CN115852810A - 一种无砟轨道路桥过渡结构及设计方法、施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种无砟轨道路桥过渡结构及设计方法、施工方法，通过挡土墙、牛腿、托梁和承台板形成位于桥台处的刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至刚性支承结构和刚度过渡结构分界处，避免了由于台背填土碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过挡土墙围挡台背填土和部分过渡段填土，相较于台背填土，过渡段填土可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时托梁、承台板、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过牛腿传递至挡土墙，增大挡土墙作用于地基上的正压力，并抵消一部分挡土墙所受弯矩，增加挡土墙抗滑移、抗倾覆的稳定性；该结构能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题。

Description

一种无砟轨道路桥过渡结构及设计方法、施工方法

技术领域

本发明涉及路桥建筑工程技术领域，特别是一种无砟轨道路桥过渡结构及设计方法、施工方法。

背景技术

我国已拥有世界上最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，高速铁路要求轨道结构具有高平顺性。路基与桥梁过渡段是高速铁路的重要组成部分，对线路平顺性具有显著影响。差异沉降是列车在过渡段上运行是否平顺舒适的主要控制因素，过渡段差异沉降过大会对高速铁路运营安全构成威胁。现行《高速铁路设计规范》对无砟轨道路桥过渡段差异沉降控制极为严格，路基与桥梁交界处的工后差异沉降不应大于5mm，不均匀沉降造成的折角不得大于1/1000。目前高速铁路路桥过渡段通常采用紧贴桥台台尾沿线路纵向倒梯形过渡结构形式，过渡结构采用级配碎石掺3％水泥填筑。

现有路桥过渡段结构桥台台背处无法进行大型机械碾压施工，采用小型机械夯实难以达到压实标准要求，易出现桥台台尾附近路基沉降控制指标超限，影响桥路过渡段线路平顺性，威胁列车运行安全。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有路桥过渡段结构桥台台背处无法进行大型机械碾压施工，采用小型机械夯实难以达到压实标准要求，易出现桥台台尾附近路基沉降控制指标超限，影响桥路过渡段线路平顺性，威胁列车运行安全的问题，提供一种无砟轨道路桥过渡结构及设计方法、施工方法，用于高速铁路路桥过渡段抗差异沉降。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无砟轨道路桥过渡结构，用于连接桥台和路基，该过渡结构包括刚性支承结构和刚度过渡结构，所述刚性支承结构包括挡土墙，所述桥台后的线路两侧分别设置所述挡土墙，所述挡土墙内侧设有若干牛腿，两个所述挡土墙上相对设置的所述牛腿上设有托梁，所述托梁上设有承台板，所述承台板用于铺设轨道结构，所述刚度过渡结构包括台背填土和过渡段填土，所述刚性支承结构内填筑倒梯形的所述台背填土，所述刚性支承结构和所述路基之间填筑所述过渡段填土。

采用本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构，通过所述挡土墙、所述牛腿、所述托梁和所述承台板形成位于所述桥台处的所述刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，避免了由于所述台背填土碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过所述挡土墙围挡所述台背填土和部分所述过渡段填土，相较于所述台背填土，所述过渡段填土可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时所述托梁、所述承台板、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过所述牛腿传递至所述挡土墙，增大所述挡土墙作用于地基上的正压力，并抵消一部分所述挡土墙所受弯矩，增加所述挡土墙抗滑移、抗倾覆的稳定性；该结构能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。

优选地，所述过渡段填土与所述台背填土和所述路基填土的交界处分别设有台阶。

优选地，所述路基包括下部的路堤和上部的基床。

优选地，所述台背填土、所述过渡段填土、所述路基填土交界处填筑坡率为1∶1。

优选地，所述过渡段填土和所述刚性支承结构的外部交界处设有锥坡。

本发明还提供了一种无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，用于施工如以上任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

S1、施作所述挡土墙，架立模板、铺设钢筋笼，所述挡土墙上设置所述牛腿，然后浇筑混凝土成型所述桩体和所述牛腿；

S2、同步分层填筑所述台背填土、所述过渡段填土、所述路基填土至所述托梁处，所述台背填土采用小型机械碾压，所述过渡段填土和所述路基填土采用大型机械碾压；

S3、吊装预制的所述托梁；

S4、预留所述承台板位置，继续同步分层填筑所述台背填土、所述过渡段填土、所述路基填土，直至所述路基设计标高；

S5、吊装预制的所述承台板。

采用本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，通过所述挡土墙、所述牛腿、所述托梁和所述承台板形成位于所述桥台处的所述刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，避免了由于所述台背填土碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过所述挡土墙围挡所述台背填土和部分所述过渡段填土，相较于所述台背填土，所述过渡段填土可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时所述托梁、所述承台板、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过所述牛腿传递至所述挡土墙，增大所述挡土墙作用于地基上的正压力，并抵消一部分所述挡土墙所受弯矩，增加所述挡土墙抗滑移、抗倾覆的稳定性；该方法能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。

优选地，所述承台板上预留注浆孔，所述承台板下与填土间缝隙通过注浆孔注浆填充。

优选地，所述桥台与所述挡土墙之间的空隙通过吊装挡土板封闭。

优选地，所述台背填土采用A、B、C组填料填筑，压实系数K≥0.93，地基系数K₃₀≥130MPa/m。

优选地，所述过渡段填土采用级配碎石掺3％水泥填筑，压实系数K≥0.95，地基系数K₃₀≥150MPa/m，动态变形模量E_vd≥50MPa。

优选地，所述台背填土、所述过渡段填土、所述路基填土填筑时，摊铺碾压厚度为15cm～30cm。

本发明还提供了一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，用于设计如以上任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

步骤一、所述路基沉降变形检算

将列车荷载、轨道荷载、所述承台板自重荷载、所述托梁自重荷载转换为作用于所述托梁上的总均布荷载；

计算所述托梁的截面惯性矩；

根据作用于所述托梁上的总均布荷载和所述托梁的截面惯性矩确定所述托梁的最大挠度；

所述托梁的最大挠度小于或者等于所述路基容许沉降值，所述路基容许沉降值根据相应的设计规范获取；

步骤二、所述挡土墙地基承载力检算

地基承载力特征值修正，利用修正后的地基承载力特征值检算所述挡土墙地基承载力；

步骤三、利用所述挡土墙地基承载力对所述挡土墙进行小偏心检算。

采用本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，通过严格控制所述托梁的最大挠度小于或者等于所述路基容许沉降值，以及通过严格设置所述挡土墙地基承载力能够抵抗荷载竖向力和大偏心，使得所述刚性支承结构具有足够的刚性，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，该设计方法步骤简单，检算方便，效果良好。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构及施工方法，通过所述挡土墙、所述牛腿、所述托梁和所述承台板形成位于所述桥台处的所述刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，避免了由于所述台背填土碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过所述挡土墙围挡所述台背填土和部分所述过渡段填土，相较于所述台背填土，所述过渡段填土可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时所述托梁、所述承台板、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过所述牛腿传递至所述挡土墙，增大所述挡土墙作用于地基上的正压力，并抵消一部分所述挡土墙所受弯矩，增加所述挡土墙抗滑移、抗倾覆的稳定性；该结构和施工方法能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔；

2、本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，通过严格控制所述托梁的最大挠度小于或者等于所述路基容许沉降值，以及通过严格设置所述挡土墙地基承载力能够抵抗荷载竖向力和大偏心，使得所述刚性支承结构具有足够的刚性，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，该设计方法步骤简单，检算方便，效果良好。

附图说明

图1为无砟轨道路桥过渡结构的主视示意图；

图2为无砟轨道路桥过渡结构的俯视示意图；

图3为图2中A-A向纵断面示意图；

图4为图2中B-B向横断面示意图；

图5为挡土墙受力分析示意图。

图中标记：1-桥台，2-挡土墙，3-牛腿，4-托梁，5-承台板，6-台背填土，7-过渡段填土，8-路基，9-路堤，10-基床，11-锥坡。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1至图4所示，本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构，用于连接桥台1和路基8，该过渡结构包括刚性支承结构和刚度过渡结构。

所述刚性支承结构包括挡土墙2、牛腿3、托梁4和承台板5。

在所述桥台1后的线路两侧分别设置所述挡土墙2，所述挡土墙2内侧设置若干所述牛腿3，两个所述挡土墙2上相对设置的所述牛腿3上设置所述托梁4，所述托梁4上设置所述承台板5，所述承台板5用于铺设轨道结构，所述承台板5包括若干块，如图2所示，所述承台板5由两块拼接而成，每块所述承台板5均连接于所有的所述托梁4。

所述刚度过渡结构包括台背填土6和过渡段填土7，如图3所示，所述刚性支承结构内填筑倒梯形的所述台背填土6，所述刚性支承结构和所述路基8之间填筑所述过渡段填土7，所述过渡段填土7的纵截面呈菱形，所述过渡段填土7伸入所述刚性支承结构，所述路基8包括下部的路堤9和上部的基床10，所述过渡段填土7与所述台背填土6和所述路基8填土的交界处分别设有台阶，所述台背填土6、所述过渡段填土7、所述路基8填土交界处填筑坡率为1：1，如图1所示，所述过渡段填土7和所述刚性支承结构的外部交界处设有锥坡11。

本实施例所述的一种无砟轨道路桥过渡结构，通过所述挡土墙2、所述牛腿3、所述托梁4和所述承台板5形成位于所述桥台1处的所述刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，避免了由于所述台背填土6碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过所述挡土墙2围挡所述台背填土6和部分所述过渡段填土7，相较于所述台背填土6，所述过渡段填土7可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时所述托梁4、所述承台板5、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过所述牛腿3传递至所述挡土墙2，增大所述挡土墙2作用于地基上的正压力，并抵消一部分所述挡土墙2所受弯矩，增加所述挡土墙2抗滑移、抗倾覆的稳定性；该结构能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。

实施例2

如图1至图4所示，本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，用于施工如实施例1所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

S1、整平所述路基8基底。

S2、施作所述挡土墙2，准确定位所述挡土墙2位置，并架立模板、铺设钢筋笼，所述挡土墙2上设置所述牛腿3，然后浇筑混凝土成型所述桩体2和所述牛腿3。

S3、同步分层填筑所述台背填土6、所述过渡段填土7、所述路基8填土至所述托梁4处，所述台背填土6采用A、B、C组填料填筑，压实系数K≥0.93，地基系数K₃₀≥130MPa/m，所述台背填土6采用小型机械碾压，所述过渡段填土7采用级配碎石掺3％水泥填筑，压实系数K≥0.95，地基系数K₃₀≥150MPa/m，动态变形模量E_vd≥50MPa，所述过渡段填土7和所述路基8填土采用大型机械碾压，所述台背填土6、所述过渡段填土7、所述路基8填土填筑时，摊铺碾压厚度为15cm～30cm。

S4、吊装预制的所述托梁4。

S5、预留所述承台板5位置，继续同步分层填筑所述台背填土6、所述过渡段填土7、所述路基8填土，直至所述路基8设计标高。

S6、吊装预制的所述承台板5安装到所述托梁4上，所述承台板5上预留注浆孔，所述承台板5下与填土间缝隙通过注浆孔注浆填充。

S7、所述桥台1与所述挡土墙2之间的空隙通过吊装挡土板封闭。

本实施例所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，通过所述挡土墙2、所述牛腿3、所述托梁4和所述承台板5形成位于所述桥台1处的所述刚性支承结构，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，避免了由于所述台背填土6碾压不充分导致的差异沉降，减小其对路桥过渡段平顺性的影响；通过所述挡土墙2围挡所述台背填土6和部分所述过渡段填土7，相较于所述台背填土6，所述过渡段填土7可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；同时所述托梁4、所述承台板5、轨道结构重力荷载以及列车动荷载可通过所述牛腿3传递至所述挡土墙2，增大所述挡土墙2作用于地基上的正压力，并抵消一部分所述挡土墙2所受弯矩，增加所述挡土墙2抗滑移、抗倾覆的稳定性；该方法能有效解决高速铁路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。

实施例3

如图1至图5所示，本发明所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，用于设计如实施例1所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

步骤一、所述路基8沉降变形检算

R1、将列车荷载、轨道荷载、所述承台板5自重荷载、所述托梁4自重荷载转换为作用于所述托梁4上的总均布荷载：

q＝q₁+q₂+q₃+q₄

式中：q为作用于所述托梁4上的总均布荷载，kN/m；

q₁为列车荷载作用于所述托梁4上的均布荷载，kN/m；

q₂为轨道荷载作用于所述托梁4上的均布荷载，kN/m；

q₃为所述承台板5自重荷载作用于所述托梁4上的均布荷载，kN/m；

q₄为所述托梁4自重荷载作用于所述托梁4上的均布荷载，kN/m；

p₁为单位线路长度列车荷载，kN/m；

p₂为单位线路长度轨道荷载，kN/m；

l_c为所述承台板5长度，m；

k为每块所述承台板5下方所述托梁4的数量；

l为所述托梁4长度，m；

G₃为单块所述承台板5重量，kN；

G₄为单根所述托梁4重量，kN。

R2、计算所述托梁4的截面惯性矩：

式中：I为所述托梁4的截面惯性矩，mm⁴；

b₁为所述托梁4宽度，mm；

h为所述托梁4高度，mm。

R3、将所述托梁4视作简支梁，计算所述托梁4的最大挠度：

式中：Y_max为所述托梁4跨中的最大挠度，mm；

E为混凝土弹性模量，N/mm²；

其中，C35混凝土弹性模量E＝3.15×10⁴N/mm²，C40混凝土弹性模量E＝3.25×10⁴N/mm²。

R4、所述路基8容许沉降检算：

Y_max≤[Y]

式中：[Y]为所述路基8容许沉降值，根据相应的设计规范获取，例如，根据《高速铁路设计规范》TB10621-2014要求，高速铁路的所述路基8容许沉降值[Y]＝15mm。

步骤二、所述挡土墙2地基承载力检算

R5、地基承载力特征值修正：

f_a＝f_ak+η_bγ(b-3)+η_dγ_m(d-0.5)

式中：f_a为修正后的地基承载力特征值，kPa；

f_ak为地基承载力特征值，可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，kPa；

η_b、η_m为所述挡土墙2底面宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，根据《建筑地基基础设计规范》按基底下土的类别查表取值；

γ为所述挡土墙2底面以下土的重度，kN/m³；

γ_m为所述挡土墙2底面以上土的加权平均重度，kN/m³；

b为所述挡土墙2宽度，m；

d为所述挡土墙2埋置深度，m。

R6、所述挡土墙2地基承载力检算：

式中：F为列车荷载、轨道荷载、所述承台板5自重荷载、所述托梁4自重荷载通过所述牛腿3传递至所述挡土墙2的竖向力，kN；

n为所述挡土墙2承担的所述托梁4根数；

p_k为基础底面处的平均压力值，kPa；

p_kmax为基础边缘的最大压力值，kPa；

G为所述挡土墙2自重荷载，kN；

N为所述挡土墙2受到的主动土压力合力，kN；

δ为所述挡土墙2受到的主动土压力合力与重力之间的夹角；

A为所述挡土墙2底面积，m²；

W为所述挡土墙2底面抵抗矩；

z为所述挡土墙2长度，m；

l₁为竖向力F距所述挡土墙2底面中点的距离，m；

l₂为所述挡土墙2自重荷载G距所述挡土墙2底面中点的距离，m；

s为所述挡土墙2受到的主动土压力合力N距所述挡土墙2底面中点的距离，m。

步骤三、高速铁路对所述挡土墙2的安全性要求高，不允许出现大偏心，应进行小偏心检算：

式中：p_min为相应于作用的标准组合时，基础边缘的最大压力值，kPa。

本实施例所述的一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，通过严格控制所述托梁4的最大挠度小于或者等于所述路基8容许沉降值，以及通过严格设置所述挡土墙2地基承载力能够抵抗荷载竖向力和大偏心，使得所述刚性支承结构具有足够的刚性，将路桥过渡段刚度变化点由路桥分界处推移至所述刚性支承结构和所述刚度过渡结构分界处，该设计方法步骤简单，检算方便，效果良好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无砟轨道路桥过渡结构，用于连接桥台(1)和路基(8)，其特征在于，该过渡结构包括刚性支承结构和刚度过渡结构，所述刚性支承结构包括挡土墙(2)，所述桥台(1)后的线路两侧分别设置所述挡土墙(2)，所述挡土墙(2)内侧设有若干牛腿(3)，两个所述挡土墙(2)上相对设置的所述牛腿(3)上设有托梁(4)，所述托梁(4)上设有承台板(5)，所述刚度过渡结构包括台背填土(6)和过渡段填土(7)，所述刚性支承结构内填筑倒梯形的所述台背填土(6)，所述刚性支承结构和所述路基(8)之间填筑所述过渡段填土(7)。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道路桥过渡结构，其特征在于，所述过渡段填土(7)与所述台背填土(6)和所述路基(8)填土的交界处分别设有台阶。

3.根据权利要求1所述的无砟轨道路桥过渡结构，其特征在于，所述路基(8)包括下部的路堤(9)和上部的基床(10)。

4.根据权利要求1所述的无砟轨道路桥过渡结构，其特征在于，所述台背填土(6)、所述过渡段填土(7)、所述路基(8)填土交界处填筑坡率为1:1。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构，其特征在于，所述过渡段填土(7)和所述刚性支承结构的外部交界处设有锥坡(11)。

6.一种无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，其特征在于，用于施工如权利要求1-5任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

S1、施作所述挡土墙(2)，架立模板、铺设钢筋笼，所述挡土墙(2)上设置所述牛腿(3)，然后浇筑混凝土成型所述桩体(2)和所述牛腿(3)；

S2、同步分层填筑所述台背填土(6)、所述过渡段填土(7)、所述路基(8)填土至所述托梁(4)处，所述台背填土(6)采用小型机械碾压，所述过渡段填土(7)和所述路基(8)填土采用大型机械碾压；

S3、吊装预制的所述托梁(4)；

S4、预留所述承台板(5)位置，继续同步分层填筑所述台背填土(6)、所述过渡段填土(7)、所述路基(8)填土，直至所述路基(8)设计标高；

S5、吊装预制的所述承台板(5)。

7.根据权利要求6所述的无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，其特征在于，所述台背填土(6)采用A、B、C组填料填筑，压实系数K≥0.93，地基系数K₃₀≥130MPa/m。

8.根据权利要求6所述的无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，其特征在于，所述过渡段填土(7)采用级配碎石掺3％水泥填筑，压实系数K≥0.95，地基系数K₃₀≥150MPa/m，动态变形模量E_vd≥50MPa。

9.根据权利要求6-8任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构的施工方法，其特征在于，所述台背填土(6)、所述过渡段填土(7)、所述路基(8)填土填筑时，摊铺碾压厚度为15cm～30cm。

10.一种无砟轨道路桥过渡结构的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1-5任一项所述的无砟轨道路桥过渡结构，该方法包括以下步骤：

步骤一、所述路基(8)沉降变形检算

将列车荷载、轨道荷载、所述承台板(5)自重荷载、所述托梁(4)自重荷载转换为作用于所述托梁(4)上的总均布荷载；

计算所述托梁(4)的截面惯性矩；

根据作用于所述托梁(4)上的总均布荷载和所述托梁(4)的截面惯性矩确定所述托梁(4)的最大挠度；

所述托梁(4)的最大挠度小于或者等于所述路基(8)容许沉降值，所述路基(8)容许沉降值根据相应的设计规范获取；

步骤二、所述挡土墙(2)地基承载力检算

地基承载力特征值修正，利用修正后的地基承载力特征值检算所述挡土墙(2)地基承载力；

步骤三、利用所述挡土墙(2)地基承载力对所述挡土墙(2)进行小偏心检算。

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