箱涵頂進線路加固中便梁支點(樁基)優化設計

毛坤海，龔宏華

(南昌鐵路局南昌工務段，南昌 330002)

箱涵頂進線路加固中便梁支點(樁基)優化設計

毛坤海，龔宏華

(南昌鐵路局南昌工務段，南昌 330002)

在鐵路既有線框架橋頂進施工中，對高大框架橋的頂進，線路加固顯得尤其重要，而線路加固中的支點設置是關鍵問題之一。本文討論D24 m便梁加固線路時，便梁支點(樁基)的優化設計，既對樁基進行了穩定性檢算;并且在框架橋頂進施工過程中對樁基進行監測，監測結果與理論計算的樁基變形量能夠較好的吻合。對今后線路加固采用D型便梁的情況下，設置便梁支點有一定的借鑒作用。

線路加固 便梁支點 樁基 頂進框架橋

在運營線下頂進框架橋時，需要對線路進行加固。對于高大框架橋的頂進施工，線路加固方案一般采用橫抬縱挑、施工便梁、橋式盾構等方法。橫抬縱挑法限速太低，對行車干擾大;施工便梁操作簡單，但受線間距和跨度的限制;橋式盾構適合于大跨度、多股道頂進框架橋，但是對地基承載力要求很高，并且施工成本遠遠大于前面兩種方法。本文結合峰福線K251+ 769.12頂進框架橋工程，討論在D24 m便梁可以滿足跨度及線間距的的情況下，便梁支點(樁基)的優化設計。

1 工程簡介

本工程位于南平南站，中心里程為峰福線K251+ 769.12，建設規模為1孔14.0 m×12.5 m的框架橋。結構尺寸:頂板厚0.9 m，底板厚1.2 m，邊墻厚1.2 m，框架外至外寬16.4 m，總高14.6 m(圖1)，長24.5 m，分兩節預制，前一節長14.0 m，后一節長10.5 m。采用D24 m便梁加固線路，中繼間法頂進施工，頂程32.08 m。與峰福線斜交88.4°。

地質情況:地層分布較單一，表層為黏砂土，底層為風化云母片巖。框架橋基底置于云母石英片巖(全風化)層上，基底土層容許承載力［σ］=290 kPa;地下水位在框架橋底板以下1.1 m?？蝽斨淋壍椎母叨燃s0.75 m。

工程數量:混凝土4 713.5 m3，鋼筋506.5 t，挖土方25 512 m3，頂進挖土11 000 m3。

圖1 框架橋結構尺寸(單位:m)

2 線路加固方案及D24 m便梁支點(樁基)優化設計

2.1 線路加固方案

由于框架橋高度達到14.6 m，僅1孔D24 m便梁加固線路無法滿足線路穩定性要求，需在D24 m便梁兩端分別增加1孔D16 m便梁加固線路，即采用D16 m+D24 m+D16 m便梁加固線路的方式(如圖2)。由于峰福線與外南線最小線間距為11 m，可以滿足鐵路限界要求，故D24 m便梁、D16 m便梁均采用高位安裝(如圖3(a)所示)。

2.2 便梁支點(樁基)設計方案

初步設計方案采用鉆孔樁做便梁支點，樁徑2.0 m，樁長32 m，承臺長25 m，寬2.6 m，厚2.4 m。由于靠既有線較近，并且還有電氣化接觸網，鉆機施工操作比較困難，并且工期較長。

通過現場調查及專家意見，對便梁支點的設置進行優化:D24 m便梁支點采用人工挖孔樁，D16 m便梁支點采用混凝土支墩。人工挖孔樁樁徑φ1.5 m，樁長20 m，坎入框架底板下7.0 m。每端便梁支點由4根挖孔樁組成，樁頂由工字型承臺把孔樁連成整體(如圖2、圖3所示)。

優化后方案的優點:①通過人工挖孔樁可以避免鉆機的操作困難，并且可以縮短工期;②樁基的結構尺寸也進行了優化，D24 m便梁支點原來設置為6根樁基，現在改為16根樁基，樁基整體穩定性要優于原設計方案。缺點:①人工挖孔樁在遇到全風化巖時，需要用風鎬打，進度較慢;②遇到地下水時，需要邊抽水邊挖孔，給施工帶來不便。

圖2 便梁支點設置(優化后)平面(單位:m)

圖3 (優化后)線路加固剖面(單位:m)

3 D24 m便梁樁基穩定性檢算

3.1 計算模型

對于不同的頂進施工工藝，計算模型的建立，也會有較大的變化，進而直接會影響到樁基的結構尺寸。

1)初步設計中考慮框架橋是在線路下面的土全部開挖完后，再進行頂進。這樣，框架橋底板以上部分的樁基將全部暴露，并且暴露的時間比較長;而樁基按深基坑的支護樁進行計算，這樣計算出來的結果是很偏離實際的。

2)優化設計考慮實際的框架橋頂進是邊挖邊頂，每一頂頂程約40 cm，所以實際上樁基的暴露時間是很短的，并且框架橋穿過樁基后，樁基的側向土壓力基本消失，并不會像深基坑支護樁一樣承受巨大的水平土壓力。所以樁基的結構尺寸得到很大的優化。

由于框架橋外邊距離樁基邊緣較近，僅1.68 m。考慮在框架橋頂進過程中，樁基周圍的土會溜坍，考慮較為不利情況，假定樁基外露長度為9.6 m(如圖4所示)。

圖4 樁基受力計算圖式(單位:m)

3.2 計算結果

采用理正結構軟件進行計算。

1)樁豎向承載力驗算

單樁極限承載力標準值=5 538.643 kN

單樁極限承載力設計值=3 356.753 kN

在中心荷載作用下，樁頂全反力=1 502.505 kN

承載力設計滿足系數:2.23。

在偏心荷載作用下，單樁極限承載力設計值= 4 028.539 kN。

承臺下樁的編號順序為:始于承臺左下角，先從左到右，后從下到上。

樁號1，樁頂全反力:1 438.764 kN，承載力設計滿足系數:2.80。

樁號2，樁頂全反力:1 566.246 kN，承載力設計滿足系數:2.57。

2)樁水平承載力驗算:

單樁水平承載力設計值=727.302 kN，承載力設計滿足系數:3.42。

計算所得的最大彎矩為:140.346 kN·m。

計算所得的最大彎矩位置為距承臺底處2.615 m。然后據此進行樁基配筋(略)。

4 實際效果及施工注意事項

4.1 施工監測

1)框架橋頂進到位后，實際樁基外露長度僅3～4 m，并且樁基擋土起到很大作用，兩側的土基本呈直立狀況，溜坍的很少。

2)理論計算時考慮樁基外露9 m，并且兩側的土方按1∶1的坡率溜坍，主要是實際的土質要比設計時預計的好。

3)樁基實際下沉量為1 mm(基本沒動)，理論計算樁基下沉量為3.5 mm。主要是理論計算考慮到外露長度的不同，故計算值偏大。

4.2 樁基施工過程中注意事項

1)對鐵路線架空后，按規定對列車運行限速，并做好慢行防護工作。

2)在施工便梁支點前，采用軌束梁對線路進行臨時加固后，方可進行孔樁開挖。

3)開挖臨時加固線路軌束梁支點時，須設置插筋木板支擋，確保支點處線路道砟不滑溜，不缺砟。

5 結論與建議

1)通過對便梁支點(樁基)進行優化設計，不僅使施工操作簡單，而且確保了工期，降低了成本。

2)便梁支點的計算模型需要根據實際頂進工藝來確定，如果計算模型與實際不符，那么計算出來的結果將脫離實際，要么太保守，要么會失穩。

3)加強對便梁支點監控，出現異常及時采取措施，保證線路的平穩。

［1］馮生華，張孚珩.城市地道頂入法施工［M］.北京:中國建筑工業出版社，1982.

［2］朱健身，陳東杰.城市地道橋頂進施工技術及工程實例［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［3］龔宏華.頂進框架橋沉井后背墻設計與施工［J］.鐵道建筑，2010(7):24-26.

［4］龔宏華，胡洲.既有線高路堤下箱涵頂進施工技術［J］.鐵道標準設計，2010(4):63-65.

［5］李穎，劉艷飛.線路加固施工技術總結［J］.建廠科技交流，2007(5):23-25.

［6］王朵.在既有線下頂進框架橋的線路加固施工技術［J］.鐵道建筑，2005(5):24-26.

U449.52

B

1003-1995(2011)02-0055-03

2010-10-14;

2010-10-25

毛坤海(1975—)，男，江西上饒人，工程師。

(責任審編 孟慶伶)