箱涵顶进线路加固中便梁支点(桩基)优化设计

毛坤海，龚宏华

(南昌铁路局南昌工务段，南昌 330002)

箱涵顶进线路加固中便梁支点(桩基)优化设计

毛坤海，龚宏华

(南昌铁路局南昌工务段，南昌 330002)

在铁路既有线框架桥顶进施工中，对高大框架桥的顶进，线路加固显得尤其重要，而线路加固中的支点设置是关键问题之一。本文讨论D24 m便梁加固线路时，便梁支点(桩基)的优化设计，既对桩基进行了稳定性检算;并且在框架桥顶进施工过程中对桩基进行监测，监测结果与理论计算的桩基变形量能够较好的吻合。对今后线路加固采用D型便梁的情况下，设置便梁支点有一定的借鉴作用。

线路加固 便梁支点 桩基 顶进框架桥

在运营线下顶进框架桥时，需要对线路进行加固。对于高大框架桥的顶进施工，线路加固方案一般采用横抬纵挑、施工便梁、桥式盾构等方法。横抬纵挑法限速太低，对行车干扰大;施工便梁操作简单，但受线间距和跨度的限制;桥式盾构适合于大跨度、多股道顶进框架桥，但是对地基承载力要求很高，并且施工成本远远大于前面两种方法。本文结合峰福线K251+ 769.12顶进框架桥工程，讨论在D24 m便梁可以满足跨度及线间距的的情况下，便梁支点(桩基)的优化设计。

1 工程简介

本工程位于南平南站，中心里程为峰福线K251+ 769.12，建设规模为1孔14.0 m×12.5 m的框架桥。结构尺寸:顶板厚0.9 m，底板厚1.2 m，边墙厚1.2 m，框架外至外宽16.4 m，总高14.6 m(图1)，长24.5 m，分两节预制，前一节长14.0 m，后一节长10.5 m。采用D24 m便梁加固线路，中继间法顶进施工，顶程32.08 m。与峰福线斜交88.4°。

地质情况:地层分布较单一，表层为黏砂土，底层为风化云母片岩。框架桥基底置于云母石英片岩(全风化)层上，基底土层容许承载力［σ］=290 kPa;地下水位在框架桥底板以下1.1 m。框顶至轨底的高度约0.75 m。

工程数量:混凝土4 713.5 m3，钢筋506.5 t，挖土方25 512 m3，顶进挖土11 000 m3。

图1 框架桥结构尺寸(单位:m)

2 线路加固方案及D24 m便梁支点(桩基)优化设计

2.1 线路加固方案

由于框架桥高度达到14.6 m，仅1孔D24 m便梁加固线路无法满足线路稳定性要求，需在D24 m便梁两端分别增加1孔D16 m便梁加固线路，即采用D16 m+D24 m+D16 m便梁加固线路的方式(如图2)。由于峰福线与外南线最小线间距为11 m，可以满足铁路限界要求，故D24 m便梁、D16 m便梁均采用高位安装(如图3(a)所示)。

2.2 便梁支点(桩基)设计方案

初步设计方案采用钻孔桩做便梁支点，桩径2.0 m，桩长32 m，承台长25 m，宽2.6 m，厚2.4 m。由于靠既有线较近，并且还有电气化接触网，钻机施工操作比较困难，并且工期较长。

通过现场调查及专家意见，对便梁支点的设置进行优化:D24 m便梁支点采用人工挖孔桩，D16 m便梁支点采用混凝土支墩。人工挖孔桩桩径φ1.5 m，桩长20 m，坎入框架底板下7.0 m。每端便梁支点由4根挖孔桩组成，桩顶由工字型承台把孔桩连成整体(如图2、图3所示)。

优化后方案的优点:①通过人工挖孔桩可以避免钻机的操作困难，并且可以缩短工期;②桩基的结构尺寸也进行了优化，D24 m便梁支点原来设置为6根桩基，现在改为16根桩基，桩基整体稳定性要优于原设计方案。缺点:①人工挖孔桩在遇到全风化岩时，需要用风镐打，进度较慢;②遇到地下水时，需要边抽水边挖孔，给施工带来不便。

图2 便梁支点设置(优化后)平面(单位:m)

图3 (优化后)线路加固剖面(单位:m)

3 D24 m便梁桩基稳定性检算

3.1 计算模型

对于不同的顶进施工工艺，计算模型的建立，也会有较大的变化，进而直接会影响到桩基的结构尺寸。

1)初步设计中考虑框架桥是在线路下面的土全部开挖完后，再进行顶进。这样，框架桥底板以上部分的桩基将全部暴露，并且暴露的时间比较长;而桩基按深基坑的支护桩进行计算，这样计算出来的结果是很偏离实际的。

2)优化设计考虑实际的框架桥顶进是边挖边顶，每一顶顶程约40 cm，所以实际上桩基的暴露时间是很短的，并且框架桥穿过桩基后，桩基的侧向土压力基本消失，并不会像深基坑支护桩一样承受巨大的水平土压力。所以桩基的结构尺寸得到很大的优化。

由于框架桥外边距离桩基边缘较近，仅1.68 m。考虑在框架桥顶进过程中，桩基周围的土会溜坍，考虑较为不利情况，假定桩基外露长度为9.6 m(如图4所示)。

图4 桩基受力计算图式(单位:m)

3.2 计算结果

采用理正结构软件进行计算。

1)桩竖向承载力验算

单桩极限承载力标准值=5 538.643 kN

单桩极限承载力设计值=3 356.753 kN

在中心荷载作用下，桩顶全反力=1 502.505 kN

承载力设计满足系数:2.23。

在偏心荷载作用下，单桩极限承载力设计值= 4 028.539 kN。

承台下桩的编号顺序为:始于承台左下角，先从左到右，后从下到上。

桩号1，桩顶全反力:1 438.764 kN，承载力设计满足系数:2.80。

桩号2，桩顶全反力:1 566.246 kN，承载力设计满足系数:2.57。

2)桩水平承载力验算:

单桩水平承载力设计值=727.302 kN，承载力设计满足系数:3.42。

计算所得的最大弯矩为:140.346 kN·m。

计算所得的最大弯矩位置为距承台底处2.615 m。然后据此进行桩基配筋(略)。

4 实际效果及施工注意事项

4.1 施工监测

1)框架桥顶进到位后，实际桩基外露长度仅3～4 m，并且桩基挡土起到很大作用，两侧的土基本呈直立状况，溜坍的很少。

2)理论计算时考虑桩基外露9 m，并且两侧的土方按1∶1的坡率溜坍，主要是实际的土质要比设计时预计的好。

3)桩基实际下沉量为1 mm(基本没动)，理论计算桩基下沉量为3.5 mm。主要是理论计算考虑到外露长度的不同，故计算值偏大。

4.2 桩基施工过程中注意事项

1)对铁路线架空后，按规定对列车运行限速，并做好慢行防护工作。

2)在施工便梁支点前，采用轨束梁对线路进行临时加固后，方可进行孔桩开挖。

3)开挖临时加固线路轨束梁支点时，须设置插筋木板支挡，确保支点处线路道砟不滑溜，不缺砟。

5 结论与建议

1)通过对便梁支点(桩基)进行优化设计，不仅使施工操作简单，而且确保了工期，降低了成本。

2)便梁支点的计算模型需要根据实际顶进工艺来确定，如果计算模型与实际不符，那么计算出来的结果将脱离实际，要么太保守，要么会失稳。

3)加强对便梁支点监控，出现异常及时采取措施，保证线路的平稳。

［1］冯生华，张孚珩.城市地道顶入法施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，1982.

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［5］李颖，刘艳飞.线路加固施工技术总结［J］.建厂科技交流，2007(5):23-25.

［6］王朵.在既有线下顶进框架桥的线路加固施工技术［J］.铁道建筑，2005(5):24-26.

U449.52

B

1003-1995(2011)02-0055-03

2010-10-14;

2010-10-25

毛坤海(1975—)，男，江西上饶人，工程师。

(责任审编 孟庆伶)