高速铁路路桥过渡段沉降控制施工技术探讨

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  摘要:纵观现今铁路的发展一直都是以安全、高速、舒适等为前提,而这主要取决于构成铁路系统的安全性和可靠性。由于组成线路的各结构物在强度、刚度、材料等方面存在巨大差异,并随着运量、时间、速度、气候环境等因素而变化,以及车辆荷载的随机性和重复性、轨道结构的组合性和松散性、养护维修的经常性和周期性等特点决定了轨道的变形和刚度在线路纵向是不断变化和不均匀的,这些将导致行车的不平稳和不安全。为解决这些问题,在路基与桥梁之间设置过渡段,以减少路桥间的不均匀沉降,同时还能控制轨道刚度的变化范围,保证列车能够高速、安全、舒适的行驶。
  关键词:高速铁路;过渡段;施工技术
  中图分类号:TU74文献标识码: A
  引言
  在高速铁路实际工程中,受到路基与桥梁存在着较大刚性差异的影响,其沉降的不一致性常使轨面出现弯折,不利于路线结构的稳定,不但会造成运营使用阶段中维修成本的大幅增加,甚至还可能给高速行进中的列车带来重大的安全风险。
  一、路桥过渡段问题的主要原因
  1、路基与桥梁结构的差异
  过渡段之间的沉降差不但影响线路的平稳和舒适,而且还会出现桥头跳车现象,这将危及行车安全和乘客的舒适度。当列车高速通过时对线路产生附加动力,加快过渡段的破坏速度;过渡段结构发生破坏;路基排水不畅,积水下渗降低過渡段土体强度,使沉降差加剧。
  2、地基条件的差异
  过渡段若在填土前不处理或处理不当,在路堤土及上部结构的自重下和列车产生的动力荷载作用下将产生较大变形。桥梁多采用桩基础,其沉降量很小,出现桥不沉而路沉的不均匀沉降现象,且在车辆动荷载作用下沉降差继续发展。
  3、桥台后路堤填料
  过渡段一般采用级配碎石并掺入适量水泥,首先由于颗粒间的空隙是无法完全消除的,路基填料在自重和外部荷载的共同作用下,缝隙会逐渐缩小,填料不断被压密实,将产生压缩下沉。其次当路基填料无法达到设计要求时,导致过渡段渗排水不畅,长时间的地表水和雨水汇集将使路基的含水量提高;再者若填料间密实度达不到要求,水越积越多直至流动状带走细粒土,这些都会使桥头出现下沉,产生桥头过渡段结构变形。
  4、设计和施工问题
  我国高速铁路正处于发展阶段,在标准上对过渡段并没有较合理的设计要求,在设计过程中也不是作为独立结构物进行考虑的,同时设计时对碾压考虑不全,再加上对填料也没有过多的要求都将导致过渡段施工质量存在较大的问题。而且在施工过程中从施工顺序上一般都是先施工完桥梁工程和路基工程后再集中对路桥过渡段进行施工,这些不仅导致桥台后路基过渡段的碾压作业面相对狭小,容易引起压实度不易达到设计要求的问题,而且也使得路桥过渡段的地基基础没有过多的时间趋于稳定和静置沉降,都会使路基本身出现沉降变形。
  5、重桥轻路意识的影响
  在高速铁路过渡段的建设中,人们一直都没有正确的认识到它的重要性,一直都是重桥轻路。在施工中,桥梁工程一直都作为控制性工程,在施工中投入大量技术性和责任心强的人员,但在路基施工中却未能投入必要的人员,再加上过渡段施工又是质量控制的薄弱环节,在正常运营后问题才会逐渐出现。
  二、路桥过渡段的处理方法
  1、碎石填料填筑处理技术
  使用碎石、砂砾石等强度高、变形小的优质材料中掺入适量水泥填筑过渡段。这种材料性质可靠,容易控制,刚度、变形等过渡均匀,但压实质量不易得到保证,自重引起地基的沉降较大,针对此种情况可采用力学性能较好的轻型材料减轻重量,同时也可减少桥台背压缩变形、竖向加载作用及水平压力,使得路堤对地基变形的影响减小。若与地基处理联合使用,不但可降低地基处理费用,而且还能减小处理的范围和缩短工期。
  2、加筋土路堤处理技术
  加筋土路堤处理技术是指通过在路桥过渡段中埋设一定数量的加筋材料,以增加路基强度,大幅度提高路堤刚度,减小路基变形。通过调整加筋材料的布置间距和位置,可将桥背路基与桥梁交界处的台阶式跳跃沉降变成连续斜坡式沉降,从而达到使路桥过渡段平顺的目的。现场试验和室内试验研究表明,加筋土路堤结构能有效地处理由桥背路基土的沉降而引起的线路不平顺。在施工中,应按照一定的压实标准填筑,选用适当的拉筋材料,并将桥背路基表面沉降控制在4-5cm内,使其形成线形连续型沉降。
  3、土工格栅处理技术
  即在桥台后沿路基方向分层布设土工格栅并锚固于台背,是通过土工格栅与土体之间的相互作用改善局部荷载作用下土体内部的受力状态,将荷载延伸到较大的范围,从而达到减少局部荷载对土体的压缩沉降,延长沉降时间,使台背与路基填土交界处的阶梯状沉降转变为渐变沉降。
  4、过渡搭板处理技术
  即在过渡段范围内路堤填料上现浇钢筋混凝土厚板,并使一端支撑在刚性基础上,利用钢筋混凝土厚板的抗弯刚度来增加轨道的刚度。
  5、粗粒料级配填筑技术
  粗粒料级配填筑技术是指将砂砾石、碎石、低等级混凝土、水泥石灰稳定砂石土等强度高、形变小的级配粗粒料用于路桥过渡段的填筑施工中,以减少填料的压缩性,最大限度地消除路桥之间的沉降差异。在实际操作中,应在确认基坑尺寸合格后,及时进行基底压实。无法使用压路机时,可用质量为300-700kg的小型手推式电动打夯机压实,压实合格后,方可进行填筑。首先填筑青石碴,每层青石碴的松铺厚度应≤20cm,并摊铺均匀。整平后,用质量为500-700kg的手推式电动夯机压实至没有明显碾压痕迹后,用灌沙法测定干容重,合格后方可转入下一层,直至达到标高要求,再填筑二灰碎石。每层二灰碎石的松铺厚度也应≤20cm。含水量适宜的混合料应采用集中机拌,运至工地摊铺、整平,用12-15t的压路机慢速碾压。对于边角部位,可用质量为500-700kg的小型手推式打夯机补压。
  三、高速铁路路基过渡段关键施工技术要求
  1、基底处理
  桥台施工结束后,对桥台附近的基坑进行处理,清除桥台施工时的各种垃圾,排除基坑积水,清除基坑底的松土或被水泡软的土,整平基坑,使基地自路基中线向两侧设置不小于2%的横向排水坡,并按设计要求对过渡段基坑进行开挖,施工完成后对过渡段基底进行地质复查和基底承载力检测,通过检测试验结果判定设计图纸是否与施工当地的地质情况相符。
  2、过渡段填料
  过渡段级配碎石采用的碎石粒径、级配及材料性能应符合设计和验标要求。其中要严格控制填料中0.5mm以下细集料的含量及其液限和塑性指数。在与桥台连接的20m范围内基床表层级配碎石内应掺入适量水泥。过渡段正梯形范围采用级配碎石掺入适量水泥并分层填筑,过渡段倒梯形过渡范围采用B组填料填筑,压实标准符合规范要求。
  3、分层填筑
  按设计放出碎石填筑线,进行碎石分层填筑施工,用大型机械进行碾压时,压实厚度控制在15cm-30cm之间,采用小型机械碾压时,压实厚度控制在15cm内。具体的摊铺厚度及碾压遍数应按工艺试验确定的工艺参数进行控制。过渡段级配碎石及其连接段的AB组填料填层应与相邻的路堤及锥体同时施工,并将过渡段与其连接路堤的碾压面按大致相同的水平分层高度同步填筑并均匀压实。且严禁在雨天进行填筑作业。
  4、机械填平碾压
  为保证过渡段边缘的压实,边线比设计线每边宽出30cm。路堤基底原地面平整后,采用振动压路机两台,在桥台从两侧向中心的顺序对称碾压,纵向进退式碾压,先静压一遍,再弱振碾压二遍,再强振碾压一遍,最后再静压一遍。靠近桥台的部位在纵向碾压后改为平行桥台背壁面进行横向碾压。大型压路机压不到的部位靠近桥台背2m内,采用小型内燃冲击夯机或电动夯机进行夯实。台后边角和锥坡体用轻型压路机和冲击夯联合碾压。
  结束语
  在高速铁路运行过程中,路桥过渡段出现不均匀沉降现象除了会影响列车运行的舒适性外,还会对列车的安全运行产生威胁,这就需要我们进行认真分析,并及时采取解决措施,最好是在现象发生之前,在设计阶段和施工阶段就做好各种预防措施。具体沉降问题的解决,应当根据不同工程的实际情况,采取适合的处理措施,在工程中,应当系统而全面地管理和监督工程的全过程,严格控制从工程结构的设计到施工的各个环节和工序,从根本上减少路桥过渡段不均匀沉降现象的发生。
  参考文献
  [1]罗瑞.高速铁路路桥过渡段及施工技术探讨[J].科技风,2014.
  [2]唐飞.高速铁路路桥过渡段沉降控制施工技术探讨[J].科技资讯,2010.
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