铁路工程钢便桥拔桩的理论分析和实践——以马来西亚某铁路工程为例

张俊松

中交第一航务工程局有限公司，天津 300456

1 工程概况

1.1 项目背景

马来西亚东部沿海铁路项目位于马来西亚半岛东海岸，是“一带一路”沿线上最大的交通基建工程，是中国企业目前在境外签署的规模最大的工程项目，也是迄今为止中马之间最大的经贸合作项目。该项目政治意义重大，国际关注度高。线路的起点位于吉兰丹州内的哥打巴鲁，终点位于雪兰莪州内的巴生港，全长约640km，工程规模巨大。按总体规划，线路范围内桥梁总长度约130km。

马来西亚东海岸水系发达，大小河流、沟渠密布。在铁路建设过程中，需要建造大量的钢便桥以供水上作业使用，铁路建设竣工前，需要对钢便桥进行拆除。马东铁项目在2018年由于政府换届选举停工，并于2019年4月重启，线路发生重大调整，线路上建设完成的钢便桥需予以拆除，并在新线路上完成新建。

1.2 设计标准

常规钢便桥的关键设计参数为设计跨度，分别为6m、9m和12m，采用不同的跨度对工程量有较大影响，同时也对钢便桥拆除能力有不同的要求。钢便桥标准横断面具体如图1所示。

图1 钢便桥标准横断面

1.3 地质及水文

马来西亚半岛中部为多条平行于半岛走向的山脉，把半岛分割成东部滨海带、中央山地带和西部滨海带三个地理区域高、两侧低的地势。拟建铁路主要位于东部滨海带和中央山地带。

沿线地表水主要存在于河流沟谷和湖泊内，沿线河流较多，尤其在东部降水量较大的地区，主要河流有S.Kelantan、S.Peng Datu、S.Semerak、S.Besut、S.Terengganu、S.Dugun、S.Paka、S.Kemaman、S.Kuantan、S.Pahang等，这些河流向东流入南海。地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要贮藏在于山区、平原区的粉质黏土、粉土、粉细砂等地层中。

东部滨海平原区海拔较低，距离南海较近，其地表水和地下水具有较强的侵蚀性。在中央山地丘陵区，地表水或地下水一般不具有侵蚀性。东部滨海带（主线DK0+000～DK341+000）宏观地势西高东低，有大量发源于中央山地带的河流，由西向东流入南海。该区主要为河流冲积平原区，地形相对平缓略向东倾。地层以第四系冲洪积层为主。距离南海较近，地下水埋藏一般较浅，在缓慢水流环境中沉积的黏性土，多呈软塑～流塑状，承载力低，属于软土。

中央山地带（主线DK341+000～DK640）宏观地势略向东南倾斜，该区分布有Timur、Tahan、Bajara等近南北走向的山脉，地形高低起伏，落差较大。该区主要为低山丘陵区，靠近Bajaran山脉（Bentong），相对高差较大，平均海拔为40～1050m。地表以第四系冲洪积层、坡积层为主，基岩主要以中生代花岗类岩石、石英岩和奥陶系至志留系的千枚岩、片岩、页岩为主。

1.4 地震动参数

马来西亚半岛位于Sunda大陆架（Sunda Shelf），地质结构较为稳定，地震危险水平处于低～中级别。依据东南亚地震烈度图，对地震动峰值加速度进行划分，具体如表1所示。

表1 沿线地震动峰值加速度区划表

2 钢便桥拔桩方案

2.1 不同跨度钢便桥的钢管桩拔除方案

（1）钢便桥跨度为6m，采用55t履带吊配合90型振动锤即可拔除，现场需要做好安全环保等措施。

（2）钢便桥跨度为9m，采用75t履带吊配合90型振动锤即可拔除，现场需要做好安全环保等措施。

（3）钢便桥跨度为12m，采用100t履带吊配合90型振动锤即可拔除，现场需要做好安全环保等措施。但由于钢便桥的宽度为6m，100t履带吊无法在便桥上行驶，因此需采用75t履带吊配合进行钢管桩拔除作业。同时，还需增加打设钢管桩和贝雷梁悬挑段，履带吊行进至约9m位置处进行拔除作业[1]。贝雷梁悬挑段加固详细步骤如下：①加工2根24m周转使用钢管桩、1根双拼40#工字钢支撑梁；②距悬挑贝雷梁前端两侧各打入1根钢管桩，端头低于贝雷梁下弦35～40cm；③在临时支撑钢管桩顶安放双拼40#工字钢梁；④将贝雷梁与40#工字钢间缝隙用薄钢板塞紧，前端略翘起2～3cm；⑤前端6m重新铺25#工字钢找平桥面；⑥利用75t履带吊进行拔桩，回转半径为9m。

2.2 不同地质条件下的钢管桩拔除方案

振动状态下，桩周土体的特性离散性较大，但极限抗拔力一般比桩基极限侧阻力小。根据砂土和黏性土的特性，砂土抗拔系数一般为0.5～0.7，黏性土抗拔系数一般可取0.7～0.8。对于可振动液化的土层，如细砂、粉细砂及粉土，液化状态下，极限抗拔力可忽略不计[2]。本节主要针对12m标准跨方案黏性土地质条件进行分析。

（1）有限元分析。鉴于振动状态下桩基拔除受地质影响较大，最可靠的方法如下：首先通过现场试验对其影响进行验证；然后监测并积累拔桩过程中的拔力变化；最后通过有限元分析软件进行相关模拟[3]。文章采用钢便桥内力计算通过采用Autodesk公司的有限元分析软件Robot建立主栈桥三维模型进行有限元计算。钢便桥桩基均采用直径为0.63m的钢管桩，壁厚10mm，横向间距为1.83m，钢材采用Q235，钢管桩桩入土深度为12.0m。桥梁临时跨为6m，标准跨12m。

（2）桩基抗拔。经理论计算，桩基抗拔力小于履带吊回转半径提供的上拔力，安全系数为1.24。

（3）桩基承载力。经理论计算，新打设的钢管桩桩基承载力大于履带吊拔桩施工作用的荷载产生的内力，安全系数为1.43。

3 现场检验及建议

（1）标准跨6m。无论黏性土还是砂性土地质，采用55t履带吊配合90型振动锤均可安全拔除。

（2）标准跨9m。无论黏性土还是砂性土地质，采用75t履带吊配合90型振动锤均可安全拔除，其中黏性土层承载力较高，而且土层较厚的情况下，拔桩稍有困难。

（3）标准跨12m。无论黏性土还是砂性土地质，采用100t履带吊配合90型振动锤均可以拔除，其中黏性土层承载力较高，而且在土层较厚的情况下，拔桩困难；砂性土地基在振动状态下液化，抗拔侧阻明显下降，拔桩较为容易。采用75t履带吊配合振动锤方案需要增打钢管桩、架设贝雷梁悬挑段，方可成功拔桩。

（4）设计考量。根据河床地质断面，优化标准跨度。钢便桥设计过程中应充分考虑地质条件，砂性土地质标准跨度可以放大至12m，确保钢便桥能够被顺利拆除。设计过程中，还应考虑拔桩时履带吊的作业半径和起吊能力，尽量减少对当地河床造成的影响。

（5）水上拔桩。根据当地资源及河流通航条件，在有条件且具有技术经济性的情况下，可以选择水上拔桩。

（6）使用时间。随着铁路施工的展开，大量的施工设备从钢便桥上通过，钢管桩与周边土层结合较为紧密，抗拔侧阻逐步增加，应予以拔桩实施方案足够的重视。

4 结束语

综上所述，钢便桥作为线性工程中常见的临时施工措施，采用钢管桩+贝雷梁结构形式的钢便桥其跨度较型钢结构具有明显优势，能有效减少钢便桥用钢量，因此得到了广泛使用。文章通过理论分析对比及现场实践检验，确定了最终方案，并顺利完成了拆除作业，取得了良好的成效，为在马来西亚东部沿海地区进行钢管桩打设和拔出积累了宝贵的施工经验。