既有線下新建大跨斜交框架時線路加固方案探討

陳官峰

(內蒙古鐵道勘察設計院有限公司，內蒙古呼和浩特 010000)

1 工程概況

本工程位于內蒙古自治區(qū)包頭市內，哈屯高勒大街東延段道路下穿既有包環(huán)鐵路K2+642處，既有線位于區(qū)間、單線，R=1 500 m曲線上，縱坡 i=1.1‰上坡，P50有縫鋼軌、混凝土枕(1 760根/km)，軌底高程1 020.51 m，路基填方3.0 m，地質分別為素填土、中砂［σ］=150 kPa、礫砂［σ］=350 kPa、淤泥質土［σ］=80 kPa、粉土［σ］=150 kPa、細角礫土［σ］=400 kPa。規(guī)劃下穿鐵路立交采用四孔(6.0 m+12.0 m+12.0 m+6.0 m)鋼筋混凝土框架，兩邊孔為分離式，中間兩孔為連體式，結構高7.5 m，垂直線路方向寬度為7.5 m(不含懸臂)，框架軸線與既有線夾角為51°。

2 存在的主要問題

中間兩孔是連體結構，斜交角度大，采用常規(guī)的D型便梁無法加固線路，而且附近受征地拆遷的影響，暫時無設工作坑的位置，而城市區(qū)域修建便線也是不可取的，常規(guī)做法只能采用橫抬縱挑梁法。本工程位于曲線地段，斜交角度大，結構高度7.5 m，再考慮基底換填處理，土方開挖深度達到8.8 m，框架基底有一半落在淤泥質土層上，基底承載力不足。若采用橫抬縱挑梁法會存在一些問題:

1)線路中心與框架頂進最前端水平距離達到14.5 m，這樣使工字鋼橫梁的跨度太大，必然需要在線路外側再平行增加一排混凝土臨時支墩來減小橫抬梁的跨度，這樣箱體頂進過程中碰到支墩時需要停止頂進直到把臨時支墩全部拆除后才可繼續(xù)前行，在此期間可能會引起路基邊坡不穩(wěn)定而影響行車安全。

2)本箱體的結構較高，與鐵路的交角很小，部分基底位于軟弱土層，從以往的工程實例中得到的經(jīng)驗是邊頂進邊換填處理基底比較困難，不易保證質量，而且頂進方向不易控制、頂進后容易出現(xiàn)栽頭、平面偏差太大等缺陷。

3)頂進工程需要做的準備工作較多，如工作坑、后背樁、滑板等，使用的人工、機械、材料多，工期較長。

由于上述因素，結合現(xiàn)場的工程地質等條件經(jīng)過多方案研討、比較，最后采取就地現(xiàn)澆方案。將線路加固后直接掏空路基施工。能有效地解決以上提到的安全、質量問題，同時也縮短了工期、節(jié)省了費用。本方案將“321”貝雷梁組合成的鋼桁梁作為縱梁，利用鉆孔樁做縱梁的支撐樁(墩)，Ⅰ56a型鋼作為橫抬梁，再配合3-7-3扣43 kg/m鋼軌吊軌梁，最終加固后將線路全部架空，如圖1～圖3所示。

3 線路加固原理

1)設計條件。荷載采用鐵路中—活載，設計速度按25 km/h考慮，主力及附加力均按照鐵路橋涵設計相關規(guī)范要求取值，按最不利組合情況進行計算。

2)縱梁布置。平行既有線兩側主梁采用“321”貝雷梁進行組合，每單片貝雷梁的外輪廓尺寸為3 000 mm(長)×1 500 mm(高)×176 mm(寬)，每側采用3個單片梁組成一組縱梁，每跨3節(jié)總長度9.0 m，一共10跨，縱梁組合后成為等跨度的9.0 m鋼連續(xù)梁。經(jīng)過檢算縱梁的跨中撓度控制在1/600之內，滿足強度、剛度、穩(wěn)定性要求。

3)橫抬梁及吊軌梁。橫抬梁采用Ⅰ56a工字鋼，計算跨度11.0 m，按簡支模型計算，結合既有線軌道情況，工字鋼每排距離0.65 m，工字鋼橫抬梁與每節(jié)貝雷縱梁間采用φ25 mm的U形螺栓固結，經(jīng)過檢算橫梁撓度也控制在1/600之內。其次在橫抬梁上面再鋪設一組3-7-3扣43 kg/m鋼軌吊軌梁，以加強軌道部分的整體剛度，同樣兼作明橋面。

4)樁基礎支撐樁(墩)。兩片連續(xù)縱梁下共設置直徑1.25 m、長度21 m的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁22根，每根樁之間相互獨立無連接，樁身一次成型，在每根樁頂設置厚度1.0 m、平面為1.45 m×1.45 m的鋼筋混凝土頂帽，樁基礎的鋼筋伸入頂帽內不小于0.5 m，頂帽內配置鋼筋網(wǎng)片，同時頂帽預埋φ25 mm的錨固鋼筋8根最后與縱梁焊接牢固。因為隨著線路下基坑的逐步開挖，樁基礎部分會裸露出來成為懸臂獨立單樁，所以計算時按照入土15.5 m、懸臂5.5 m的彈性高樁計算，地基比例系數(shù)m=m0為12 000 kN/m4，按照縱、橫兩個方向對主力及附加力進行組合取其最不利值進行計算，依次計算出轉角、樁頂位移、土體抗力、豎向承載力，按照計算的包絡圖配筋。另外由于支撐樁外露懸臂段較長，屬于柔性墩性質，所以樁頂?shù)奈灰茟搰栏窨刂品乐钩蕖Ｒ?guī)范規(guī)定樁頂位移應滿足δ≤5mm，最終本樁頂?shù)娜菰S位移值［δ］=5=2.45 cm，實際計算結果滿足規(guī)范要求。

圖1 線路加固立面圖（單位：cm）

圖2 線路加固立面圖（單位：cm）

圖3 線路加固側面圖（單位：cm）

4 線路加固施工步驟

1)抽換枕木、鋪設吊軌梁。按照鐵路部門要求采取必要的線路防護，在相關鐵路站段人員的配合下，利用慢行及列車運行間隔時間，將既有線混凝土枕抽換成普通的250 cm×16 cm×20 cm木枕，施工時嚴格按照工務作業(yè)規(guī)程進行。吊軌梁采用一組3-7-3扣43 kg/m鋼軌，鋼軌接頭錯開1.2 m以上，吊軌與木枕間用φ25 mm的U形螺栓聯(lián)結。2)支撐樁及縱梁。支撐樁為鉆孔灌注樁，按照規(guī)范要求獨立成樁，嚴格保證施工質量，驗收合格后方可使用。單層貝雷梁可以拼裝好運入工地，貝雷梁采用100 mm×100 mm×6 mm的角鋼與帽頂預埋的錨固鋼筋連接，保證兩者成固結狀態(tài)，其次在頂帽頂外側加設2根同樣的角鋼斜撐對縱梁起橫向限位作用，支座用10 mm厚的鋼板結合硬雜木代替。3)穿入橫抬梁完成加固。先將工字鋼預定位置處的道碴撥除，采用機械吊裝、人工配合穿入12 m長的Ⅰ56a型鋼梁，就位后將工字鋼的兩端再用φ25 mm U形螺栓固結在貝雷梁的上面組成一個整體。如吊軌梁與橫抬梁不密貼，可在中間加墊板使之密貼。經(jīng)過3 d～5 d慢行確認加固系統(tǒng)無問題后便可按照先邊孔后中孔的順序就地澆筑框架橋。

5 結語

單線區(qū)間框架橋的橫向寬度不超過7.5 m，橫抬梁跨度不超過11.0 m，地質條件較好，頂進施工場地受限，線路允許限速25 km/h時，可以將此方案推廣實施。采用此方案與頂進法相比省去了工作坑、后背等內容，可有效降低工程費用;同時由于利用現(xiàn)成的拼裝梁，工期也能縮短;就地現(xiàn)澆避免了頂進法若遇軟弱地基時可能導致的栽頭現(xiàn)象，或者頂進斜交角度大引起的平面偏差超限的問題;不足的地方是橫抬梁的就位及安拆不太方便。

總之，在具備條件的既有線下新建框架橋時，采用上述方案能有效保證既有線的安全，同時也可以取得較明顯的經(jīng)濟效益。

［1］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］.

［2］TB 10002.5-2005，鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范［S］.

［3］TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范［S］.