一種新型樁板組合結構

馬　春

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司橋梁處　武漢　430063)

一種新型樁板組合結構

馬春

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司橋梁處武漢430063)

摘要普通路基多采用常規樁板結構，一般由基礎、托梁和承載板組成。而在一些河堤區域，由于常規樁板結構整體結構高度較高，開挖量大，施工風險及施工難度均較大，對路基結構設計提出了更高的要求。文中運用工點實例，結合設計條件，通過方案比選，對樁板結構的設計和優化進行了說明。提出了一種新型組合結構，并給出了部分計算結果。

關鍵詞樁板結構組合設計

樁板結構是高速鐵路無砟軌道一種新的環保型路基結構形式，因其具有強度高、剛度大、穩定性和耐久性好，以及建筑成本適當、施工工藝簡單等特點，目前已在國內外多條高速鐵路路基以及普通鐵路不良地基處理中得到應用，并將作為一種有效控制基礎變形，尤其是工后沉降的地基處理方式而得到廣泛應用[1]。常規樁板結構多應用于路基段，為托梁加承載板的模式，包括基礎、鋼筋混凝土托梁、承載板。基礎位于穩定巖層內，鋼筋混凝土托梁沿路基本體橫向布設，承載板搭接在托梁頂部，承載板上部填筑路基。這種承載板整體結構高度較高，開挖量很大，因此在河(海)堤上，特別是在兩側均為水域時，施工風險及難度較大。另外，為了滿足防浪、防潮功能，需要在常規樁板結構上另建防浪擋潮墻，從而導致整體結構寬度加大，影響了路基的穩定性和整個工程的經濟性。

本文以廈門軌道交通一號線集杏海堤上樁板結構為例，介紹一種寬度小、開挖量少、經濟性高、滿足防浪防潮功能的用于堤上路基的槽型樁板組合結構。它由基礎、槽型梁底板和腹板構成，槽型梁的底板作為樁板結構的承載板，槽型梁的腹板兼做防浪擋潮墻。

1設計條件

1.1　主要技術指標

(1) 設計年限：100年。

(2) 工程區域潮汐屬正規半日潮。設計高水位6.14 m(高潮10%)，設計低水位0.72 m(低潮90%)。

(3) 抗震等級：按抗震烈度7度設防,設計基本地震加速度為0.15g。

(4) 鋼筋混凝土裂縫計算寬度最大限值0.15 mm。

(5) 相鄰跨間按5 mm的不均勻沉降量考慮。

1.2　計算荷載

(1) 結構自重：混凝土容重取γ=26.5 kN/m3。

(2) 二期恒載：99 kN/m。

(3) 基礎變位：相鄰跨間按5 mm的不均勻沉降量考慮。

(4) 列車豎向靜活載：橋梁承受的列車荷載為B型車，6輛編組。

(5) 溫度變化影響力：廈門地區多年平均氣溫20.8 ℃，月平均氣溫2月份最低，平均氣溫12.4 ℃；7月份最高，平均氣溫28.5 ℃。設計中采用的整體升降溫溫差按10 ℃。槽形梁底板平均溫溫差按5 ℃考慮。

(6) 波浪力：根據《海港水文規范》[2]計算防浪墻上的波浪力。

1.3　荷載組合

(1) 組合I：結構自重+收縮荷載+徐變荷載+活載+基礎不均勻沉降。

(2) 組合II：結構自重+收縮荷載+徐變荷載+活載+基礎不均勻沉降+升降溫+制動力。

(3) 組合III：結構自重+收縮荷載+徐變荷載+活載+橫向搖擺力+基礎不均勻沉降+升降溫+波浪力。

2結構設計

2.1　孔跨布置

本段范圍內224 m路基設計擬采用4聯3.25 m+3×16.5 m+3.25 m布置，樁基直接與底板固結，采用等寬橋面，截面為直腹板槽形，梁高在樁頂附近加高。槽形梁橋面凈寬7.6 m，梁底面全寬10 m，頂面全寬10.6 m。上翼緣板厚度0.3 m，寬1.5 m，跨中截面橋面板厚0.6 m，腹板厚0.5 m，槽形梁底板與樁基相交處設置150 cm×50 cm的梗脅過渡，梗脅范圍內底板厚度由60 cm漸變至110 cm，腹板厚度由50 cm漸變至70 cm。

2.2　計算模型

計算模型見圖1，共劃分為54個單元，55個節點。采用橋梁博士軟件計算。

圖1　橋梁博士計算模型(單位:cm)

圖2　樁基礎處截面

槽型樁板組合結構無基礎處截面見圖3。

圖3　無基礎處截面

常規樁板結構有基礎處截面見圖4。

圖4常規樁板結構有基礎處截面

2.3　主要計算結果

(1) 槽形梁結構按鋼筋混凝土構件設計，按工字形截面檢算上下緣配筋。翼緣板有效寬度按《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》[3]4.3.1、4.3.2條計算。

(2) 下緣配筋檢算。主力組合工況最大正彎矩為20 900 kN·m，主加附組合最大負彎矩為24 500 kN·m，發生在邊跨跨中，主力組合截面鋼筋最大拉應力109.88 MPa，混凝土壓應力5.74 MPa，裂縫寬度最大值0.124 mm；主加附組合截面鋼筋最大拉應力128.81 MPa，混凝土壓應力6.73 MPa，裂縫寬度最大值0.131 mm。

(3) 上緣配筋檢算。主力組合工況最大負彎矩為-33 600 kN·m，最大剪力6 770 kN；主加附組合最大負彎矩為-39 800 kN·m，最大剪力6 830 kN,發生在中墩墩頂處，主力組合截面鋼筋最大拉應力149.58 MPa，混凝土壓應力2.8 MPa，裂縫寬度最大值0.127 mm；主加附組合截面鋼筋最大拉應力177.18 MPa，混凝土壓應力3.32 MPa，裂縫寬度最大值0.136 mm。

(4) 剪應力最大值1.70 MPa。需配置抗剪箍筋及斜筋。每側腹板采用4肢Φ16 mm HRB400抗剪箍筋，腹板箍筋能承擔的剪應力為1.936 MPa>1.70 MPa。

(5) 梁端轉角。在列車靜活載作用下，懸臂端最大豎向位移0.365 mm

(6) 豎向撓度。在列車靜活載作用下，結構的豎向撓度最大值0.392 mm，小于L/2 000=8.25 mm。

(7) 線剛度。因樁基與槽型梁底板固結，各樁共同抵抗水平力，在制動力273 kN作用下，主梁水平向位移7.95 mm，則整聯橋線剛度為273/0.795=343.4 kN/cm>240 kN/cm。

(8) 樁基礎檢算。邊支點主力組合下樁頭力Pmax=3 399.4 kN，主加附組合下樁頭力Pmax=4 809.6 kN；中支點主力組合下樁頭力Pmax=6 111.4 kN，主加附組合下樁頭力Pmax=7 521 kN。樁徑選取1.25 m可滿足受力要求。

3樁板組合結構與常規結構方案工程量對比

槽形梁方案將原防浪墻作為結構的腹板，既能起到抵抗海浪侵襲、防風、減噪音、防止列車脫軌翻車等功能，又能提高了上部結構的豎向剛度，減小上部結構的埋入深度及開挖量，槽型樁板組合結構與常規樁板結構方案工程數量對比見表1。

表1　路基范圍(224 m)內常規樁板結構與槽型樁板組合結構的主要工程數量對比

由上表1可見，采用槽型樁板組合結構，和常規樁板結構相比，基坑開挖和回填的數量減少了約50%，混凝土和鋼筋數量也分別減少了26%和10%，在保證結構安全的前提下，有效地降低了工程總造價。

4結語

文中所述的槽型樁板組合結構，槽型梁的底板作為樁板結構的承載板，槽型梁的腹板兼做樁板結構的防浪(防撞)墻。樁板結構與槽型梁全新組合，大幅地降低了結構高度，為線路(路線)縱斷面設計優化提供了條件；以槽型梁腹板作為防浪(防撞)墻，與常規梁相比，槽型梁腹板既能起到抵抗海浪侵襲、防風、防撞、減噪音、防止列車脫軌(車輛翻車)等功能，又能提高上部結構的豎向剛度；克服了常規樁板結構埋入深度大及開挖量大的問題，大幅降低了施工難度及風險，并且兼顧了防浪、防潮和防撞的功能；對結構高度敏感并且兼顧防浪、防潮功能的樁板結構具有參考和借鑒意義。

參考文獻

[1]王峰.高速鐵路無砟軌道樁板結構路基理論與實踐[M].北京：中國鐵道出版社,2012.

[2]JTS 145-2-2013海港水文規范[S].北京：人民交通出版社,2001.

[3]TB10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

A New Type of Pile Plate Composite Structure

MaChun

(China Railway Siyuan Survey and Design Group, Wuhan 430063, China)

Abstract：The ordinary roadbed mostly uses conventional pile board structure, which generally consists of base, beam and bearing plate. But in some river bank area, because conventional pile plate structure overall structure height is higher, excavated volume is big, construction risk and construction difficulty are larger, the roadbed structure design puts forward higher requirements. This paper uses examples of worksite, combining with the design conditions, through the plan comparison, the detailed description of the design and optimization of pile plate structure is carried out. A new type of composite structure is put forward, and some results are given, which are available for reference for similar worksite.

Key words:pile board structure; combination; design

收稿日期：2015-01-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.037