路桥过渡段病害及预防措施探讨

摘要：从我国铁路既有线路运营现状来看，路桥过渡段处的病害较为突出，严重影响了铁路的正常安全运营。通过对既有铁路线路桥过渡段现状的调查和分析，查找路桥过渡段病害易发的原因，对路桥过渡段关键的施工工艺和施工技术进行研究，为今后铁路新线建设、既有线养护维修等提供有效的措施。

关键词：路桥过渡 病害 措施

中图分类号：[U24] 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

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。在路基与桥梁的连接处，由于路基与桥梁刚度差别巨大，必将引起轨道刚度的变化，同时，路基与桥台的沉降也不均匀，在路桥过渡段极易产生变形差，导致轨面发生弯折。当列车高速通过时，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。

二、既有线路形成病害的原因分析

1、既有线路桥过渡段病害现状

既有铁路线在运营过程中，桥头路基不断缓慢发生不均匀下沉。由于桥头路基的下沉，在路桥过渡段通常会产生一系列的路基病害：

⑴ 基床内部形成了一系列的深度、大小形状各不相同的道碴陷坑（道碴槽、道碴锅、道碴囊和道碴窝）。

⑵ 路肩被横向挤出，从而被挤塌。

⑶ 路堤一侧或两侧边坡的中上部位就会向外凸臌，致使路堤边坡变形，并引起轨道的不规则沉落。随着时间的延缓，轨面变化逐渐加剧，最后造成边坡坍塌。

⑷ 工务部门的抬道维修，增大了桥头线路的轨枕底道床厚度，增大了道床底宽，占用了路肩，产生溜碴现象，线路的高低、方向不易保持。

这些病害致使线路几何尺寸难以保持，严重威胁着列车的正常安全行驶，制约了列车的进一步提速。工务段投入了大量的人力、物力进行维修，仍不能从根本上解决问题。

2、既有线路病害原因分析

既有铁路线路基经过多年的运营，桥头两端路基不断下沉，经多年实践观察，造成的原因主要有以下几方面：

⑴ 构造差异

桥梁为刚性体，自身压缩几乎为零，而桥头路基属柔性体，从抗变形能力（即弹性模量）来看，不论是轻型桥台还是重力式桥台其弹性模量均是台后填土弹性模量千倍左右。因而，两者在压缩沉降方面产生了明显差异。又因柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大，故在刚柔突变处必然引起振动的突变，列车加大对轨道的冲击力，导致路基的进一步加剧下沉。

⑵ 设计差异

设计时对桥下地基地质研究比较仔细，往往是将桥台基础于承载力较高的土层上或岩石上，并对基础进行布桩或扩大基础等予以加固处理，故沉降量较小；而台后填土地段地基未进行加固处理，碰到到软土又难以处理彻底，引起土基固结压缩，产生沉降差。

⑶ 施工不当

桥台施工不论采用何种方法，其实体为均质等密体，整体性较好，基本上不受外界条件的影响而改变。而台后填土施工则不同，虽然从填料上尽是采用砂砾、石碴、灰土等，在施工工艺上采用分层填筑、分层压实的要求；但台后填土施工无论怎样加强，还是存在作业盲区，达不到桥台施工密实度的要求；又因为填料本身孔隙的存在，在自重及列车荷载的反复作用下，必然产生压缩沉降，这样从施工工艺和施工过程上给桥头下沉留下了隐患。

⑷ 自然环境的影响程度差异

台身部分基本上不受自然条件的影响而产生明显变形，而台背地基在自然条件（湿度和温度）的影响下会有明显变化，特别是软土地基，深层压缩，并产生路基侧向移位，降低路面刚度，导致桥头产生沉降差。

⑸ 桥台面与路基面产生高差后，必然导致轨道面也产生高差。如果不能及时抬道维修，当列车从桥上通过走向路基时产生落差冲击力，引起路基进一步沉降。

三、过渡段病害的预防措施

1、加强对过渡段路基的处理

该类处理方法的主要目的是通过加强路基来达到减小路桥间在刚度和变形方面的差异，进而减小路桥间轨道不平顺，具体处理方法有以下几种。

⑴ 加筋土法：在过渡段路堤填土（必要时也包括地基）中埋设一定数量的拉筋材料，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。

⑵ 碎石类优质材料填筑法：使用强度高，变形小的优质材料（如级配碎石填料）进行过渡段填筑，是最常用的一种处理措施，几乎在各国高速铁路设计规范中均有此方法。该方法设计意图明确，材料性质可靠、易控制，刚度与变形能均匀过渡。可能存在的问题是靠近桥台背面窄小空间的填料压实质量不易保证，相对较重的填料质量引起的地基沉降也较大。

⑶ 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板，并使一端支承在刚性基础（桥台）上，利用钢筋混凝土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。

⑷ 轻型材料填筑法

近年来研究发展了一种使用力学性能较好的轻型材料（如EPS，人工气泡混凝土等）的工艺方法，该方法可以显著减小桥背路堤填料自身的压缩变形，减弱对地基的竖向加载作用以及对桥台结构的水平压力，从而使填料对地基的变形影响减小、如果该方法与地基处理综合考虑，可降低地基处理的费用，减小地基处理范围以及缩短施工工期。

⑸ 软土地区加固地基法：

对于地质条件差、土质松软、地基承载力低、沉降量大的软土地区路桥过渡段，常采用碎石桩、水泥粉喷桩、高压旋喷桩、预应力混凝土管桩等地基加固法。在施工过程中可以根据现场实际情况，采取适当的加固方法来改善地基性能，提高地基承载力，减少沉量，缩小桥台与路堤的沉降差，保证铁路线路的整体质量，提高列车运营的速度、安全性和平稳性。

2、对过渡段轨道的处理

该类处理方法的主要目的，是通过提高轨道竖向刚度来减小路桥间轨道刚度的变化率，不能解决由路桥间沉降差引起的轨面弯折问题，具体处理方法有以下几种。

⑴ 通过高速轨枕长度和间距来提高轨道刚度：在过渡段范围内，通过使用逐步增长的超长轨枕和减小轨枕间距可实现轨道刚度的逐步过渡。

⑵ 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钢轨组成，两根在运行轨之间，两根在运行轨外侧。

⑶ 通过加厚道床厚度来提高轨道刚度：道碴是一种强度高、变形小的优质材料。在过渡段范围内逐渐增加道床厚度，可使轨道刚度逐步变化。

3、调整轨道竖向刚度

对于桥梁或隧道等刚性结构物上的轨道，可通过调整轨下垫板的刚度和设置枕下垫块（无碴），使轨道刚度与较软一侧轨道刚度相匹配。垫板（块）刚度可通过室内试验、计算和现场测试确定。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辅设了一层约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。

四、结束语

铁路路桥过渡段是铁路病害较集中的地方之一，不断改进和完善过渡段施工工艺和技术是减少病害的有效途径。

在设计路桥过渡段时，应根据不同地质条件、路基状况、桥梁形式和轨道下部结构，做针对性设计，以满足不同地段的要求，避免了现行的在区段范围内做单一设计的弊端。

在满足路桥过渡段施工要求的前提下，应尽早安排路桥过渡段的施工，使过渡段有足够长的自然沉降时间，达到路基稳定，从而减少日后过渡段产生病害的可能。