大跨桩基托梁挡墙在改建铁路中的应用

2020-06-13钟占勇

贵州科学 2020年3期

钟占勇

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

0 引言

铁路改、扩建工程中，常常遭遇下穿涵洞、管线等构筑物，已有研究表明，桩基托梁挡墙设计是一种较为成熟的设计理念[1-4]，常用跨径一般为6～9 m。随着铁路改、扩建深入推进，在实际工程中不可避免的需要对既有大型下穿结构采用大跨径桩基托梁挡墙进行支护。

本文依托某铁路增建二线，开展了设计方法研究，针对既有涵洞下穿该改建铁路的问题，提出了一种大跨径的桩基托梁挡墙设计方法，保障了改建铁路与既有涵洞的运营安全，可为类似支挡结构设计应用提供参考。

1 工程概况

某铁路增建二线的设计速度目标值120 km/h，为Ⅰ级铁路，有砟重型无缝轨道。其中K574+306～K574+400.3站场路基帮填通过，改建铁路坡脚为县道、居民区与河道，斜交涵洞下穿改建铁路，涵洞尺寸为2.5 m×2.9 m和2.5 m×3.0 m盖板箱涵，既有涵洞及两侧帮填路基外侧为密集居民区，按放坡填筑并结合涵洞接长施工将引起大量拆迁及县道的改移，为避免拆迁节省工程投资，需对右侧涵洞位置采用挡护结构跨越通过。工程概况见图1。

该区域属构造剥蚀丘陵、河谷阶地地貌。上覆第四系全新统人工填土、冲洪积层粉质黏土，下伏基岩为白垩系下统泥质砂岩，中厚层状，泥质胶结，岩质较软，岩体较完整。

图1 既有涵洞下穿Fig.1 The existing culvert

2 大垮桩基托梁挡墙的设计应用

2.1 设计原理

本工程挡土墙为衡重式挡墙，其土压力计算和结构尺寸设计同一般衡重式挡墙。挡墙下采用了刚性桩基础，且桩顶设有刚性混凝土托梁。桩基挡墙的托梁与桩基础结合后，应按整体分析，由于桩与托梁刚性连接，上部荷载传递到桩基础，依靠桩基础为整个体系提供抗倾覆和抗滑移的反力及竖向的支撑力。为简化计算，引入3条假定：

1)托梁刚度远大于桩基，假定托梁是刚性的。

2)挡墙上作用的竖向力、水平力及弯矩均通过托梁传递到桩基上。

3)桩基刚度远大于地基土，假定地基土对托梁无摩擦、无反支力。

2.2 设计参数

表1为设计中各土层的物理力学参数。

表1 各土层的物理力学参数Tab.1 Physical and mechanical parameters of each soil layer

2.3 设计方案

本段站场路基工程为帮填通过，改建铁路坡脚为县道、居民区与河道，无放坡条件，斜交涵洞下穿改建铁路，涵洞尺寸2.5 m×2.9 m和2.5 m×3.0 m盖板箱涵，帮填路基右侧采用大跨桩基托梁衡重式挡土墙跨越涵洞，以实现不拆迁居民楼及占用县道的目的。

图2为大跨桩基托梁挡墙上跨既有涵洞平面布置图。传统桩基托梁设计常用到6～9 m跨度，而本文涉及到的涵洞与桩基挡墙的平面跨度较大，亟需采用大跨度托梁上跨既有涵洞。图3为大跨桩基托梁挡墙上跨既有涵洞立面图，图4为大跨桩基托梁挡墙上跨既有涵洞断面设计图。

图2 大跨桩基托梁挡墙上跨既有涵洞平面布置图Fig.2 Layout of the long-span foundation pile joistretaining wall

图3 大跨桩基托梁挡墙上跨既有涵洞立面图Fig.3 Profile of the long-span foundation pile joistretaining wall

图4 断面设计图Fig.4 Section of the design

2.4 工程措施及注意事项

桩直径为1.75 m×2.5 m，桩长为13～16 m，托梁采用19.00 m×2.5 m×3.9 m，桩基和托梁均采用C35钢筋混凝土灌注，托梁顶设衡重式路肩挡墙，墙高7～8 m，挡墙按“双线φ=35°、γ=20 kN/m3、f=0.5、[σ]=500 kPa”设计，墙身采用C30混凝土浇筑。

设计施工期间应作好临时排水措施，准确定位各桩，待复核无误后隔桩开挖桩井，设置锁口，并在土层及风化破碎岩层中及时设置护壁，整平并夯实托梁基底，待托梁混凝土强度达到80%后，及时浇注衡重式路肩挡土墙墙身，在未设置桩基托梁范围应按要求分段开挖路肩墙基坑，及时浇注衡重式路肩挡土墙墙身，运梁车必须沿线路中心线或靠近未设置挡墙侧行走，桩中心、托梁中心与挡墙墙底的几何中心必须位于同一条竖直线上，施工前必须根据施工图对桩位、托梁位置进行仔细核实，必须待核实无误后，方可按图施工，桩身顶部钢筋必须与托梁钢筋一起绑扎浇注。桩基托梁及挡墙在施工过程中加强既有线边坡监测，如有明显变化应及时通知相关单位处理，确保既有线运营及施工人员人身安全。成品如图5。