CN101691724A

CN101691724A - 高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造

Info

Publication number: CN101691724A
Application number: CN200910167663A
Authority: CN
Inventors: 蒋关鲁; 张俊兵; 杭红星; 肖金良; 张宇宁; 吴丽君
Original assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-04-07

Abstract

本发明公开了一种高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，旨在提高渡段路基稳定性和整体性，并满足线路抗震设计要求。它包括混凝土桥台(10)和土质路基(20)，混凝土桥台(10)和土质路基(20)之间设置有纵向断面呈楔形、横断面为正梯形的加筋级配碎石过渡段(30)，在其下方的液化土地基内沿纵向、横向间隔布置成排的加固桩(50)，各加固桩(50)的桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；在地基面与加固桩(50)桩顶之间铺设有水泥级配碎石加筋垫层(40)；在加筋级配碎石过渡段(30)的顶面设置钢筋混凝土搭板(60)，该钢筋混凝土搭板(60)的一端简支或固支在混凝土桥台(10)上，另一端置于土质路基(20)上。

Description

高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道路地基，特别涉及一种用于高速铁路无砟轨道液化土地基的抗震路桥过渡段构造。

背景技术

高速铁路线路是由大量不同特点、性格迥异的结构物(如桥梁、隧道、路基等)和轨道构成的，它们相互作用、相互影响，共同构成一条平顺的带状线。由于组成线路的结构物在材料、刚度、强度和变形等方面的差异，必然引起轨道的不平顺。其中，与桥梁结构连接处的路堤一直是铁路路基的一个薄弱环节。地震时，由于路堤与桥台刚度差别较大所引起的变形不协调，很容易产生路堤与桥台的沉降不一致，导致轨面弯折。当列车高速通过时，会引起列车与线路结构相互作用力的增加，影响线路结构的稳定，影响列车高速、安全、舒适的运行状态。

我国土质地区差异明显，如华东沿海地区大量分布的饱和砂土、饱和粉砂土地基，华北地区大量分布的饱和粉土地基，西北地区大量分布的饱和黄土地基等，这些土质地基在地震作用下，极易发生液化。在这些地区修建高速铁路无砟轨道，就必须考虑到液化土地基路基的抗震问题。液化土地基的液化、侧向流动及路堤破坏所引起的路堤沉降是高速铁路发生破坏的最主要原因之一。

为满足线路高平顺性要求，达到无砟轨道铺设技术标准(差异沉降≤5mm，折角≤1/1000，不均匀沉降≤20mm/20m)，需要在桥台结构和普通路堤之间设置一定长度的过渡段，做到过渡衔接处线路方向的刚度匹配，最大限度地减少路堤与桥台结构的沉降差。因此在路桥过渡段，需根据线路标准和地质、土质情况采取相应的处理措施，从沉降控制、刚度匹配、动力响应和抗震等角度考虑过渡段的设置。

我国高速铁路建设规模庞大，无砟轨道高速铁路线路里程长、桥梁结构占线路总长度的比例高，路桥过渡段数量众多。如能找到一种技术上可行、经济上节约、并且环保的抗震过渡段处置方法，则将带来巨大的经济及社会效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，它可增大过渡段路基填土刚度，提高稳定性和整体性，大大降低过渡段的沉降，并能满足线路抗震设计要求，具有线路纵向刚度及沉降差均匀过渡的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，包括混凝土桥台和土质路基，其特征是：所述混凝土桥台和土质路基之间设置有纵向断面呈楔形、横断面为正梯形的加筋级配碎石过渡段，在其下方的液化土地基内沿纵向、横向间隔布置成排的加固桩，各加固桩的桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；在地基面与加固桩桩顶之间铺设有水泥级配碎石加筋垫层；在加筋级配碎石过渡段的顶面设置钢筋混凝土搭板，该钢筋混凝土搭板的一端简支或固支在混凝土桥台上，另一端置于土质路基上。

本发明的有益效果是，充分利用双向高强土工格栅的高抗拉性能，降低了地震时过渡段路基填土纵向及横向的变形，增加地震时桥台-过渡段-路基的变形协调性，减小了地震所引起台背土压力及增加了过渡段本体的横向约束力；可最大限度地降低桥台结构和路堤的力学特性差，有效控制地震所引起的两种结构物之间的沉降差，保证线路的高平顺性，实现高速列车安全、舒适和平顺的行车目标。

附图说明

图1是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造的纵断面示意图；

图2是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造的横断面示意图；

图3是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造中加筋级配碎石过渡段所用级配碎石要求的颗粒级配曲线图。

图4是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造中水泥级配碎石加筋垫层的横断面示意图；

图5是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造中钢筋混凝土搭板与混凝土桥台的连接方式示意图；

图6是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造中钢筋混凝土搭板、混凝土桥台连接部位的横断面示意图；

图7是本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造中钢筋混凝土搭板的俯视图。

图中示出部件、部位名称及所对应的标记：混凝土桥台10、钢筋混凝土横梁11、横向限位挡台11a、横向限位挡台11b、光圆钢筋12、土质路基20、加筋级配碎石过渡段30、级配碎石填料31、双向高强土工格栅32、水泥级配碎石加筋垫层40、第一层水泥级配碎石41a、第二层水泥级配碎石41b、第三层水泥级配碎石41c、第一层双向高强土工格栅42a、第二层双向高强土工格栅42b、加固桩50、护桩50a、钢筋混凝土搭板60、竖向通孔61。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1和图2，高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，包括混凝土桥台10和土质路基20，所述混凝土桥台10和土质路基20之间设置有纵向断面呈楔形、横断面为正梯形的加筋级配碎石过渡段30。在其下方的液化土地基内沿纵向、横向间隔布置成排的加固桩50，各加固桩50的桩端穿过地基液化土层深入非液化土层。在地基面与加固桩50桩顶之间铺设有水泥级配碎石加筋垫层40。参照图1和图5，在加筋级配碎石过渡段30的顶面设置钢筋混凝土搭板60，该钢筋混凝土搭板60的一端简支或固支在混凝土桥台10上，另一端置于土质路基20上。即综合了桩基础、加筋级配碎石特点，充分利用加筋的高抗拉性能，严格限制过渡段路基填土纵向及横向的变形，减小台背土压力；充分发挥级配碎石稳定、较高的强度、较大的弹性模量、较小塑性累积变形、承载能力高的特点，实现纵向刚度的均匀过渡；充分利用桩基础承载能力高、变形小的特点，减小桥台地基与过渡段区地基的差异沉降；本过渡段结构形式可最大限度地降低桥台结构和路堤的刚度差，有效控制两种结构物之间的沉降差，保证线路的高平顺性，满足无砟轨道的铺设要求，实现高速列车安全、舒适和平顺的行车目标。本发明不仅适用于高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段，且仍可用于一般土地基或者有砟轨道路桥过渡段。

所述加固桩50可采用水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)等半刚性桩或钢筋混凝土桩等刚性桩。地基内加固桩50的布设除满足承载力、沉降变形、稳定性要求外，还要满足抗震设计的要求，各加固桩50桩端深入非液化土层的深度不小于1.5m，桩径为0.5～0.8m，桩间距为3～5倍桩径。参照图2，为进一步提高地基-路基的抗震能力，所述加固桩50还包括在加筋级配碎石过渡段坡脚外两侧加布的至少两排护桩50a。

参照图4，所述水泥级配碎石加筋垫层40的厚度为60～80cm，由压实的水泥级配碎石填料和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅构成；水泥级配碎石填料中普通硅酸盐水泥的掺量为级配碎石重量的6％～8％，压实系数不小于0.95，空隙率不大于28％。水泥级配碎石填料可起到如下两方面的作用：①增强级配碎石颗粒间的黏结力，限制垫层的侧向位移，提高垫层的刚度，防止地震作用下因桩间土承载力失效下陷引起的垫层级配碎石下落，使水泥级配碎石加筋垫层40能够继续维持其荷载分担和协调变形的能力；②增加水泥级配碎石加筋垫层40的隔水性能，阻止地震作用下地基孔隙水上升渗入路基本体，有效防止路基抗变形能力下降引起的坍塌破坏。因而提高了级配碎石垫层的刚度和整体稳定性，从而更加有效的传递上部路堤荷载和提高路基整体抗震稳定性。双向高强土工格栅沿液化土地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。由级配良好的水泥级配碎石与双向高强土工格栅组成的水泥级配碎石加筋垫层40是上部加筋级配碎石过渡段30与下部加固桩50的过渡区，起调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比作用，从而使桩-水泥级配碎石加筋垫层-土形成有机整体共同承担荷载及减小沉降。同时，级配碎石中加入6％～8％的普通水泥和双向高强土工格栅，提高了垫层的强度、刚度、水平约束力、隔水性能，防止褥垫层失效现象发生，能更加有效的保证地震时将上部荷载传递于桩上，提高路基地基的整体抗震稳定性。

图2示出的是水泥级配碎石加筋垫层40的一种典型配置结构，即由从下到上依次铺设的第一层水泥级配碎石41a、第一层双向高强土工格栅42a、第二层水泥级配碎石41b、第二层双向高强土工格栅42b和第三层水泥级配碎石41c构成，第一层水泥级配碎石41a、第二层水泥级配碎石41b和第三层水泥级配碎石41c的厚度均不小于100mm。在加固桩50的上方铺设第一层水泥级配碎石41a后再铺设第一层双向高强土工格栅42a，可有限地避免桩顶边缘对土工格栅的切割作用。

参照图2，所述加筋级配碎石过渡段30由压实的级配碎石填料31和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅32构成。各双向高强土工格栅32沿过渡段地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。所述加筋级配碎石过渡段(30)的压实标准为地基系数≥190MPa/m，变形模量≥120MPa，动态变形模量≥50MPa，孔隙率＜18％。

所述加筋级配碎石过渡段30、水泥级配碎石加筋垫层40中的各级配碎石由粗细碎石和石屑按一定比例组成的混合料，应符合密实级配要求，一般由开山石或天然卵石、砾石经破碎、筛选而成。级配碎石的颗粒级配要良好，最佳含水量控制在6％～9％之间，碎石粒径、材料性能应符合我国《客运专线基床表层级配碎石暂行技术条件》要求，混合料的配合比颗粒级配需满足图3所示的要求。级配碎石必须严格控制0.5mm以下细集料的含量及其液限和塑性指数，颗粒中针状、片状碎石含量不大于20％，质软、易破碎的碎石含量不得超过10％，黏土团及有机物含量不得超过2％。根据现场实际情况，所述级配碎石填料31也可按其重量掺入3％～5％的普通硅酸盐水泥。

在地震荷载作用下，桥头路基容易出现局部凹陷，导致钢筋混凝土搭板60下部发生脱空现象，使钢筋混凝土搭板60形成一个类似简支结构的梁。为能方便地填补这种可能形成的凹陷，同时优化钢筋混凝土搭板60受力状态，保证结构的使用寿命，参照图5和图7，所述钢筋混凝土搭板60上沿纵向、横向间隔设置有竖向通孔61，各竖向通孔61的直径不小于75mm，可以及时利用注浆泵将配制好的水泥浆通过竖向通孔61注入板下路基填土中，保证结构不出现破坏。

图5和图6示出了钢筋混凝土横梁11与混凝土桥台10的一种连接方式。所述混凝土桥台10台面上浇筑有钢筋混凝土横梁11，该钢筋混凝土横梁11的两端具有竖向凸起的横向限位挡台11a、11b，在两个横向限位挡台11a、11b之间间隔埋设有光圆钢筋12，在钢筋混凝土搭板60则埋设有与之对应的连接钢套管。

本发明高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造还具有施工工艺简单和便于维修更换、且不破坏桥台结构的特点，并能有效地降低建设成本和符合环保的要求，因而具有广阔的推广应用前景。

Claims

1.高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，包括混凝土桥台(10)和土质路基(20)，其特征是：所述混凝土桥台(10)和土质路基(20)之间设置有纵向断面呈楔形、横断面为正梯形的加筋级配碎石过渡段(30)，在其下方的液化土地基内沿纵向、横向间隔布置成排的加固桩(50)，各加固桩(50)的桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；在地基面与加固桩(50)桩顶之间铺设有水泥级配碎石加筋垫层(40)；在加筋级配碎石过渡段(30)的顶面设置钢筋混凝土搭板(60)，该钢筋混凝土搭板(60)的一端简支或固支在混凝土桥台(10)上，另一端置于土质路基(20)上。

2.如权利要求1所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述加筋级配碎石过渡段(30)由压实的级配碎石填料(31)和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅(32)构成；各双向高强土工格栅(32)沿过渡段地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。

3.如权利要求2所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述级配碎石填料(31)按其重量掺入3％～5％的普通硅酸盐水泥。

4.如权利要求2或3所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述加筋级配碎石过渡段(30)的压实标准为地基系数≥190MPa/m，变形模量≥120MPa，动态变形模量≥50MPa，孔隙率＜18％。

5.如权利要求2所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述加固桩(50)还包括在加筋级配碎石过渡段坡脚外两侧加布的至少两排护桩(50a)；各加固桩(50)桩端深入非液化土层的深度不小于1.5m，桩径为0.5～0.8m，桩间距为3～5倍桩径。

6.如权利要求5所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述加固桩(50)采用的是水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩或钢筋混凝土桩。

7.如权利要求2所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：水泥级配碎石加筋垫层(40)的厚度为60～80cm，由压实的水泥级配碎石填料和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅构成；水泥级配碎石填料中普通硅酸盐水泥的掺量为级配碎石重量的6％～8％，压实系数不小于0.95，空隙率不大于28％；双向高强土工格栅沿液化土地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。

8.如权利要求2所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述水泥级配碎石加筋垫层(40)由从下到上依次铺设的第一层水泥级配碎石(41a)、第一层双向高强土工格栅(42a)、第二层水泥级配碎石(41b)、第二层双向高强土工格栅(42b)和第三层水泥级配碎石(41c)构成；第一层水泥级配碎石(41a)、第二层水泥级配碎石(41b)和第三层水泥级配碎石(41c)的厚度均不小于100mm。

9.如权利要求2所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述钢筋混凝土搭板(60)上沿纵向、横向间隔设置有竖向通孔(61)，各竖向通孔(61)的直径不小于75mm。

10.如权利要求9所述的高速铁路无砟轨道液化土地基抗震路桥过渡段构造，其特征是：所述混凝土桥台(10)台面上浇筑有钢筋混凝土横梁(11)，该钢筋混凝土横梁(11)的两端具有竖向凸起的横向限位挡台(11a、11b)，在两个横向限位挡台(11a、11b)之间间隔埋设有光圆钢筋(12)，在钢筋混凝土搭板(60)则埋设有与之对应的连接钢套管。