陡坡地段铁路桥梁设计

2014-07-25陈林

铁道勘察 2014年1期

关键词：陡坡桥台挡墙

陈林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

陡坡地段铁路桥梁设计

陈林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

结合陡坡地段桥梁设计实例，对走行于陡坡地段的铁路，进行桥梁、路基的技术经济比较，确定合理的桥梁路基设计分段，并提出适用于陡坡地段的特殊桥台设计。

陡坡路桥比选特殊桥台设计

1 工程概况

南广铁路为新建时速250 km客货共线双线铁路，最小曲线半径5 500 m。南广铁路建城河特大桥位于广东云浮市郁南县都城镇境内，西江南侧，该区域地形起伏较大，多以两山夹一谷，或山体连绵起伏地形为主。建城河特大桥自西北向东南斜跨改建后的建城河后紧贴陡峭山坡前行，在山坡中部设置两孔24 m预应力混凝土简支箱梁后设置桥台，台尾处铁路路肩至山坡坡脚高差约18 m。铁路线受隧道进口控制，路桥分界处，桥台设计及台尾路基设计条件均较差。

2 工程地质条件

桥址区主要为第四系冲洪积及残坡积层、白垩系中统含砾砂岩、石英砂岩及泥质砂岩，桥梁路基分界里程附近岩层由上至下分述如下：

全风化泥质粉砂岩，紫红色，原岩结构已破坏，岩芯多呈土状，揭露厚度0.4～16.5 m，层顶高程4.3～36.5 m。该层在桥址区分布于IDK282+610～IDK283+130，呈层状产出。

强风化泥质粉砂岩，紫红色，砂状结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状，揭露厚度9.5～30.8 m，层顶高程-11.6～33.8 m。该层在桥址区分布于IDK283+610～IDK283+130，呈层状产出。

弱风化泥质粉砂岩，紫红色，砂状结构，层状构造，节理裂隙较发育，岩芯多呈柱状，层顶高程-26.1～-20.4 m。该层在桥址区分布于IDK282+610～IDK283+130，呈层状产出。

地质纵断面见图1，地质横断面见图2。

图1 地质纵断面(单位：m)

图2 地质横断面(单位：m)

3 桥梁路基方案比选

建城河特大桥采用预应力混凝土连续梁跨越建城河后，向靠近山坡方向山坡外缘地带走行，采用2-24 m预应力混凝土简支箱梁过渡后，线路中心处填土高度降至3.7 m，符合设置桥台的要求，暂设台长为7.2 m的双线矩形空心桥台，台尾里程为IDK283+108.67。台后IDK283+108.67～IDK283+130里程段落横向边坡较陡峭，山坡坡脚即为河道，路基设计有一定困难，遂将IDK283+108.67～IDK283+130里程段落进行路桥比较，以确定最优设计方案。

3.1 按路基设计

若按路基设计，IDK283+108.67～IDK283+130段落路基为半填半挖形式，因横向边坡较陡峭，且山坡坡脚即为建城河河道，需进行路堤填筑收坡处理。经过对该段地形进行研究，设置重力式挡墙或衡重式挡墙均有一定困难，且路基沉降较难控制，因而考虑适应地形能力更强的桩基挡墙。设置桩基挡墙的缺点是对地形改变比较大。

3.2 按桥梁设计

若按桥梁设计，首先考虑增加梁桥孔数，因横向坡度较大，且该段大部分范围为挖方段。为满足桥梁检修要求，预留梁下检修空间后，靠山坡侧需进行较大规模刷坡，基坑开挖深度较大，施工过程对边坡地形改变较大，后续边坡防护工程量也较大，经济性较差。优点是对地形的适应性强，各种地形均能实施。

按桥梁设计，除延孔的方案外，本次着重推荐另一种桥梁结构方案：即在普通桥台台后增加一个特殊桥台的方案，简称桥台台后加台方案。加台的设计采用道砟槽板下直接设桩基承台的形式，这种无台身的设计大大降低了基坑开挖量，加台的长度可以根据需要调整，即加台长度延伸至路基便于设置普通挡土墙的位置。因山势较陡峭，且施工面位于半坡中，若采用钻孔桩施工有困难，在地质条件允许的情况下可采用挖孔桩施工。台后加台的设计较延孔方案造价大大降低，且很好地衔接了路基的处理。同时，桥台加台设计方案能适应不同的地形条件，适应能力强，同时造价较采用路基桩基挡墙方案低。

将上述方案进行汇总比较，见表1。

表1 路桥对比比较

本工程受地形条件限制，路桥比较段IDK283+108.67～IDK283+124.90里程范围，设置普通挡墙较困难，因此该段落采用台后加台设计方案，加台台尾里程设置至IDK283+124.90，IDK283+124.9～IDK283+130段落采用普通挡墙处理即可。

4 特殊桥台设计

台后加台作为一种特殊设计的桥台，是独立受力的结构，由台顶道砟槽板、承台以及桩基构成。无台身的设计大大降低了圬工量，且具有更强的承受上部水平力的能力。台顶道砟槽板尺寸及受力均同普通桥台，道砟槽板同承台应该有较强的连接，道砟槽板竖向钢筋应该在承台内有一定锚固长度，故承台钢筋绑扎时应预埋道砟槽板竖向伸入承台的钢筋。

桩基设计重点考虑侧向土压力的影响，由于横向边坡坡率较大，加上承台或桩基一侧可能裸露，使桩基承受更大的横向力，桩顶剪力达到最大。为抗剪要求，一般选择桩径较大的桩，桩径一般不小于1.2 m。桩基受力分析中，考虑承台侧向土压力，桩身外侧至山坡地面线水平净距小于3 m者，桩身按自由长度考虑，并考虑桩身侧向土压力。主动土压力公式

土压力的着力点至计算土层底面的距离为

主动土压力系数为

λ=

土压力计算见《铁路桥涵设计基本规范》附录A主动土压力计算。

加台桩基与普通桥台桩基桩间净距满足《铁路桥涵地基和基础设计规范》的要求，加台与普通桥台之间缝隙采用沥青木板填塞。

因普通桥台锥体已经不需要考虑挡土的作用，故取消普通桥台锥体防护，但为保证普通桥台桩基结构安全，需根据实际地形情况进行承台顶回填土并铺砌表面，避免因边坡较陡，流水冲刷承台顶土体，造成水土流失，影响桩基结构安全。

广州侧桥台和台后加台立面见图3。

图3 广州侧桥台及加台基础横向布置(单位：m)

5 结论

陡坡地段桥梁设计，需要结合陡坡段实际地形，地质条件，及线路平纵断与边坡的相对位置关系，综合分析比较路基、桥梁的设计方案，确定相对安全可靠，又节省造价，且易于施工的方案。经综合比较，选择桥台台后加台设计方案，加台的长度可根据地形的要求设定，当长度较大时可分开设置，即设置多个加台，故台后加台对不同地形的适应能力较强，并且造价相对较低，对边坡地形的改变也不大，同时也方便施工。因此，桥台台后加台设计方案是铁路通过较难处理陡坡地段的较优选择。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005铁路桥涵地基与基础规范[S].北京：中国铁道出版社，2005

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006

[4] 铁道部.铁路工程设计技术手册：桥梁墩台[M].北京：中国铁道出版社，2002

[5] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，2013

[6] 刘兰英.铁路桥梁桥址边坡稳定性分析与防护[J].铁道标准设计，2012(4)：70-73

[7] 田万俊.关于山区客运专线铁路桥梁的几点认识[J].铁道标准设计，2012(11)：61-64

[8] 穆藩蒲.山区铁路选线的研究[J].铁道建筑，1994(6)

[9] 秦云鹏.从宝成铁路宝略段水害看山区铁路桥梁的设计[J].铁道工程学报，1984(2)

[10] 龚先兵，杨明辉，等.山区高陡横坡段桥梁桩基承载机理模型试验[J].中国公路学报，2013(2)

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CHEN Lin