便梁支墩设计方案比选优化

陈卫东

(安徽上铁地方铁路开发有限公司，安徽合肥 230041)

1 工程概况

淮北市新东外环路(南段)下穿符夹线铁路立交桥工程，是淮北市外环道路的控制性工程。本立交桥位于符夹线K7+027.55处，为1座4×8.7 m分离式框架结构，结构净高6.0 m，斜宽度58.84 m，斜长 13.62 m，立交桥轴线与铁路法线交角为 44.59°。箱体两端均设一段U形槽，与主体同时预制，同时顶进，U形槽最小长度为3 m，最长侧达13.62 m。

该工程的地质条件为(从路基顶面起算):第一层约4.5 m厚的填土;第二层约2.2 m厚的粉质粘土，承载力σ=180 kPa;第三层约4 m厚的粉质粘土，承载力σ=350 kPa;以下是粉砂，承载力σ=120 kPa，该层为本下穿顶进时支墩的持力层。

2 设计顶进时便梁支墩方案

箱体在线外预制，在便梁加固线路前先进行线路应力放散，而后采用临时支墩，架设D16便梁，进行旋喷桩和钢筋混凝土支墩的施工。线下支墩宽度3.0 m、深2.5 m、长6.0 m，支墩下设旋喷桩，桩径0.6 m，深度10 m，间距0.5 m布置。便梁支墩剖面图及高压旋喷桩布置图见图1。

图1 便梁支墩剖面图及高压旋喷桩布置图

支墩完成后，线上架设D24便梁进行线路加固，进行1号箱体的顶进作业。2号箱体顶进时，D24便梁一端架设在旋喷桩钢筋混凝土支墩上，一端架设在1号箱体的箱顶的垫木上。架设便梁前，在1号箱体内，便梁支墩位置，设置钢支撑，对1号箱体进行加强。依次类推，逐孔顶进。各孔顶进到位后，线路恢复至原有线路状态，并更换桥枕，安装护轨，完成桥面及其附属工程。

3 优化后顶进便梁支墩方案

因考虑施工对铁路运输的影响以及减少施工对营业线安全因素，采用人工挖孔桩和钢筋混凝土支墩，施工方法同高压旋喷桩。线下支墩宽度1.5 m、深1.5 m、长6.6 m，支墩下挖孔桩，桩径1.5 m，深度10 m，每个支墩下按照2根布置。便梁支墩剖面图及挖孔桩布置图见图2。

图2 便梁支墩剖面图及挖孔桩布置图

支墩完成后，线上架设D24便梁进行线路加固方案同设计方案。

根据有关资料，结合以前便梁支墩结构的使用情况，由于顶进时采用的是切土顶进，所以只需要对地基承载力验算即可。选用梁上及支墩后均布满活载的最不利位置进行检算:按照连续整备机车计算，整备重量138 t，轴距15.6 m，取均布荷载8.85 t/m;查D型便梁使用说明书得，D24便梁重48.91 t;单桩自重17.67 t;每个支墩重14.8 t;线路、轨枕总重14.88 t。综上，单根桩垂直力P=8.85 ×24/4+48.91/4+17.67+14.8/2+14.88/4=940.2 kN。

4 方案比选

4.1 经济情况比选

根据TB 10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范4.3.5条，列车的竖向荷载等于列车竖向静活载乘以动力系数(1+μ)，1+μ=1+28/(40+L)=1+28/(40+24.12)=1.44，取 P=940.2 × 1.44=1 353.89 kN。挖孔桩单桩轴向受压容许承载力计算:［P］=U∑liτi/2+ λm0A{［σ0］+K2γ2(h － 3)}=4.71 × 60 × (2.2+4+0.8)/2+0.65 × 1 × 1.77{120+2.0 × 19.4 × (10 － 3)}=1 439.64 kN，［P］＞ P 。

综上，此方案施工能满足要求，可以进行实施。

根据方案，计算方案中每个支墩工程数量、造价比较见表1。

表1 计算方案中每个支墩工程数量、造价比较表

以上工作量，通过指标计算得出:设计方案造价为:75 309元;优化方案造价为:34 498元。通过造价比较，优化后的挖孔桩支墩是可行的。

4.2 影响线路情况及其他比选

设计方案中工序如下:架设D16便梁→挖空线路下路基→旋喷桩施工→等待旋喷桩达到要求强度→清理基底→绑扎钢筋、支立模板→浇筑支墩混凝土→等待支墩混凝土达到要求强度→回填→拆除便梁。此施工过程中，线路一直处于便梁上的悬空状态，具有较多不安全因素。

优化方案中工序如下:架设D16便梁→人工挖孔桩施工→孔内绑扎钢筋、浇筑混凝土→等待挖孔桩混凝土达到要求强度→挖空线路下路基→清理基底→绑扎钢筋、支立模板→浇筑支墩混凝土→等待支墩混凝土达到要求强度→回填→拆除便梁。

显然，优化后的方案减少了过程中营业线存在的不安全因素，优化后的方案更加可行。此外，设计方案在进行2号箱、3号箱、4号箱顶进时，要拆除临时旋喷桩支墩，不论支墩是否完全拆除，都会使箱体产生不均匀沉降，且耗时巨大。优化后的方案，挖孔桩的面积较小，有利快速拆除，且不会产生箱体的不均匀沉降。

5 结语

淮北市新东外环路(南段)下穿符夹线铁路立交桥工程已按照挖孔桩便梁支墩安全顺利施工完成，在保证安全、质量等方面都能达到良好的效果，为以后同类型的下穿施工提供了良好的借鉴。虽然采用挖孔桩加固便梁支墩基础的施工方法有一定限制，但在高路基、路基承载力较差以及小角度下穿等风险性较高的地段，该方法是一种可行、有效的方法。

［1］中铁宝桥天元实业发展有限公司.D型施工便梁使用说明书［Z］.

［2］凌治平，易经武.基础工程［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［3］TB 10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范［S］.

［4］铁道部第三工程局.铁路工程施工技术手册(桥涵)［M］.北京:中国铁道出版社，1992.