陡坡地段鐵路橋梁設計

陳 林

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司， 北京 100055)

陡坡地段鐵路橋梁設計

陳 林

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司， 北京 100055)

結合陡坡地段橋梁設計實例，對走行于陡坡地段的鐵路，進行橋梁、路基的技術經濟比較，確定合理的橋梁路基設計分段，并提出適用于陡坡地段的特殊橋臺設計。

陡坡 路橋比選 特殊橋臺設計

1 工程概況

南廣鐵路為新建時速250 km客貨共線雙線鐵路，最小曲線半徑5 500 m。南廣鐵路建城河特大橋位于廣東云浮市郁南縣都城鎮境內，西江南側，該區域地形起伏較大，多以兩山夾一谷，或山體連綿起伏地形為主。建城河特大橋自西北向東南斜跨改建后的建城河后緊貼陡峭山坡前行，在山坡中部設置兩孔24 m預應力混凝土簡支箱梁后設置橋臺，臺尾處鐵路路肩至山坡坡腳高差約18 m。鐵路線受隧道進口控制，路橋分界處，橋臺設計及臺尾路基設計條件均較差。

2 工程地質條件

橋址區主要為第四系沖洪積及殘坡積層、白堊系中統含礫砂巖、石英砂巖及泥質砂巖，橋梁路基分界里程附近巖層由上至下分述如下：

全風化泥質粉砂巖，紫紅色，原巖結構已破壞，巖芯多呈土狀，揭露厚度0.4～16.5 m，層頂高程4.3～36.5 m。該層在橋址區分布于IDK282+610～IDK283+130，呈層狀產出。

強風化泥質粉砂巖，紫紅色，砂狀結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖芯多呈碎塊狀，揭露厚度9.5～30.8 m，層頂高程-11.6～33.8 m。該層在橋址區分布于IDK283+610～IDK283+130，呈層狀產出。

弱風化泥質粉砂巖，紫紅色，砂狀結構，層狀構造，節理裂隙較發育，巖芯多呈柱狀，層頂高程-26.1～-20.4 m。該層在橋址區分布于IDK282+610～IDK283+130，呈層狀產出。

地質縱斷面見圖1，地質橫斷面見圖2。

圖1 地質縱斷面(單位：m)

圖2 地質橫斷面(單位：m)

3 橋梁路基方案比選

建城河特大橋采用預應力混凝土連續梁跨越建城河后，向靠近山坡方向山坡外緣地帶走行，采用2-24 m預應力混凝土簡支箱梁過渡后，線路中心處填土高度降至3.7 m，符合設置橋臺的要求，暫設臺長為7.2 m的雙線矩形空心橋臺，臺尾里程為IDK283+108.67。臺后IDK283+108.67～IDK283+130里程段落橫向邊坡較陡峭，山坡坡腳即為河道，路基設計有一定困難，遂將IDK283+108.67～IDK283+130里程段落進行路橋比較，以確定最優設計方案。

3.1 按路基設計

若按路基設計，IDK283+108.67～IDK283+130段落路基為半填半挖形式，因橫向邊坡較陡峭，且山坡坡腳即為建城河河道，需進行路堤填筑收坡處理。經過對該段地形進行研究，設置重力式擋墻或衡重式擋墻均有一定困難，且路基沉降較難控制，因而考慮適應地形能力更強的樁基擋墻。設置樁基擋墻的缺點是對地形改變比較大。

3.2 按橋梁設計

若按橋梁設計，首先考慮增加梁橋孔數，因橫向坡度較大，且該段大部分范圍為挖方段。為滿足橋梁檢修要求，預留梁下檢修空間后，靠山坡側需進行較大規模刷坡，基坑開挖深度較大，施工過程對邊坡地形改變較大，后續邊坡防護工程量也較大，經濟性較差。優點是對地形的適應性強，各種地形均能實施。

按橋梁設計，除延孔的方案外，本次著重推薦另一種橋梁結構方案：即在普通橋臺臺后增加一個特殊橋臺的方案，簡稱橋臺臺后加臺方案。加臺的設計采用道砟槽板下直接設樁基承臺的形式，這種無臺身的設計大大降低了基坑開挖量，加臺的長度可以根據需要調整，即加臺長度延伸至路基便于設置普通擋土墻的位置。因山勢較陡峭，且施工面位于半坡中，若采用鉆孔樁施工有困難，在地質條件允許的情況下可采用挖孔樁施工。臺后加臺的設計較延孔方案造價大大降低，且很好地銜接了路基的處理。同時，橋臺加臺設計方案能適應不同的地形條件，適應能力強，同時造價較采用路基樁基擋墻方案低。

將上述方案進行匯總比較，見表1。

表1 路橋對比比較

本工程受地形條件限制，路橋比較段IDK283+108.67～IDK283+124.90里程范圍，設置普通擋墻較困難，因此該段落采用臺后加臺設計方案，加臺臺尾里程設置至IDK283+124.90，IDK283+124.9～IDK283+130段落采用普通擋墻處理即可。

4 特殊橋臺設計

臺后加臺作為一種特殊設計的橋臺，是獨立受力的結構，由臺頂道砟槽板、承臺以及樁基構成。無臺身的設計大大降低了圬工量，且具有更強的承受上部水平力的能力。臺頂道砟槽板尺寸及受力均同普通橋臺，道砟槽板同承臺應該有較強的連接，道砟槽板豎向鋼筋應該在承臺內有一定錨固長度，故承臺鋼筋綁扎時應預埋道砟槽板豎向伸入承臺的鋼筋。

樁基設計重點考慮側向土壓力的影響，由于橫向邊坡坡率較大，加上承臺或樁基一側可能裸露，使樁基承受更大的橫向力，樁頂剪力達到最大。為抗剪要求，一般選擇樁徑較大的樁，樁徑一般不小于1.2 m。樁基受力分析中，考慮承臺側向土壓力，樁身外側至山坡地面線水平凈距小于3 m者，樁身按自由長度考慮，并考慮樁身側向土壓力。主動土壓力公式

土壓力的著力點至計算土層底面的距離為

主動土壓力系數為

λ=

土壓力計算見《鐵路橋涵設計基本規范》附錄A主動土壓力計算。

加臺樁基與普通橋臺樁基樁間凈距滿足《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》的要求，加臺與普通橋臺之間縫隙采用瀝青木板填塞。

因普通橋臺錐體已經不需要考慮擋土的作用，故取消普通橋臺錐體防護，但為保證普通橋臺樁基結構安全，需根據實際地形情況進行承臺頂回填土并鋪砌表面，避免因邊坡較陡，流水沖刷承臺頂土體，造成水土流失，影響樁基結構安全。

廣州側橋臺和臺后加臺立面見圖3。

圖3 廣州側橋臺及加臺基礎橫向布置(單位：m)

5 結論

陡坡地段橋梁設計，需要結合陡坡段實際地形，地質條件，及線路平縱斷與邊坡的相對位置關系，綜合分析比較路基、橋梁的設計方案，確定相對安全可靠，又節省造價，且易于施工的方案。經綜合比較，選擇橋臺臺后加臺設計方案，加臺的長度可根據地形的要求設定，當長度較大時可分開設置，即設置多個加臺，故臺后加臺對不同地形的適應能力較強，并且造價相對較低，對邊坡地形的改變也不大，同時也方便施工。因此，橋臺臺后加臺設計方案是鐵路通過較難處理陡坡地段的較優選擇。

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DesignonRailwayBridgeThroughSteepSlopeArea

CHEN Lin

2013-12-05

陳 林(1980—)，男，2004年畢業于西南交通大學土木工程專業，工學學士，工程師，E-mail:85395729@qq.com。

1672-7479(2014)01-0090-04

U442.5

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