高速铁路无砟轨道桩板结构路基设计

摘要：作为高速铁路无砟轨道中的一种新型路基结构形式，桩板结构因其具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性良好的优点，在铁路工程建设中得到了广泛应用及推广。文章对高速铁路无砟轨道桩板结构路基轨道结构的形式、路基设计及相关试验进行了研究。

关键词：高速铁路；无砟轨道；桩板结构；路基设计；离心模型试验；路基结构形式 文献标识码：A

中图分类号：U213 文章编号：1009-2374（2015）17-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.056

1 桩板结构路基的轨道结构形式

轨枕埋入式无砟轨道（图1）和柔性填充板式无砟轨道是现阶段高速铁路实际运营中的桩板结构路基轨道结构形式。

轨枕埋入式无砟轨道结构整体性较高，良好地继承了有砟轨道结构的概念与混凝土工程的优点，在结构设计与施工中可以对桥梁工程、混凝土工程及有砟轨道积累经验进行有效借鉴，确保在其施工中具有良好的广泛性。这种路基轨道结构具有极好的可修复性，在铺设桥面及单线隧道时，其具有较高的施工机械化程度、较快的施工进度及良好的可修复性能等。由此可见，在桥梁与隧道施工中这种路基结构更具有优势。板式轨道因其具有较大的结构单元，在布置曲线时能力不足，因此在道岔施工中选用这种路基结构具有较大的施工难度，同时因其存在纵向的周期性间断，在路基不均匀沉降控制中难度较大，为此应进行其纵向连续性的不断

增强。

通常都将跨度长度设计在小于10米的范围，选用等厚度钢筋混凝土承载板。桩、板固结能够对板身弯矩进行有效分担，进而将桩顶处板身的负弯矩峰值进行削弱，达到板厚降低及减少支座成本的作用。因温度应力的制约，在板与半相连的边跨位置，将承台结构设置在板端处，同时将传力杆设置在板和承台之间，并选用铰结方式进行有效连接。

2 无砟轨道桩板结构路基设计

作为一种新型无砟轨道路基结构形式，桩板结构路基设计时，应按照不同状态的容许值进行荷载的不同组合，随后在不同荷载的组合下，遵循相应力学模式，对桩板结构路基的强度、稳定性及变形情况进行进一步分析，进而综合评价列车运营的安全性和舒适性。

桩板结构路基设计方式为：线路纵向、横向桩间距的确定应严格遵循地质条件与线路纵向布置图进行。遵循结构力学理论，钢构连续板由钢筋混凝土承载板代替，不利位置的确定应根据活载图与影响法进行荷载布置，将钢筋混凝土承载板的结构尺寸初步确定，在组合荷载下，确定板的内力和挠度，选用板、梁结构计算承载板的配筋设计，对板的翘曲变形进行最终确定，进而符合土质路基无砟轨道铺设的容许挠度与折角需求。桩基础为桩板结构路基的下部结构，因此应对桩截面形式、桩径及桩长进行有效确定。以支座反力的形式将上部结构荷载向桩顶传递，并依据桩基础理论计算竖向承载力、侧向和纵向抗力与沉降变形，确保其附近无砟轨道铺设的设计需求。通过对纵向桩间距的调整，确定桩-板的最佳组合方案。

2.1 承载板设计

应对竖向列车荷载、活载图式进行确定，并依据设计时速进行结构荷载组合系数的确定。按照地质情况及线路纵向布置图，对桩基础横向桩间距与纵向桩间距进行确定。对承载板材料刚度、板宽、板厚及板长进行确定。承载板通常属于弹性薄板范围，分析、计算结构中，板厚h和板最小边长L之比为h/L，薄板一般控制在h/L<1/15。

2.2 桩板结构路基上部结构设计

桩板结构路基上部结构设计合理可以对列车在无砟轨道高速行驶的安全性及舒适度要求进行最大限度的满足，并实现线路少维修的目的。在设计桩板结构路基上部结构时，应在轨道结构参数、纵横向稳定性及各组成部分的耐久性、减振性与线路平顺性方面加以重视。

2.3 下部桩基础设计

桩板结构设计中桩径、桩长、桩距的合理选择是其设计的重点内容，遵循沉降控制设计原理，在沉降变形允许范围内，对桩间土、桩底土承载能力进行充分调动，促使桩土共同作用，并进行布桩作业，在单桩与路基整体承载力计算中，确保其符合施工要求，进而起到降低成本及提高经济效益的作用。当具有较大桩间距时，无法满足其承载力，应将桩长加大，同时加大承载板厚度，特殊情况下，必须将预应力钢筋设置在承载板内，这样将增加施工的难度。当具有较小桩间距时，不能充分发挥桩的承载力，在加大施工难度的同时，也会提升工程造价，因此必须对桩间距进行合理选择。

3 高速铁路无砟轨道桩板结构路基试验

3.1 离心模型试验

通过在模型上施加离心惯性力进而增加模型的容重，确保模型应力和原型相同，以模拟原型就是离心模型试验。现阶段，岩土工程还存在诸多问题，如非饱和土问题、非线性破坏过程等，在计算机运用中还存在一定困难，但利用离心模型试验可以确保结果的直观性及清晰性。

桩板结构路基承载与变形特点直接影响着桩土相互作用，从受载开始土体应用应变特性就已经呈现出非线性弹塑性本构关系，一般桩身混凝土为线弹性状态。基于此，应对重力控制的土体应力水平进行再现，才能对桩土相互作用进行合理模拟。土工离心机选用等效的重力离心惯性力对原型土体的应力水平进行再现。由此可见，桩土相互作用研究最有效的方式就是离心模型试验。遵循相应模型率将桩、板与路基本体缩小n倍，在模型箱内将其放入，并通过相应离心加速度ng旋转，以模拟尺寸放大n倍后桩板结构路基的现场状况就是无砟轨道桩板结构路基离心试验的原理。

3.2 桩板结构路基动力作用模型试验

桩板结构路基中桩-板-土之间具有较为复杂的共同作用问题，为准确选用设计参数，必须严格遵循结构实际工作状态进行桩板结构路基试验研究。通过全面合理的构思，进行与原型相似规律模型的建立，并通过先进的科学设备，对试验条件加以有效控制，进而对路基受力变形特性进行分析。这种试验在桩板结构路基理论研究、设计及施工阶段都具有重要意义。

4 结语

综上所述，随着国民经济的快速发展，我国铁路事业也得到了极大的发展。高速铁路无砟轨道桩板结构路基作为一种新型路基结构，在铁路工程建设中得到了大量应用。为确保列车高速行驶的安全性与稳定性，必须对桩板结构路基设计加以重视，并做好相关试验工作，确保其各项指标符合施工相关规定，以此为铁路事业的发展提供可靠的保障。

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作者简介：杨爱丽（1981-），女，河南民权人，河南省铁路勘测设计有限公司工程师，研究方向：道路工程、铁路站场设计。

（责任编辑：黄银芳）