摘要：作為高速鐵路無(wú)砟軌道中的一種新型路基結(jié)構(gòu)形式，樁板結(jié)構(gòu)因其具有強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性良好的優(yōu)點(diǎn)，在鐵路工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用及推廣。文章對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基軌道結(jié)構(gòu)的形式、路基設(shè)計(jì)及相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；無(wú)砟軌道；樁板結(jié)構(gòu)；路基設(shè)計(jì)；離心模型試驗(yàn)；路基結(jié)構(gòu)形式 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U213 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.056

1 樁板結(jié)構(gòu)路基的軌道結(jié)構(gòu)形式

軌枕埋入式無(wú)砟軌道（圖1）和柔性填充板式無(wú)砟軌道是現(xiàn)階段高速鐵路實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的樁板結(jié)構(gòu)路基軌道結(jié)構(gòu)形式。

軌枕埋入式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)整體性較高，良好地繼承了有砟軌道結(jié)構(gòu)的概念與混凝土工程的優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中可以對(duì)橋梁工程、混凝土工程及有砟軌道積累經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效借鑒，確保在其施工中具有良好的廣泛性。這種路基軌道結(jié)構(gòu)具有極好的可修復(fù)性，在鋪設(shè)橋面及單線隧道時(shí)，其具有較高的施工機(jī)械化程度、較快的施工進(jìn)度及良好的可修復(fù)性能等。由此可見(jiàn)，在橋梁與隧道施工中這種路基結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)。板式軌道因其具有較大的結(jié)構(gòu)單元，在布置曲線時(shí)能力不足，因此在道岔施工中選用這種路基結(jié)構(gòu)具有較大的施工難度，同時(shí)因其存在縱向的周期性間斷，在路基不均勻沉降控制中難度較大，為此應(yīng)進(jìn)行其縱向連續(xù)性的不斷

增強(qiáng)。

通常都將跨度長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在小于10米的范圍，選用等厚度鋼筋混凝土承載板。樁、板固結(jié)能夠?qū)Π迳韽澗剡M(jìn)行有效分擔(dān)，進(jìn)而將樁頂處板身的負(fù)彎矩峰值進(jìn)行削弱，達(dá)到板厚降低及減少支座成本的作用。因溫度應(yīng)力的制約，在板與半相連的邊跨位置，將承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)置在板端處，同時(shí)將傳力桿設(shè)置在板和承臺(tái)之間，并選用鉸結(jié)方式進(jìn)行有效連接。

2 無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計(jì)

作為一種新型無(wú)砟軌道路基結(jié)構(gòu)形式，樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照不同狀態(tài)的容許值進(jìn)行荷載的不同組合，隨后在不同荷載的組合下，遵循相應(yīng)力學(xué)模式，對(duì)樁板結(jié)構(gòu)路基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形情況進(jìn)行進(jìn)一步分析，進(jìn)而綜合評(píng)價(jià)列車(chē)運(yùn)營(yíng)的安全性和舒適性。

樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計(jì)方式為：線路縱向、橫向樁間距的確定應(yīng)嚴(yán)格遵循地質(zhì)條件與線路縱向布置圖進(jìn)行。遵循結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，鋼構(gòu)連續(xù)板由鋼筋混凝土承載板代替，不利位置的確定應(yīng)根據(jù)活載圖與影響法進(jìn)行荷載布置，將鋼筋混凝土承載板的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定，在組合荷載下，確定板的內(nèi)力和撓度，選用板、梁結(jié)構(gòu)計(jì)算承載板的配筋設(shè)計(jì)，對(duì)板的翹曲變形進(jìn)行最終確定，進(jìn)而符合土質(zhì)路基無(wú)砟軌道鋪設(shè)的容許撓度與折角需求。樁基礎(chǔ)為樁板結(jié)構(gòu)路基的下部結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)對(duì)樁截面形式、樁徑及樁長(zhǎng)進(jìn)行有效確定。以支座反力的形式將上部結(jié)構(gòu)荷載向樁頂傳遞，并依據(jù)樁基礎(chǔ)理論計(jì)算豎向承載力、側(cè)向和縱向抗力與沉降變形，確保其附近無(wú)砟軌道鋪設(shè)的設(shè)計(jì)需求。通過(guò)對(duì)縱向樁間距的調(diào)整，確定樁-板的最佳組合方案。

2.1 承載板設(shè)計(jì)

應(yīng)對(duì)豎向列車(chē)荷載、活載圖式進(jìn)行確定，并依據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)速進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載組合系數(shù)的確定。按照地質(zhì)情況及線路縱向布置圖，對(duì)樁基礎(chǔ)橫向樁間距與縱向樁間距進(jìn)行確定。對(duì)承載板材料剛度、板寬、板厚及板長(zhǎng)進(jìn)行確定。承載板通常屬于彈性薄板范圍，分析、計(jì)算結(jié)構(gòu)中，板厚h和板最小邊長(zhǎng)L之比為h/L，薄板一般控制在h/L<1/15。

2.2 樁板結(jié)構(gòu)路基上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁板結(jié)構(gòu)路基上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可以對(duì)列車(chē)在無(wú)砟軌道高速行駛的安全性及舒適度要求進(jìn)行最大限度的滿足，并實(shí)現(xiàn)線路少維修的目的。在設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)路基上部結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)、縱橫向穩(wěn)定性及各組成部分的耐久性、減振性與線路平順性方面加以重視。

2.3 下部樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樁徑、樁長(zhǎng)、樁距的合理選擇是其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，遵循沉降控制設(shè)計(jì)原理，在沉降變形允許范圍內(nèi)，對(duì)樁間土、樁底土承載能力進(jìn)行充分調(diào)動(dòng)，促使樁土共同作用，并進(jìn)行布樁作業(yè)，在單樁與路基整體承載力計(jì)算中，確保其符合施工要求，進(jìn)而起到降低成本及提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。當(dāng)具有較大樁間距時(shí)，無(wú)法滿足其承載力，應(yīng)將樁長(zhǎng)加大，同時(shí)加大承載板厚度，特殊情況下，必須將預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置在承載板內(nèi)，這樣將增加施工的難度。當(dāng)具有較小樁間距時(shí)，不能充分發(fā)揮樁的承載力，在加大施工難度的同時(shí)，也會(huì)提升工程造價(jià)，因此必須對(duì)樁間距進(jìn)行合理選擇。

3 高速鐵路無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基試驗(yàn)

3.1 離心模型試驗(yàn)

通過(guò)在模型上施加離心慣性力進(jìn)而增加模型的容重，確保模型應(yīng)力和原型相同，以模擬原型就是離心模型試驗(yàn)?，F(xiàn)階段，巖土工程還存在諸多問(wèn)題，如非飽和土問(wèn)題、非線性破壞過(guò)程等，在計(jì)算機(jī)運(yùn)用中還存在一定困難，但利用離心模型試驗(yàn)可以確保結(jié)果的直觀性及清晰性。

樁板結(jié)構(gòu)路基承載與變形特點(diǎn)直接影響著樁土相互作用，從受載開(kāi)始土體應(yīng)用應(yīng)變特性就已經(jīng)呈現(xiàn)出非線性彈塑性本構(gòu)關(guān)系，一般樁身混凝土為線彈性狀態(tài)。基于此，應(yīng)對(duì)重力控制的土體應(yīng)力水平進(jìn)行再現(xiàn)，才能對(duì)樁土相互作用進(jìn)行合理模擬。土工離心機(jī)選用等效的重力離心慣性力對(duì)原型土體的應(yīng)力水平進(jìn)行再現(xiàn)。由此可見(jiàn)，樁土相互作用研究最有效的方式就是離心模型試驗(yàn)。遵循相應(yīng)模型率將樁、板與路基本體縮小n倍，在模型箱內(nèi)將其放入，并通過(guò)相應(yīng)離心加速度ng旋轉(zhuǎn)，以模擬尺寸放大n倍后樁板結(jié)構(gòu)路基的現(xiàn)場(chǎng)狀況就是無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基離心試驗(yàn)的原理。

3.2 樁板結(jié)構(gòu)路基動(dòng)力作用模型試驗(yàn)

樁板結(jié)構(gòu)路基中樁-板-土之間具有較為復(fù)雜的共同作用問(wèn)題，為準(zhǔn)確選用設(shè)計(jì)參數(shù)，必須嚴(yán)格遵循結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行樁板結(jié)構(gòu)路基試驗(yàn)研究。通過(guò)全面合理的構(gòu)思，進(jìn)行與原型相似規(guī)律模型的建立，并通過(guò)先進(jìn)的科學(xué)設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)條件加以有效控制，進(jìn)而對(duì)路基受力變形特性進(jìn)行分析。這種試驗(yàn)在樁板結(jié)構(gòu)路基理論研究、設(shè)計(jì)及施工階段都具有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路事業(yè)也得到了極大的發(fā)展。高速鐵路無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基作為一種新型路基結(jié)構(gòu)，在鐵路工程建設(shè)中得到了大量應(yīng)用。為確保列車(chē)高速行駛的安全性與穩(wěn)定性，必須對(duì)樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計(jì)加以重視，并做好相關(guān)試驗(yàn)工作，確保其各項(xiàng)指標(biāo)符合施工相關(guān)規(guī)定，以此為鐵路事業(yè)的發(fā)展提供可靠的保障。

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作者簡(jiǎn)介：楊愛(ài)麗（1981-），女，河南民權(quán)人，河南省鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：道路工程、鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）