路桥过渡段主要技术标准与结构

(c)承载力破坏
存在的问题4
对于桩基础型式桥台，特别是在松软土地区，由于路基 填土引起的地基土的侧向流动、挤出使桥台桩基受弯矩作用 发生挠曲甚至折断，造成桥台前移、倾倒，如图所示。此外， 由于台背填土的存在使地基土发生固结，桥台桩基受到负摩 阻力作用，引起基础产生较大的沉降并伴有不均匀沉降发生 等等。
路桥过渡段主要技术标准与结构设计
路桥过渡段主要技术标准与结构设计---问题的提起
• 高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提，这 些均取决于构成铁路系统各方面的高品质和高可靠性。铁 路线路的稳定与平顺是必不可少的条件之一。 • 将轨道的不平顺控制在一定范围之内,是保证列车安全 、舒适且不间断运行的关键。
软土地基的侧向流动造成桥台桩基的折断
表 1-1 引起过渡段变形的因素总结(据 Sam Helwany)
大类 1 过渡段路面 的较差质量 A B C A 2 桥台及其基 础类型 B C D A 台背填土的 3 竖向和水平 向变形 B C D 地基土的竖 4 向和水平变 形 A B C A 5 较差的排水 条件 B C D 原因 柔性路面的变形：车辙、挤浆和开裂 混凝土路面破坏：横向开裂、接头错位、角裂、冻胀 不合适的公路等级布局 非整体式桥台伸缩缝缺乏养护造成温度应力作用在桥台上 整体式桥台周期性的加载引起侧向移动并增加水平土压力 与路基刚度有关的基础竖向位移 桥台或翼墙的不合理设计 因空间限制、不合理的施工设备、承包方的工作态度、土的类 型及填土层后引起的填土欠压实 因温度变化及排水引起的台背填土体积变化（如冻胀融沉、土 的湿限性及膨胀等） 粘性土在路基自重、车量荷载及沥青层自重作用下的工后固结 沉降 过渡搭板枕梁的承载力破坏 软弱地基土因竖向应力增加引起的侧向挤出 因有效应力增加引起的淤泥、粘土及有机质土固结沉降 因地基土抗剪强度偏低引起的滑动破坏 桥台护坡土的流蚀造成桥台前后填土的局部移动以及细颗粒土 通过粗粒土之间的空隙流动 水位上升造成台前边坡失稳 台后静水压力上升 较差的路面排水造成结冰、路基土软化、翻浆冒泥
其它方法-1
•通过增大轨排抗弯模量来增加轨道刚度。德国ICE高速铁 路的Muhlberg隧道入口处采用了这种方法，其隧道内是 板式轨道结构，隧道外为有碴混凝土轨枕线路。过渡段长 度约30m,由四根附加在轨枕上的钢轨组成,两根在运行轨 之间,两根在运行轨外侧。
其它方法-2
•在过渡段较硬一侧,通过设置轨下、枕下、碴底橡 胶垫块(板)来调整轨道竖向刚度。 •对于有碴轨道结构,由于列车荷载的动力作用较大, 常使桥上和隧道内的道碴发生磨损粉化。为了解决 这个问题,日本在高速铁路的道碴底铺设了一层约 25mm厚的橡胶垫。该层橡胶垫的设置,能降低轨道竖 向刚度,减小路桥间轨道刚度变化。 •使用力学性能较好的轻型材料(如EPS,人工气泡混 凝土等)填筑过渡段是近年国内外研究开发和应用的 一种减轻结构物自重的工艺方法。
以前(低速铁路时代)，各种因素引起的轨面变形可通过起拨道捣 固工作进行修复,故我国铁路系统对普速铁路过渡段的处理一直未重视。
存在的问题2
当列车高速运行在路桥过渡段区间时，由于刚度的巨变以 及差异沉降的存在，使得附加动力作用会明显增大，而且该附 加动力作用还会随着速度的提高不断被放大(如图所示)，这将 导致轨道累积变形增大，石碴粉化，道床翻浆，轨枕空吊，钢 轨磨耗加剧，影响列车运行的舒适性、安全性，继而诱发行车 车事故。因此，路桥过渡段问题的存在严重限制了列车运行速 度的提高。
具体措施：
○减少路堤本身的固结沉降量
・优质的路堤材料 ・严格的施工管理 ○为避免基床强度的突变，桥台背后的路堤设置过渡段 ・优于路堤的材料 ・严于路堤的施工与管理 ○其它措施
优质材料填筑过渡段结构(日本)
路基与涵洞(日本)
•禁止直接在涵洞上面铺设钢筋混凝土板。 •确保级配碎石层（厚30cm）及路堤的厚度。 •其余的施工及其质量，要求与路堤和桥梁过渡段相同。
大量的调查分析表明,我国普速铁路路桥过渡段的病害广泛 而严重,经常的维修使得一些线路桥台后的路基道碴囊深度达2～ 3m,纵向延伸约10～30m。 工务养护维修工作量远大于其它地段。 车辆脱轨事故中的很大部分也常发生在过渡段附近。
百度文库究现状1
目前国内对于过渡段问题的研究主要集中于车辆与线 路相互作用的动力学分析，软土地基桥台桩基受力研究以 及台后路基填料动力学特性等问题，也取得了相当的科研 成果，如影响行车安全平稳运行的主要控制因素的确定、 不同行车速度下折角限值标准的提出、填土荷载不大于3cu 时桩基弯矩较小以及动荷载作用下过渡段路基动力学特性 的分析等等。
国外路桥过渡段的处理原则与方法 要求事项：
•路基和桥梁之间，不得出现有害性不均匀下沉现象。
•不得急剧改变道床(或轨下结构)刚度（Ｋ值），以
减缓轨道位移，或保证列车舒适运行。
•地震时，桥台背后的路堤不得出现大幅度的下沉。
高速铁路结构物容许变位判别标准汇总[1-4]
桥台面转角 2‰ 桥台水平位移 38 mm 台后路基面折角 台背错台 6‰ 2 mm
处理原则与方法1 桥头设置搭板和枕粱
采用水泥改良土的过渡段(日本)
水泥稳定处理 过渡段
RC基础 路堤
桥梁
有后底座
采用水泥改良土土工格栅的过渡段(日本)
水泥稳定处理 过渡段
RC基础 土工格栅
桥梁
路堤
无后底座
过渡段的施工及其质量
・材料 级配碎石：有碴轨道 水泥稳定级配碎石：板式无碴轨道 ・压实级配碎石层 单层施工厚度15cm K30值≧200MN/m3，或压实度95％以上 ・水泥稳定级配碎石层 设计标准强度qu=2 N/mm2=2 MPa 掺灰量：重量比高于2％，最好达到3％左右。 事先通过室内试验决定
国内路桥过渡段的处理原则与方法
存在的问题1
铁道线路主要是由线路上部的轨道结构和线路下部的 路基、桥梁、隧道等结构物组成。轨道结构又是由不同力 学性能的材料(钢轨、轨枕、道碴，扣件等)组合而成,当两 种结构物之间存在接续时，由于刚度、变形特性的不同， 势必造成线路平顺性发生改变。路桥、路涵、路隧等过渡 段经常是线路运行的薄弱环节。
•目前对于过渡段问题的研究主要集中于车辆与线路相互 作用的动力学分析，以及台后路基填料等问题，对于静 力荷载作用下过渡段和桥台的变形耦合特性的研究还鲜 见报道。 •土具有非线性的性质，其刚度的大小与应变水平有关， 当土体应变超过最大允许应变时将发生剪切破坏，从而 使刚度和强度显著减小，因此过渡段路基的变形将直接 影响过渡段路基的刚度变化，从而影响线路纵向刚度的 合理匹配。 •台背和填土的相互作用，桥台的水平位移和倾角将受到 台背路基变形的影响，而过大的水平位移以及倾角会引 响桥台使用性能、改变线路的平顺性。 •有必要探究两种结构物的相互作用关系--路桥变形耦合 特性。
列车进出过渡段时的轮轨动力作用示意
存在的问题3
从基础形式角度看，不管是铁路桥台还是公路桥台， 主要可以划分成扩展基础型及桩基础形式。对于扩展基础 型桥台，台后路基的填筑作用可能导致桥台发生滑动破坏、 倾倒破坏、以及承载力破坏等，尤其是在高填方地区，如 图所示。
(a)滑动破坏
(b)倾倒破坏
扩展基础型桥台破坏形式
存在的问题5
引起过渡段桥头跳车的因素
存在的问题6
造成桥头跳车的原因(据Briaud等)
存在的问题7
过渡段设计过于简单,参数指标和技术标准不明确, 基本上还处于经验设计阶段。 施工过程中,由于路桥过渡段的位置特殊,台后填料 不易达到最佳的压实效果,竣工后沉降较大。 施工计划的安排也增大了过渡段处理难度。桥梁作 为重点工程一般都优先进行施工 , 路基工程由于被认为 施工难度较小而放在最后 , 路桥过渡段则是在铺架前突 击完成,没有一定的静置稳定时间,运营后沉降变形大就 不足为奇了 , 需进行频繁养护维修才能保证轨道的平顺。
对于静力荷载下过渡段路基和桥台变形耦合特性的分 析还鲜见报道。不同桩间距下桥台-过渡段路基的沉降特征， 桥台承台与路基柔性基础下刚性桩体受力规律，刚性承台 下桩长范围内桩间土附加应力分布特征。
研究现状2
与铁路的情况相似,公路路桥过渡段也存在不平顺问题,
严重时会造成路面凹陷,形成错台等破损,严重影响行车 的速度和舒适性,甚至失去控制，导致交通事故。 公路路面结构刚性较大,下部建筑物的不均匀沉降将 直接反映到路面,不像铁路轨道可通过调整道碴厚度进行 修复,公路桥头跳车的问题更加严重。 近年来，随着我国高等级公路的大量兴建，设计车 速的提高,桥头跳车问题变得日益严重和尖锐，已引起了 公路界的高度重视。经过几年的不断努力，采取了许多 技术处理措施，并已取得了一定成绩。对这些成果进行 分析总结，可为我国高速铁路路桥过渡段的设计提供一 定参考。
解决不平顺性的主要思路
在路桥间设置一定长度的过渡段,可使轨道刚度逐渐 变化,并最大限度地减小路桥间的变形差,以达到保证列 车安全、平稳、舒适运行的目的。
• 根据路桥过渡段线路不平顺的发展规律，路桥 过渡段的处理应包含两个方面的内容∶
1. 路桥纵向刚度匹配：列车荷载影响较大范围内 ( 基 床部分 )线路结构抵抗动载变形的能力 ,即轨道综合模 量(刚度)的平顺过渡的控制问题； 2. 路桥沉降差异的控制：刚性桥台与柔性路基间工后 沉降差和多次重复荷载作用下路基累积下沉不均匀引 起轨面弯折变形的限值问题。 • 这两个方面都对列车的运行产生影响,但产生的原因各 不相同,影响程度也不一样,必须区别对待,有针对性地 进行处理,才能达到较好效果。
其它方法-4 加筋土法
在过渡段路堤填土（必要时也可包括地基）中埋设一 定数量的高强度和高模量拉筋材料,形成加筋土路堤结构。 加筋土不仅能增加路基强度,而且还能大幅提高路基刚度, 显著减小路基变形。通过调整拉筋材料的布置间距和位置 可方便地达到提高路桥间轨道平顺度的目的。
其它方法-5
过渡段灌注胶凝材料(德国)
其它方法-3 过渡板法
•在过渡段范围内路基填土上现浇一块钢筋混凝土厚板,并使 一端支承在刚性基础(桥台)上,利用钢筋混凝土厚板的抗弯模 量来增大轨道刚度。该法在公路系统得到了广泛应用,也取得 了较好效果。 •台背处存在差异沉降，设置搭板将路桥交界处的台阶式跳跃 沉降变成连续斜坡式沉降，达到消除或减弱桥头跳车的危害。
不同结构物衔接处的过渡段设计---问题的提起
铁路线路是由不同特点、性质迥异的构筑物(桥、隧、 路基等)和轨道构成的,它们相互作用、相互依存、相互补 充共同构成了一条平滑线路。
路桥过渡段设计---问题的提起
铁路路基与桥梁结构物接续时，因路基填方与桥梁 桥台的刚度差异及两种结构物的变形特性存在明显的不 同，列车通过时极易产生线路不平顺性问题，影响行车 的安全性和舒适性。
[1] 周德珪.日本新干线网结构物设计标准解释——(东北、上越、成田 用)[J] 世界桥梁，1979， 02：1-54 [2] Barker,R.M.,Dunean，J.M.Rojiani.Et.Manuals for the Design of Bridge Foundations.National Cooperative Highway Research Program Report 343.1991，Washington,DC:Transportation Research Broad [3] 中华人民共和国行业标准编写组．TB10020－2009高速铁路设计规 范（试行）[S]．北京：中国铁道出版社2010. [4]日本鉄道総合技術研究所. 鉄道構造物等設計標準―同解説(基礎構 造物―抗土圧構造物)[S] .東京：丸善株式会社
路桥过渡段三维模型
产生不平顺性的主要原因
• 在路基与桥梁的连接处,由于路基与桥梁刚度差别巨大, 必将引起轨道刚度变化。 • 路基与桥台的沉降也不均匀,在桥路过渡点附近极易产 生变形差,导致轨面发生弯折。 • 当列车高速通过时,刚度差异和线路不平顺性必然会引 起车辆与线路相互作用力的增加,加速线路状态的劣化, 降低线路设备的服务质量 , 增加线路的养护维修费用 , 严重时甚至危及行车安全。