一种路桥抗差异沉降过渡结构及设计方法、施工方法与流程

1.本发明涉及路桥建筑工程技术领域，特别是一种路桥抗差异沉降过渡结构及设计方法、施工方法。


背景技术：

2.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。差异沉降是列车在路桥过渡段上运行是否平顺舒适的主要控制因素，路桥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。
3.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。


技术实现要素：

4.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，提供一种路桥抗差异沉降过渡结构及设计方法、施工方法，可用于高速铁路路桥过渡段抗差异沉降。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种路桥抗差异沉降过渡结构，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若干桩体，所述桩体设置于所述桥台后的线路两侧，相邻所述桩体之间间隔设置且连接有挡土板，所述桥台与相邻的所述桩体之间设有所述挡土板，相对设置的所述桩体通过上横梁和下横梁连接，所述上横梁上设有承台板，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。
7.采用本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构，通过所述桩体、所述上横梁、所述下横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；通过所述挡土板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；该结构能有效解决高速铁路或高速公路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车和高速公路汽车运行安全，并且施工方便可行，应
用前景广阔。
8.优选地，所述桩体为翼缘桩，所述挡土板抵接于所述翼缘桩的翼缘位置。
9.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。
10.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。
11.优选地，所述路基包括下部的路堤和上部的基床。
12.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。
13.本发明还提供了一种路桥抗差异沉降过渡结构的施工方法，用于施工如以上任一项所述的路桥抗差异沉降过渡结构，该方法包括以下步骤：
14.s1、施作所述桩体，下放钢筋笼，所述桩体与所述上横梁和所述下横梁连接处预留钢筋接口，然后浇筑混凝土成型所述桩体；
15.s2、架立模板，铺设所述下横梁钢筋，所述下横梁与所述桩体连接处钢筋固定连接，然后浇筑混凝土成型所述下横梁；
16.s3、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上横梁处，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；
17.s4、所述台背填土和所述过渡段填土的填筑过程中同步吊装周围的所述挡土板，所述挡土板连接于所述桩体或所述桥台；
18.s5、架立模板，铺设所述上横梁钢筋，所述上横梁与所述桩体连接处钢筋固定连接，然后浇筑混凝土成型所述上横梁；
19.s6、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，并吊装周围所述挡土板连接于所述桩体或所述桥台，直至所述路基设计标高；
20.s7、吊装预制的所述承台板。
21.采用本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的施工方法，通过所述桩体、所述上横梁、所述下横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；通过所述挡土板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；该方法能有效解决高速铁路或高速公路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车和高速公路汽车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。
22.优选地，地面以下部分所述桩体采取人工挖孔的方法成孔，地面以上部分所述桩体架立模板。
23.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。
24.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k
30
≥130mpa/m。
25.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k
30
≥150mpa/m，动态变形模量e
vd
≥50mpa。
26.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。
27.本发明还提供了一种路桥抗差异沉降过渡结构的设计方法，用于设计如以上任一项所述的路桥抗差异沉降过渡结构，该方法包括以下步骤：
28.步骤一、所述路基沉降变形检算
29.将列车荷载、轨道荷载、所述承台板自重荷载、所述上横梁自重荷载转换为作用于所述上横梁上的总均布荷载；
30.计算所述上横梁的截面惯性矩；
31.根据作用于所述上横梁上的总均布荷载和所述上横梁的截面惯性矩确定所述上横梁的最大挠度；
32.所述上横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；
33.步骤二、所述桩体承载力检算
34.计算所述桩体的平均竖向力；
35.计算所述桩体的极限承载力，得到所述桩体竖向承载力特征值；
36.所述桩体的平均竖向力小于或者等于1.2倍所述桩体竖向承载力特征值。
37.采用本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的设计方法，通过严格控制所述上横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桩体承载力能够抵抗荷载竖向力，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。
38.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
39.1、本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构及施工方法，通过所述桩体、所述上横梁、所述下横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；通过所述挡土板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；该结构和施工方法能有效解决高速铁路或高速公路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车和高速公路汽车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔；
40.2、本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的设计方法，通过严格控制所述上横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桩体承载力能够抵抗荷载竖向力，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
41.图1为路桥抗差异沉降过渡结构的主视示意图；
42.图2为路桥抗差异沉降过渡结构的俯视示意图；
43.图3为图2中a-a向纵断面示意图；
44.图4为图2中b-b向横断面示意图。
45.图中标记：1-桥台，2-桩体，3-挡土板，4-上横梁，5-下横梁，6-承台板，7-台背填土，8-过渡段填土，9-路基，10-路堤，11-基床，12-锥坡。
具体实施方式
46.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
47.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。
48.实施例1
49.如图1至图4所示，本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构，用于连接桥台1和路基9，该过渡结构包括刚性支承结构和刚度过渡结构。
50.所述刚性支承结构包括桩体2、挡土板3、上横梁4、下横梁5和承台板6。
51.在所述桥台1后的线路两侧分别设置若干所述桩体2，相邻所述桩体2之间间隔设置且连接所述挡土板3，所述挡土板3包括若干块，且由低到高层叠设置，所述桥台1与相邻的所述桩体2之间设有所述挡土板3，也是由低到高层叠设置；具体地，所述桩体2为翼缘桩，所述挡土板3抵接于所述翼缘桩的翼缘位置。
52.线路两侧相对设置的所述桩体2通过上横梁4和下横梁5连接，所述上横梁4上设有承台板6，所述承台板6用于铺设轨道结构，所述承台板6包括若干块，如图2所示，所述承台板6由两块拼接而成，每块所述承台板6均连接于所有的所述上横梁4。
53.所述刚度过渡结构包括台背填土7和过渡段填土8，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7，所述刚性支承结构和所述路基9之间填筑所述过渡段填土8，所述过渡段填土8的纵截面呈菱形，所述过渡段填土8伸入所述刚性支承结构，所述路基9包括下部的路堤10和上部的基床11，所述过渡段填土8与所述台背填土7和所述路基9填土的交界处分别设有台阶，所述台背填土7、所述过渡段填土8、所述路基9填土交界处填筑坡率为1:1，如图1所示，所述过渡段填土8和所述刚性支承结构的外部交界处设有锥坡12。
54.本实施例所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构，通过所述桩体2、所述上横梁4、所述下横梁5和所述承台板6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7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；通过所述挡土板3围挡所述台背填土7和部分所述过渡段填土8，相较于所述台背填土7，所述过渡段填土8可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；该结构能有效解决高速铁路或高速公路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车和高速公路汽车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。
55.实施例2
56.如图1至图4所示，本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的施工方法，用于施工如实施例1所述的路桥抗差异沉降过渡结构，该方法包括以下步骤：
57.s1、施作所述桩体2，准确定位各个所述桩体2位置，地面以下部分所述桩体2采取人工挖孔的方法成孔，地面以上部分所述桩体2架立钢模板，并下放钢筋笼，所述桩体2与所
述上横梁4和所述下横梁5连接处预留钢筋接口，然后浇筑混凝土成型所述桩体2。
58.s2、整平所述路基9基底。
59.s3、架立钢模板，铺设所述下横梁5钢筋，所述下横梁5与所述桩体2连接处钢筋焊接牢固，然后浇筑混凝土成型所述下横梁5。
60.s4、同步分层填筑所述台背填土7、所述过渡段填土8、所述路基9填土至所述上横梁4处，所述台背填土7采用a、b、c组填料填筑，压实系数k≥0.93，地基系数k
30
≥130mpa/m，所述台背填土7采用小型机械碾压，所述过渡段填土8采用级配碎石掺3％水泥填筑，压实系数k≥0.95，地基系数k
30
≥150mpa/m，动态变形模量e
vd
≥50mpa，所述过渡段填土8和所述路基9填土采用大型机械碾压，所述台背填土7、所述过渡段填土8、所述路基9填土填筑时，摊铺碾压厚度为15cm～30cm。
61.s5、所述台背填土7和所述过渡段填土8的填筑过程中同步吊装周围的所述挡土板3，所述挡土板3连接于所述桩体2或所述桥台1。
62.s6、架立钢模板，铺设所述上横梁4钢筋，所述上横梁4与所述桩体2连接处钢筋焊接牢固，然后浇筑混凝土成型所述上横梁4。
63.s7、预留所述承台板6位置，继续同步分层填筑所述台背填土7、所述过渡段填土8、所述路基9填土，并吊装周围所述挡土板3连接于所述桩体2或所述桥台1，直至所述路基9设计标高。
64.s8、吊装预制的所述承台板6安装到所述上横梁4上，所述承台板6上预留注浆孔，所述承台板6下与填土间缝隙通过注浆孔注浆填充。
65.本实施例所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的施工方法，通过所述桩体2、所述上横梁4、所述下横梁5和所述承台板6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7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；通过所述挡土板3围挡所述台背填土7和部分所述过渡段填土8，相较于所述台背填土7，所述过渡段填土8可采用大型机械碾压，填料压实度能满足设计要求；该方法能有效解决高速铁路或高速公路路桥过渡段差异沉降问题，保证高速铁路列车和高速公路汽车运行安全，并且施工方便可行，应用前景广阔。
66.实施例3
67.如图1至图4所示，本发明所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的设计方法，用于设计如实施例1所述的路桥抗差异沉降过渡结构，该方法包括以下步骤：
68.步骤一、所述路基9沉降变形检算
69.r1、将列车荷载、轨道荷载、所述承台板6自重荷载、所述上横梁4自重荷载转换为作用于所述上横梁4上的均布荷载：
70.q＝q1+q2+q3+q4[0071][0072]
[0073][0074]
式中：q为作用于所述上横梁4上的总均布荷载，kn/m；
[0075]
q1为列车荷载作用于所述上横梁4上的均布荷载，kn/m；
[0076]
q2为轨道荷载作用于所述上横梁4上的均布荷载，kn/m；
[0077]
q3为所述承台板6自重荷载作用于所述上横梁4上的均布荷载，kn/m；
[0078]
q4为所述上横梁4自重荷载作用于所述上横梁4上的均布荷载，kn/m；
[0079]
p1为单位线路长度列车荷载，kn/m；
[0080]
p2为单位线路长度轨道荷载，kn/m；
[0081]
lc为所述承台板6长度，m；
[0082]
k为每块所述承台板6下方所述上横梁4的数量；
[0083]
l为所述上横梁4长度，m；
[0084]
g3为单块所述承台板6重量，kn；
[0085]
g4为单根所述上横梁4重量，kn。
[0086]
r2、计算所述上横梁4的截面惯性矩：
[0087][0088]
式中：i为所述上横梁4的截面惯性矩，mm4；
[0089]
b为所述上横梁4宽度，mm；
[0090]
h为所述上横梁4高度，mm。
[0091]
r3、将所述上横梁4视作两端固定的梁，计算所述上横梁4的最大挠度：
[0092][0093]
式中：y
max
为所述上横梁4跨中的最大挠度，mm；
[0094]
e为混凝土弹性模量，n/mm2；
[0095]
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。
[0096]
r4、所述路基9容许沉降检算：
[0097]ymax
≤[y]
[0098]
式中：[y]为所述路基9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9容许沉降值[y]＝15mm。
[0099]
步骤二、所述桩体2承载力检算
[0100]
r5、所述桩体2平均竖向力计算：
[0101][0102]
式中：f为荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，所述桩体2平均竖向力，kn；
[0103]
g5为所述上横梁4、所述下横梁5及两侧所述桩体2总重量，kn。
[0104]
r6、所述桩体2承载力计算：
[0105]quk
＝q
sk
+q
pk
＝u∑q
sik
li+q
pkap
[0106][0107]
式中：q
uk
为所述桩体2极限承载力标准值，kn；
[0108]qsk
为所述桩体2极限侧阻力标准值，kn；
[0109]qpk
为所述桩体2极限端阻力标准值，kn；
[0110]
u为所述桩体2桩身周长，m；
[0111]qsik
为所述桩体2桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，kpa；
[0112]
li为所述桩体2桩周第i层土厚度，m；
[0113]qpk
为所述桩体2极限端阻力标准值，kpa；
[0114]ap
为所述桩体2桩端面积，m2；
[0115]
ra为所述桩体2竖向承载力特征值，kn；
[0116]
k为安全系数，取k＝2。
[0117]
r7、所述桩体2承载力应满足：f≤1.2ra。
[0118]
本实施例所述的一种路桥抗差异沉降过渡结构的设计方法，通过严格控制所述上横梁4的最大挠度小于或者等于所述路基9容许沉降值，以及通过严格设置所述桩体2承载力能够抵抗荷载竖向力，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。
[0119]
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。