魏永恒

1 概述

CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道橋上底座為縱向連續(xù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋梁起終點(diǎn)設(shè)置摩擦板、端刺及過(guò)渡板。其中摩擦板、端刺的主要作用是將橋上連續(xù)底座上產(chǎn)生的溫度力、制動(dòng)力等傳至路基內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)砟軌道在兩種不同線下結(jié)構(gòu)上的平順過(guò)渡，是Ⅱ型板式無(wú)砟軌道的重要結(jié)構(gòu)之一。

正在建設(shè)的京滬高速鐵路徐滬段采用CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道。由于部分路段端刺施工前，臺(tái)后路基施工已經(jīng)完成，且路基填料采用的是A，B組填料，若要采用京津城際的倒T型端刺方案，需要對(duì)已完工的路基進(jìn)行開(kāi)挖，不僅造成工程浪費(fèi)、延長(zhǎng)施工工期，而且將降低既有路基的承載能力，導(dǎo)致路基工后沉降超標(biāo)。為了盡量利用原有路基，減少對(duì)其擾動(dòng)，需要研究更可行的方案。擬對(duì)原有端刺的結(jié)構(gòu)形式和尺寸進(jìn)行調(diào)整，使其一方面縱向變形量滿足工程要求，另一方面有效降低工程造價(jià)，大大方便施工，縮短施工工期，這對(duì)于創(chuàng)新和完善我國(guó)CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道理論體系具有重要的意義。

橋上CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道底座全橋縱連，兩端越過(guò)橋臺(tái)和路橋過(guò)渡段后與端刺連接。作用在底座的溫度力和制動(dòng)力通過(guò)摩擦板和端刺傳遞到與橋梁工程相連接路基中，為了確保能將存在的力傳遞至路基中，在摩擦板下設(shè)置了小端刺。大端刺除承受底座中的縱向力以外，豎向上受到路基土體的縱向阻力、縱向上受到路基土體自重產(chǎn)生的摩擦力以達(dá)到平衡。根據(jù)倒T型端刺結(jié)構(gòu)的傳力特性，在京津城際標(biāo)準(zhǔn)端刺和摩擦板原有結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，最終確定在路基A，B組填料已經(jīng)填筑的路段采用∏型端刺方案。

2 方案研究

2.1 倒T型端刺和∏型端刺整體受力分析

京津城際上采用的標(biāo)準(zhǔn)型端刺為倒T型，摩擦板寬度一般為9.0 m，厚度為0.4 m，長(zhǎng)度根據(jù)不同橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，一般為50 m或100 m。摩擦板下設(shè)置厚1.0 m、高1.0 m、寬度與摩擦板同寬的小端刺，間距根據(jù)摩擦板長(zhǎng)度合理布置，一般間隔3.5 m。標(biāo)準(zhǔn)端刺形式尺寸:上部結(jié)構(gòu)沿線路縱向厚度為1.0 m，沿線路橫向?qū)挾葹?.0 m，高度為2.75 m;下部結(jié)構(gòu)沿線路縱向?yàn)?.0 m，沿線路橫向?yàn)?.0 m，厚度為1.0 m。

京滬高鐵徐滬段一般地段∏型端刺摩擦板長(zhǎng)度為42.5 m，寬度為12 m，厚度為0.4 m。摩擦板下設(shè)置寬度與摩擦板同寬的小端刺，其中與∏型端刺相鄰的3個(gè)小端刺厚1.0 m、高1.5 m，間距為3.5 m。與橋臺(tái)相鄰的小端刺厚1.0 m、高1.0 m，間距為2.5 m。主端刺縱向厚度為4 m，高2.5 m，橫向?qū)挾葹?2 m;次端刺縱向厚度為2 m，高度2 m，橫向?qū)挾葹?2 m。

2.1.1 計(jì)算模型

應(yīng)用ANSYS計(jì)算軟件中的實(shí)體(Solid45)單元，分別對(duì)各部件進(jìn)行模擬，土體采用TP材料，用接觸單元(Targe170和Conta173)模擬端刺與土體之間非線性作用關(guān)系，有限元模型見(jiàn)圖1，圖2。

2.1.2 材料參數(shù)

材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 材料參數(shù)表

2.1.3 作用荷載

參照京津城際鐵路，荷載取11 MN/m。

2.1.4 端刺最大縱向水平位移限值

參照京津城際鐵路，端刺最大縱向水平位移限值取3mm。

2.1.5 加載位置和方向?qū)Ρ确治?/p>

荷載取11 MN/m，分別對(duì)倒T型和∏型端刺進(jìn)行加載。根據(jù)加載位置和方向，有以下兩種不同的計(jì)算工況:

工況1:作用在端刺指向端刺;工況2:作用在端刺指向橋臺(tái)。

從表2可知，對(duì)于倒T型端刺而言，同一個(gè)加載位置，力的作用方向相反，端刺縱向位移值相差很大，說(shuō)明倒T型結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上對(duì)端刺縱向位移的限制存在缺陷，即結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上對(duì)于荷載作用在端刺并指向橋臺(tái)方向存在不足。相反，荷載作用方向?qū)Α切投舜炭v向位移值相差很小，可見(jiàn)∏型端刺結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上優(yōu)化了荷載作用在端刺并指向橋臺(tái)方向時(shí)存在的不足。此外，∏型端刺和倒T型端刺最大水平位移基本吻合，說(shuō)明此優(yōu)化結(jié)構(gòu)與倒T型標(biāo)準(zhǔn)端刺在縱向上作用是一致的。

2.2 倒T型端刺和∏型端刺經(jīng)濟(jì)性分析

表2 荷載加載方向?qū)Χ舜涛灰频挠绊?mm

兩類端刺經(jīng)濟(jì)性分析見(jiàn)表3。

2.3 倒T型端刺和∏型端刺施工技術(shù)比較

∏型端刺在A，B組填料路基反挖后灌注混凝土施工，不需要復(fù)雜的施工組織。

倒T型端刺在已經(jīng)施工完畢的路基上施工時(shí)，則需要挖出主端刺底部20 m頂部40 m左右范圍的路基;并且回填水泥級(jí)配碎石。由于已填完路基地段施工場(chǎng)地狹窄，不具備機(jī)械作業(yè)的條件，施工組織困難，需要新征臨時(shí)用地，并征用A，B組填料棄土場(chǎng)，延長(zhǎng)施工工期，并進(jìn)一步增加工程成本。

倒T型主端刺在過(guò)渡段級(jí)配碎石填筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高及墊層施工完成后進(jìn)行施工。主端刺分兩步采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工:第一步施工倒T型趾部，第二步施工倒T型主端刺的豎墻。施工完成混凝土需要等強(qiáng)度達(dá)到后，對(duì)稱回填，施工工藝復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)。

2.4 倒T型端刺和∏型端刺質(zhì)量控制比較

2.4.1 施工質(zhì)量控制

進(jìn)行倒T型端刺施工，需要大斷面挖除主端刺部分已填A(yù)，B組填料，造成已填路基土體應(yīng)力釋放，降低既有路基的承載能力。

2.4.2 路基填筑質(zhì)量

∏型端刺路基結(jié)構(gòu)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)壓后，級(jí)配碎石及A，B組填料已比較密實(shí)，開(kāi)挖后整體質(zhì)量較高，澆筑后路基與端刺及摩擦板結(jié)合較好。倒T型端刺施工時(shí)，先進(jìn)行倒T型端刺趾部的施工，再進(jìn)行主端刺豎墻的施工，然后進(jìn)行級(jí)配碎石的填筑，再進(jìn)行小端刺基坑的開(kāi)挖、小端刺澆筑、摩擦板的連接，由于級(jí)配碎石填筑時(shí)間較短，質(zhì)量難以控制，甚至?xí)a(chǎn)生較大的沉降;回填水泥級(jí)配碎石在10 m(底部)～20 m(上部)范圍內(nèi)施工，不能進(jìn)行機(jī)械作業(yè)，壓實(shí)質(zhì)量難以保證;同時(shí)路基之間接頭處理質(zhì)量不易控制;由于工期原因，造成新填部分預(yù)壓期不足，引起路基本體工后沉降超標(biāo)。

2.4.3 端刺區(qū)路基填料組合方面

∏型端刺路基結(jié)構(gòu)離橋臺(tái)處為級(jí)配碎石，長(zhǎng)度約20 m，然后是A，B組填料。倒T型端刺方案，在橋臺(tái)至主端刺之間40 m～60 m范圍內(nèi)有不同施工時(shí)間、不同填料種類的三段短小路基，易產(chǎn)生不均勻沉降;部分采用水泥級(jí)配碎石包A，B組填料結(jié)構(gòu)，特別是小端刺之間采用剛度較大的水泥級(jí)配碎石(相當(dāng)于混凝土)，與路基面不能有效結(jié)合，兩者之間的接觸質(zhì)量也難以控制，并且自身由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生較大的伸縮，可能存在較大的端刺縱向位移。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從結(jié)構(gòu)受力、經(jīng)濟(jì)性、施工技術(shù)以及質(zhì)量控制四個(gè)方面對(duì)倒T型端刺和∏型端刺進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。分析結(jié)果表明:

1)縱向力作用下∏型端刺和倒T型端刺最大水平位移基本吻合，說(shuō)明此優(yōu)化結(jié)構(gòu)與倒T型標(biāo)準(zhǔn)端刺在縱向上作用是一致的。此外，∏型端刺結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上優(yōu)化了荷載作用在端刺并指向橋臺(tái)方向時(shí)存在的不足。

2)對(duì)于臺(tái)后路基先行填筑地段，采用∏型方案開(kāi)挖量小，可顯著降低工程造價(jià)。

3)∏型端刺施工工藝簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量容易控制，而倒T型端刺不僅施工組織困難、施工工藝復(fù)雜，而且工期長(zhǎng)、投資大、施工質(zhì)量也難以控制。

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