適量的水泥，表層以下以級(jí)配碎石分層填筑，填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足K30≥150MPa/m、孔隙率n<28%。碎石的級(jí)配范圍應(yīng)符合下表的規(guī)定（3）以武廣高速鐵路為例1）橋與路堤過渡段

路基路堤與橋相連接不小于4倍橋臺(tái)高度范圍內(nèi),且不小于20m的路基基床表層級(jí)配碎石中摻人5％的水泥,基床表層以下過渡段頂寬3的正梯形部分采用級(jí)配碎石摻人5％水泥,其后設(shè)置一段倒梯形的過渡段,采用A、B組填料,設(shè)置形式見圖2）橋與路塹過渡段

橋臺(tái)臺(tái)尾為土質(zhì)、極軟巖或強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖路塹時(shí),橋臺(tái)基坑回填混凝土,基坑外路塹表層20m范圍內(nèi)換填級(jí)配碎石摻5％水泥，當(dāng)臺(tái)尾為硬質(zhì)巖時(shí),過渡段范圍內(nèi)采用混凝土進(jìn)行回填,設(shè)置形式見圖3）路堤與橫向構(gòu)筑物過渡段

路基面距橫向結(jié)構(gòu)物頂?shù)拇怪备叨刃∮?m時(shí),涵洞兩側(cè)不小于20范周內(nèi)的基床表層采用級(jí)配碎石摻5％水泥填筑,表層以下涵頂及每側(cè)頂寬2m的正梯形采用級(jí)配碎石摻5％水泥填筑,其外側(cè)再設(shè)置底寬3m的倒梯形A、B組填料過渡段,形式如圖

路基面至橫向結(jié)構(gòu)物頂不小于2m時(shí)。涵洞兩側(cè)不小于20m范圍內(nèi)的基床表層采用級(jí)配碎石摻5%水泥填筑,涵頂以下每側(cè)頂寬2m的正梯形采用級(jí)配碎石摻5%水泥填筑,其余部位按路基相同部位正常填筑,形式如圖

路堤與弱一微風(fēng)化硬質(zhì)巖路塹連接時(shí),自路塹一側(cè)沿原硬質(zhì)巖坡面按1:2的坡率橫向開挖臺(tái)階,臺(tái)階高度0.6m左右。過渡段基床表層20m范圍內(nèi)填摻入5%水泥的級(jí)配碎石,表層以下自路堤一側(cè)分層填筑級(jí)配碎石摻5%水泥。級(jí)配碎石與路堤填料之間的分界線與線路走向保持垂直,使軌道板下基礎(chǔ)保持均質(zhì),設(shè)置形式見下圖。路堤與強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖、軟質(zhì)巖或土質(zhì)路塹連接時(shí),過渡段設(shè)置較為簡(jiǎn)單,路塹一側(cè)沿坡面按1:2的坡度挖臺(tái)階,然后按路堤各部位的填料層填筑即可,填筑時(shí)特別注意相接處的壓實(shí)質(zhì)量4）路堤與路塹過渡段5，總結(jié)

綜合國(guó)外高速鐵路國(guó)家和國(guó)內(nèi)處理路橋過渡段的經(jīng)驗(yàn)，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾類。（1）.在過渡段較軟一側(cè)，增大路基基床的豎向剛度，減少路基結(jié)構(gòu)的沉降。該類處理方法的主要目的是通過加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)來(lái)減少路基與橋臺(tái)之間在剛度與沉降方面的差異，進(jìn)而減少路橋間線路的不平順

1）加筋土路堤法：加筋土加強(qiáng)橋過渡段土工合成材料增加基床剛度

加筋土路堤法是在過渡段路堤填料（必要時(shí)也可包括地基）中埋設(shè)一定數(shù)量的加筋材料，形成加筋土路堤結(jié)構(gòu)2）碎石填料填筑法

碎石填料填筑法是