龍煙鐵路下穿藍煙特大橋橋墩防護方案研究

司劍鋒 龔愛軍

(1.山東鐵路投資控股集團有限公司，山東 濟南 250102； 2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南院，山東 濟南 250026)

1 概述

龍煙鐵路是山東省四橫四縱鐵路網德龍煙通道的重要組成部分,與大萊龍鐵路、德大鐵路、石德鐵路、石太鐵路共同構成西煤東運的煤炭運輸通道。龍煙鐵路西起大萊龍鐵路的龍口西站,經龍口市、蓬萊市、煙臺市經濟開發區、福山區、芝罘區,進入煙臺地區后,客貨分線,客線貫通珠璣站至煙臺站,貨線經福山聯絡線下穿藍煙復線特大橋引至福山站[1,2]。福山聯絡線下穿藍煙復線特大橋平面示意圖如圖1所示。

2 藍煙復線特大橋概況

藍煙線為國鐵Ⅰ級雙線電氣化鐵路，設計最高時速100 km/h。福山聯絡線在GHDK112+610處以下穿方式穿越36號橋墩與37號墩之間孔跨，兩線交角47°，橋下凈高9.0 m。該處藍煙復線特大橋上部結構為跨度20 m的簡支T梁，36號橋墩與37號墩均采用擴大基礎，擴大基礎分三層布置,如圖2所示。

穿越區域自上而下各層巖土依次為：

④全風化片巖(Pt1FJ):褐黃色，巖芯呈砂土狀，層深18.30 m。基本承載力250 kPa，摩阻力為70 kPa。

⑤強風化片巖(Pt1FJ):褐黃色，巖芯呈碎塊狀，層深14.60 m。基本承載力為400 kPa，摩阻力為120 kPa。

3 福山聯絡線對藍煙復線特大橋橋墩穩定性影響分析

福山聯絡線以路基形式下穿藍煙復線特大橋，該處為聯絡線縱斷面標高控制點，路基填高2.1 m，路基面寬8.2 m。藍煙復線特大橋37號墩對應的福山聯絡線橫斷面為GHDK112+597.813，擴大基礎右側侵入聯絡線路基面范圍達2.22 m，侵入鐵路路基范圍內達5.2 m;36號橋墩對應的聯絡線橫斷面為GHDK112+613.9，擴大基礎左側侵入路基面范圍達2.23 m，侵入鐵路路基范圍內達4.01 m。

由于聯絡線路基對藍煙復線跨特大橋36號橋墩與37號墩擴 大基礎局部占壓，造成兩個橋墩擴大基礎荷載不對稱，受力不均勻，形成偏壓，影響橋墩穩定，進而影響整個橋梁的穩定和運營安全。因此，路基跨越兩個橋墩擴大基礎時，采取必要的加固防護措施，避免聯絡線荷載擠壓既有橋墩，是非常必要的。

4 方案選擇

4.1 方案設計

福山聯絡線下穿藍煙線復線特大橋處與煙大輪渡鐵路并行，在GHDK112+607.134處煙大輪渡鐵路有一燃氣管道防護涵，受客觀條件限制，該管道不能改移。考慮管道檢查、維修等因素，防護涵必須進行接長設計，如圖3所示。目前下穿鐵路橋梁的道路一般采用混凝土樁板結構或混凝土簡支板涵(橋)結構，因此本工程就以樁板結構和簡支蓋板涵兩種方案進行研究。

方案一：樁板結構方案。

樁板結構路基是一種新型路基形式，由鋼筋混凝土樁基、路基填土、地基土與鋼筋混凝土承載板組成，屬于多重超靜定結構[3]。充分利用樁—土、板—土之間的共同作用來滿足鐵路軌道結構對路基剛度、強度與沉降變形要求[4]。樁板結構的工作機理是，通過承載板將上部荷載傳至樁體，樁體把荷載擴散到樁間土、下臥層或樁基底巖層，從而達到控制路基沉降、變形的目的。

平面設計：福山聯絡線在藍煙復線特大橋36號橋墩～37號橋墩之間采用混凝土樁板結構下穿36號橋墩及37號橋墩擴大基礎，對鐵路荷載進行卸載，避免橋墩擴大基礎承受偏壓；受接長防護涵限制，樁板結構分兩幅進行設計，分別為一號板、二號板，兩塊板邊緣與GHDK112+607.134防護涵順接，減少剛度不均。樁板結構平面布置圖見圖4。

下穿藍煙復線特大橋處為聯絡線標高控制點，聯絡線軌頂至藍煙線復線特大橋梁底凈高不小于6.22 m，滿足電力牽引區段的跨線橋在困難條件下的最小高度6.20 m要求[5]。

混凝土樁板結構布置和結構設計：一號板下設置C40鉆孔灌注樁6根，二號板下設置C40鉆孔灌注樁4根，樁基直徑1.0 m，樁長30 m，樁頂設置C40鋼筋混凝土板，板厚1.0 m，板頂無路基填土，樁頂嵌入板內0.1 m，如圖5所示。

方案二：簡支蓋板涵方案。

平面設計：福山聯絡線采用蓋板涵下穿藍煙復線特大橋，對聯絡線荷載進行卸載，避免36號橋墩及37號橋墩擴大基礎承受偏壓；同時受接長防護涵限制，需設兩個涵洞進行卸載，分別為GHDK112+597.73 1-6 m蓋板涵、GHDK112+616.29 1-7 m蓋板涵，兩個蓋板涵與福山聯絡線夾角分別為900,600。GHDK112+616.29蓋板涵在標高上與GHDK112+607.134防護涵順接，GHDK112+597.73蓋板涵與GHDK112+607.134防護涵之間填筑A組填料，按路基與橫向結構物過渡段進行設計[6]，如圖6所示。

蓋板涵結構布置和結構設計：蓋板涵由蓋板、蓋梁、鋼筋混凝土樁構成。GHDK112+597.73蓋板涵設置C40鉆孔灌注樁6根，每個蓋梁下設置C40鉆孔灌注樁3根，蓋梁上設簡支蓋板，蓋板由長6.5 m，寬1.0 m，厚0.6 m的小板拼接而成。GHDK112+616.29蓋板涵設置C40鉆孔灌注樁8根 ，每個蓋梁下設置C40鉆孔灌注樁4根，蓋梁、蓋板設計與GHDK112+597.73蓋板涵結構形式相同，見圖7。

4.2 方案比選

經濟比較：方案一樁板結構，鉆孔灌注樁直接與鋼筋混凝土板連接，綜合造價約118萬元；方案二蓋板涵結構，鉆孔灌注樁接蓋梁，蓋梁頂搭設鋼筋混凝土蓋板，綜合造價約121萬元。樁板結構較蓋板涵結構綜合造價低3萬元，兩個方案造價相差不大。

技術比較：方案一樁板結構，優點是可充分利用樁—土、板—土之間的共同作用滿足結構受力要求，整體性好；實現了防護涵洞與樁板結構的無縫銜接，避免短路基形成的軟硬不均；樁基與鋼筋混凝土板剛性固接減少了運營期間的大量養護維修。缺點是受到既有梁橋基礎影響，樁板結構中樁基布置不對稱、不均勻，力學計算難度稍大[7]；施工時只能采用現澆施工，工期稍長。

方案二蓋板涵結構，優點是結構受力簡單；蓋板可以提前預制，工期相對較短。缺點是多塊簡支板拼接，整體性較差；防護涵和蓋板涵之間存在短路基，不能實現與防護蓋板涵的無縫銜接，易產生沉降不均問題；簡支蓋板涵板與板之間、板與蓋梁之間搭接較多，后期養護維修工作量較大。

4.3 方案比選結果

樁板結構方案可實現與防護涵的無縫銜接，能夠有效避免短路基形成的軟硬不均和沉降不均，后期運營養護維修工作量小，且投資也低于簡支蓋板涵方案，經綜合比較分析，采用方案一樁板結構防護既有橋墩基礎更為合理。

5 結語

龍煙鐵路通車以來，經過近三年的運營檢測，福山聯絡線下穿處樁板結構整體性及軌道平順性較好，既有藍煙復線特大橋橋墩位移變形、沉降等均未見明顯變化，表明采用樁板結構對既有橋墩的防護是成功的，同時也表明，狹小空間下采用樁板結構對既有橋墩的防護也是一種好的方法。