既有线下新建大跨斜交框架时线路加固方案探讨

陈官峰

(内蒙古铁道勘察设计院有限公司，内蒙古呼和浩特 010000)

1 工程概况

本工程位于内蒙古自治区包头市内，哈屯高勒大街东延段道路下穿既有包环铁路K2+642处，既有线位于区间、单线，R=1 500 m曲线上，纵坡 i=1.1‰上坡，P50有缝钢轨、混凝土枕(1 760根/km)，轨底高程1 020.51 m，路基填方3.0 m，地质分别为素填土、中砂［σ］=150 kPa、砾砂［σ］=350 kPa、淤泥质土［σ］=80 kPa、粉土［σ］=150 kPa、细角砾土［σ］=400 kPa。规划下穿铁路立交采用四孔(6.0 m+12.0 m+12.0 m+6.0 m)钢筋混凝土框架，两边孔为分离式，中间两孔为连体式，结构高7.5 m，垂直线路方向宽度为7.5 m(不含悬臂)，框架轴线与既有线夹角为51°。

2 存在的主要问题

中间两孔是连体结构，斜交角度大，采用常规的D型便梁无法加固线路，而且附近受征地拆迁的影响，暂时无设工作坑的位置，而城市区域修建便线也是不可取的，常规做法只能采用横抬纵挑梁法。本工程位于曲线地段，斜交角度大，结构高度7.5 m，再考虑基底换填处理，土方开挖深度达到8.8 m，框架基底有一半落在淤泥质土层上，基底承载力不足。若采用横抬纵挑梁法会存在一些问题:

1)线路中心与框架顶进最前端水平距离达到14.5 m，这样使工字钢横梁的跨度太大，必然需要在线路外侧再平行增加一排混凝土临时支墩来减小横抬梁的跨度，这样箱体顶进过程中碰到支墩时需要停止顶进直到把临时支墩全部拆除后才可继续前行，在此期间可能会引起路基边坡不稳定而影响行车安全。

2)本箱体的结构较高，与铁路的交角很小，部分基底位于软弱土层，从以往的工程实例中得到的经验是边顶进边换填处理基底比较困难，不易保证质量，而且顶进方向不易控制、顶进后容易出现栽头、平面偏差太大等缺陷。

3)顶进工程需要做的准备工作较多，如工作坑、后背桩、滑板等，使用的人工、机械、材料多，工期较长。

由于上述因素，结合现场的工程地质等条件经过多方案研讨、比较，最后采取就地现浇方案。将线路加固后直接掏空路基施工。能有效地解决以上提到的安全、质量问题，同时也缩短了工期、节省了费用。本方案将“321”贝雷梁组合成的钢桁梁作为纵梁，利用钻孔桩做纵梁的支撑桩(墩)，Ⅰ56a型钢作为横抬梁，再配合3-7-3扣43 kg/m钢轨吊轨梁，最终加固后将线路全部架空，如图1～图3所示。

3 线路加固原理

1)设计条件。荷载采用铁路中—活载，设计速度按25 km/h考虑，主力及附加力均按照铁路桥涵设计相关规范要求取值，按最不利组合情况进行计算。

2)纵梁布置。平行既有线两侧主梁采用“321”贝雷梁进行组合，每单片贝雷梁的外轮廓尺寸为3 000 mm(长)×1 500 mm(高)×176 mm(宽)，每侧采用3个单片梁组成一组纵梁，每跨3节总长度9.0 m，一共10跨，纵梁组合后成为等跨度的9.0 m钢连续梁。经过检算纵梁的跨中挠度控制在1/600之内，满足强度、刚度、稳定性要求。

3)横抬梁及吊轨梁。横抬梁采用Ⅰ56a工字钢，计算跨度11.0 m，按简支模型计算，结合既有线轨道情况，工字钢每排距离0.65 m，工字钢横抬梁与每节贝雷纵梁间采用φ25 mm的U形螺栓固结，经过检算横梁挠度也控制在1/600之内。其次在横抬梁上面再铺设一组3-7-3扣43 kg/m钢轨吊轨梁，以加强轨道部分的整体刚度，同样兼作明桥面。

4)桩基础支撑桩(墩)。两片连续纵梁下共设置直径1.25 m、长度21 m的C30钢筋混凝土钻孔灌注桩22根，每根桩之间相互独立无连接，桩身一次成型，在每根桩顶设置厚度1.0 m、平面为1.45 m×1.45 m的钢筋混凝土顶帽，桩基础的钢筋伸入顶帽内不小于0.5 m，顶帽内配置钢筋网片，同时顶帽预埋φ25 mm的锚固钢筋8根最后与纵梁焊接牢固。因为随着线路下基坑的逐步开挖，桩基础部分会裸露出来成为悬臂独立单桩，所以计算时按照入土15.5 m、悬臂5.5 m的弹性高桩计算，地基比例系数m=m0为12 000 kN/m4，按照纵、横两个方向对主力及附加力进行组合取其最不利值进行计算，依次计算出转角、桩顶位移、土体抗力、竖向承载力，按照计算的包络图配筋。另外由于支撑桩外露悬臂段较长，属于柔性墩性质，所以桩顶的位移应该严格控制防止超限。规范规定桩顶位移应满足δ≤5mm，最终本桩顶的容许位移值［δ］=5=2.45 cm，实际计算结果满足规范要求。

图1 线路加固立面图（单位：cm）

图2 线路加固立面图（单位：cm）

图3 线路加固侧面图（单位：cm）

4 线路加固施工步骤

1)抽换枕木、铺设吊轨梁。按照铁路部门要求采取必要的线路防护，在相关铁路站段人员的配合下，利用慢行及列车运行间隔时间，将既有线混凝土枕抽换成普通的250 cm×16 cm×20 cm木枕，施工时严格按照工务作业规程进行。吊轨梁采用一组3-7-3扣43 kg/m钢轨，钢轨接头错开1.2 m以上，吊轨与木枕间用φ25 mm的U形螺栓联结。2)支撑桩及纵梁。支撑桩为钻孔灌注桩，按照规范要求独立成桩，严格保证施工质量，验收合格后方可使用。单层贝雷梁可以拼装好运入工地，贝雷梁采用100 mm×100 mm×6 mm的角钢与帽顶预埋的锚固钢筋连接，保证两者成固结状态，其次在顶帽顶外侧加设2根同样的角钢斜撑对纵梁起横向限位作用，支座用10 mm厚的钢板结合硬杂木代替。3)穿入横抬梁完成加固。先将工字钢预定位置处的道碴拨除，采用机械吊装、人工配合穿入12 m长的Ⅰ56a型钢梁，就位后将工字钢的两端再用φ25 mm U形螺栓固结在贝雷梁的上面组成一个整体。如吊轨梁与横抬梁不密贴，可在中间加垫板使之密贴。经过3 d～5 d慢行确认加固系统无问题后便可按照先边孔后中孔的顺序就地浇筑框架桥。

5 结语

单线区间框架桥的横向宽度不超过7.5 m，横抬梁跨度不超过11.0 m，地质条件较好，顶进施工场地受限，线路允许限速25 km/h时，可以将此方案推广实施。采用此方案与顶进法相比省去了工作坑、后背等内容，可有效降低工程费用;同时由于利用现成的拼装梁，工期也能缩短;就地现浇避免了顶进法若遇软弱地基时可能导致的栽头现象，或者顶进斜交角度大引起的平面偏差超限的问题;不足的地方是横抬梁的就位及安拆不太方便。

总之，在具备条件的既有线下新建框架桥时，采用上述方案能有效保证既有线的安全，同时也可以取得较明显的经济效益。

［1］TB 10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范［S］.

［2］TB 10002.5-2005，铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.

［3］TB 10002.3-2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.