魏永恒

1 概述

CRTSⅡ型板式无砟轨道桥上底座为纵向连续的钢筋混凝土结构，桥梁起终点设置摩擦板、端刺及过渡板。其中摩擦板、端刺的主要作用是将桥上连续底座上产生的温度力、制动力等传至路基内，同时实现无砟轨道在两种不同线下结构上的平顺过渡，是Ⅱ型板式无砟轨道的重要结构之一。

正在建设的京沪高速铁路徐沪段采用CRTSⅡ型板式无砟轨道。由于部分路段端刺施工前，台后路基施工已经完成，且路基填料采用的是A，B组填料，若要采用京津城际的倒T型端刺方案，需要对已完工的路基进行开挖，不仅造成工程浪费、延长施工工期，而且将降低既有路基的承载能力，导致路基工后沉降超标。为了尽量利用原有路基，减少对其扰动，需要研究更可行的方案。拟对原有端刺的结构形式和尺寸进行调整，使其一方面纵向变形量满足工程要求，另一方面有效降低工程造价，大大方便施工，缩短施工工期，这对于创新和完善我国CRTSⅡ型板式无砟轨道理论体系具有重要的意义。

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座全桥纵连，两端越过桥台和路桥过渡段后与端刺连接。作用在底座的温度力和制动力通过摩擦板和端刺传递到与桥梁工程相连接路基中，为了确保能将存在的力传递至路基中，在摩擦板下设置了小端刺。大端刺除承受底座中的纵向力以外，竖向上受到路基土体的纵向阻力、纵向上受到路基土体自重产生的摩擦力以达到平衡。根据倒T型端刺结构的传力特性，在京津城际标准端刺和摩擦板原有结构形式的基础上，最终确定在路基A，B组填料已经填筑的路段采用∏型端刺方案。

2 方案研究

2.1 倒T型端刺和∏型端刺整体受力分析

京津城际上采用的标准型端刺为倒T型，摩擦板宽度一般为9.0 m，厚度为0.4 m，长度根据不同桥梁结构设计确定，一般为50 m或100 m。摩擦板下设置厚1.0 m、高1.0 m、宽度与摩擦板同宽的小端刺，间距根据摩擦板长度合理布置，一般间隔3.5 m。标准端刺形式尺寸:上部结构沿线路纵向厚度为1.0 m，沿线路横向宽度为9.0 m，高度为2.75 m;下部结构沿线路纵向为8.0 m，沿线路横向为9.0 m，厚度为1.0 m。

京沪高铁徐沪段一般地段∏型端刺摩擦板长度为42.5 m，宽度为12 m，厚度为0.4 m。摩擦板下设置宽度与摩擦板同宽的小端刺，其中与∏型端刺相邻的3个小端刺厚1.0 m、高1.5 m，间距为3.5 m。与桥台相邻的小端刺厚1.0 m、高1.0 m，间距为2.5 m。主端刺纵向厚度为4 m，高2.5 m，横向宽度为12 m;次端刺纵向厚度为2 m，高度2 m，横向宽度为12 m。

2.1.1 计算模型

应用ANSYS计算软件中的实体(Solid45)单元，分别对各部件进行模拟，土体采用TP材料，用接触单元(Targe170和Conta173)模拟端刺与土体之间非线性作用关系，有限元模型见图1，图2。

2.1.2 材料参数

材料参数见表1。

表1 材料参数表

2.1.3 作用荷载

参照京津城际铁路，荷载取11 MN/m。

2.1.4 端刺最大纵向水平位移限值

参照京津城际铁路，端刺最大纵向水平位移限值取3mm。

2.1.5 加载位置和方向对比分析

荷载取11 MN/m，分别对倒T型和∏型端刺进行加载。根据加载位置和方向，有以下两种不同的计算工况:

工况1:作用在端刺指向端刺;工况2:作用在端刺指向桥台。

从表2可知，对于倒T型端刺而言，同一个加载位置，力的作用方向相反，端刺纵向位移值相差很大，说明倒T型结构在设计上对端刺纵向位移的限制存在缺陷，即结构在设计上对于荷载作用在端刺并指向桥台方向存在不足。相反，荷载作用方向对∏型端刺纵向位移值相差很小，可见∏型端刺结构在设计上优化了荷载作用在端刺并指向桥台方向时存在的不足。此外，∏型端刺和倒T型端刺最大水平位移基本吻合，说明此优化结构与倒T型标准端刺在纵向上作用是一致的。

2.2 倒T型端刺和∏型端刺经济性分析

表2 荷载加载方向对端刺位移的影响 mm

两类端刺经济性分析见表3。

2.3 倒T型端刺和∏型端刺施工技术比较

∏型端刺在A，B组填料路基反挖后灌注混凝土施工，不需要复杂的施工组织。

倒T型端刺在已经施工完毕的路基上施工时，则需要挖出主端刺底部20 m顶部40 m左右范围的路基;并且回填水泥级配碎石。由于已填完路基地段施工场地狭窄，不具备机械作业的条件，施工组织困难，需要新征临时用地，并征用A，B组填料弃土场，延长施工工期，并进一步增加工程成本。

倒T型主端刺在过渡段级配碎石填筑至设计标高及垫层施工完成后进行施工。主端刺分两步采用现场浇筑施工:第一步施工倒T型趾部，第二步施工倒T型主端刺的竖墙。施工完成混凝土需要等强度达到后，对称回填，施工工艺复杂、施工周期长。

2.4 倒T型端刺和∏型端刺质量控制比较

2.4.1 施工质量控制

进行倒T型端刺施工，需要大断面挖除主端刺部分已填A，B组填料，造成已填路基土体应力释放，降低既有路基的承载能力。

2.4.2 路基填筑质量

∏型端刺路基结构通过长时间的预压后，级配碎石及A，B组填料已比较密实，开挖后整体质量较高，浇筑后路基与端刺及摩擦板结合较好。倒T型端刺施工时，先进行倒T型端刺趾部的施工，再进行主端刺竖墙的施工，然后进行级配碎石的填筑，再进行小端刺基坑的开挖、小端刺浇筑、摩擦板的连接，由于级配碎石填筑时间较短，质量难以控制，甚至会产生较大的沉降;回填水泥级配碎石在10 m(底部)～20 m(上部)范围内施工，不能进行机械作业，压实质量难以保证;同时路基之间接头处理质量不易控制;由于工期原因，造成新填部分预压期不足，引起路基本体工后沉降超标。

2.4.3 端刺区路基填料组合方面

∏型端刺路基结构离桥台处为级配碎石，长度约20 m，然后是A，B组填料。倒T型端刺方案，在桥台至主端刺之间40 m～60 m范围内有不同施工时间、不同填料种类的三段短小路基，易产生不均匀沉降;部分采用水泥级配碎石包A，B组填料结构，特别是小端刺之间采用刚度较大的水泥级配碎石(相当于混凝土)，与路基面不能有效结合，两者之间的接触质量也难以控制，并且自身由于温度变化会产生较大的伸缩，可能存在较大的端刺纵向位移。

3 结语

本文从结构受力、经济性、施工技术以及质量控制四个方面对倒T型端刺和∏型端刺进行了系统的分析。分析结果表明:

1)纵向力作用下∏型端刺和倒T型端刺最大水平位移基本吻合，说明此优化结构与倒T型标准端刺在纵向上作用是一致的。此外，∏型端刺结构在设计上优化了荷载作用在端刺并指向桥台方向时存在的不足。

2)对于台后路基先行填筑地段，采用∏型方案开挖量小，可显著降低工程造价。

3)∏型端刺施工工艺简单、施工质量容易控制，而倒T型端刺不仅施工组织困难、施工工艺复杂，而且工期长、投资大、施工质量也难以控制。

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