毛坤海，龔宏華

(南昌鐵路局南昌工務(wù)段，南昌 330002)

箱涵頂進(jìn)線(xiàn)路加固中便梁支點(diǎn)(樁基)優(yōu)化設(shè)計(jì)

毛坤海，龔宏華

(南昌鐵路局南昌工務(wù)段，南昌 330002)

在鐵路既有線(xiàn)框架橋頂進(jìn)施工中，對(duì)高大框架橋的頂進(jìn)，線(xiàn)路加固顯得尤其重要，而線(xiàn)路加固中的支點(diǎn)設(shè)置是關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文討論D24 m便梁加固線(xiàn)路時(shí)，便梁支點(diǎn)(樁基)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，既對(duì)樁基進(jìn)行了穩(wěn)定性檢算;并且在框架橋頂進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)樁基進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算的樁基變形量能夠較好的吻合。對(duì)今后線(xiàn)路加固采用D型便梁的情況下，設(shè)置便梁支點(diǎn)有一定的借鑒作用。

線(xiàn)路加固 便梁支點(diǎn) 樁基 頂進(jìn)框架橋

在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)下頂進(jìn)框架橋時(shí)，需要對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行加固。對(duì)于高大框架橋的頂進(jìn)施工，線(xiàn)路加固方案一般采用橫抬縱挑、施工便梁、橋式盾構(gòu)等方法。橫抬縱挑法限速太低，對(duì)行車(chē)干擾大;施工便梁操作簡(jiǎn)單，但受線(xiàn)間距和跨度的限制;橋式盾構(gòu)適合于大跨度、多股道頂進(jìn)框架橋，但是對(duì)地基承載力要求很高，并且施工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前面兩種方法。本文結(jié)合峰福線(xiàn)K251+ 769.12頂進(jìn)框架橋工程，討論在D24 m便梁可以滿(mǎn)足跨度及線(xiàn)間距的的情況下，便梁支點(diǎn)(樁基)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程簡(jiǎn)介

本工程位于南平南站，中心里程為峰福線(xiàn)K251+ 769.12，建設(shè)規(guī)模為1孔14.0 m×12.5 m的框架橋。結(jié)構(gòu)尺寸:頂板厚0.9 m，底板厚1.2 m，邊墻厚1.2 m，框架外至外寬16.4 m，總高14.6 m(圖1)，長(zhǎng)24.5 m，分兩節(jié)預(yù)制，前一節(jié)長(zhǎng)14.0 m，后一節(jié)長(zhǎng)10.5 m。采用D24 m便梁加固線(xiàn)路，中繼間法頂進(jìn)施工，頂程32.08 m。與峰福線(xiàn)斜交88.4°。

地質(zhì)情況:地層分布較單一，表層為黏砂土，底層為風(fēng)化云母片巖?？蚣軜蚧字糜谠颇甘⑵瑤r(全風(fēng)化)層上，基底土層容許承載力［σ］=290 kPa;地下水位在框架橋底板以下1.1 m。框頂至軌底的高度約0.75 m。

工程數(shù)量:混凝土4 713.5 m3，鋼筋506.5 t，挖土方25 512 m3，頂進(jìn)挖土11 000 m3。

圖1 框架橋結(jié)構(gòu)尺寸(單位:m)

2 線(xiàn)路加固方案及D24 m便梁支點(diǎn)(樁基)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 線(xiàn)路加固方案

由于框架橋高度達(dá)到14.6 m，僅1孔D24 m便梁加固線(xiàn)路無(wú)法滿(mǎn)足線(xiàn)路穩(wěn)定性要求，需在D24 m便梁兩端分別增加1孔D16 m便梁加固線(xiàn)路，即采用D16 m+D24 m+D16 m便梁加固線(xiàn)路的方式(如圖2)。由于峰福線(xiàn)與外南線(xiàn)最小線(xiàn)間距為11 m，可以滿(mǎn)足鐵路限界要求，故D24 m便梁、D16 m便梁均采用高位安裝(如圖3(a)所示)。

2.2 便梁支點(diǎn)(樁基)設(shè)計(jì)方案

初步設(shè)計(jì)方案采用鉆孔樁做便梁支點(diǎn)，樁徑2.0 m，樁長(zhǎng)32 m，承臺(tái)長(zhǎng)25 m，寬2.6 m，厚2.4 m。由于靠既有線(xiàn)較近，并且還有電氣化接觸網(wǎng)，鉆機(jī)施工操作比較困難，并且工期較長(zhǎng)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及專(zhuān)家意見(jiàn)，對(duì)便梁支點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化:D24 m便梁支點(diǎn)采用人工挖孔樁，D16 m便梁支點(diǎn)采用混凝土支墩。人工挖孔樁樁徑φ1.5 m，樁長(zhǎng)20 m，坎入框架底板下7.0 m。每端便梁支點(diǎn)由4根挖孔樁組成，樁頂由工字型承臺(tái)把孔樁連成整體(如圖2、圖3所示)。

優(yōu)化后方案的優(yōu)點(diǎn):①通過(guò)人工挖孔樁可以避免鉆機(jī)的操作困難，并且可以縮短工期;②樁基的結(jié)構(gòu)尺寸也進(jìn)行了優(yōu)化，D24 m便梁支點(diǎn)原來(lái)設(shè)置為6根樁基，現(xiàn)在改為16根樁基，樁基整體穩(wěn)定性要優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。缺點(diǎn):①人工挖孔樁在遇到全風(fēng)化巖時(shí)，需要用風(fēng)鎬打，進(jìn)度較慢;②遇到地下水時(shí)，需要邊抽水邊挖孔，給施工帶來(lái)不便。

圖2 便梁支點(diǎn)設(shè)置(優(yōu)化后)平面(單位:m)

圖3 (優(yōu)化后)線(xiàn)路加固剖面(單位:m)

3 D24 m便梁樁基穩(wěn)定性檢算

3.1 計(jì)算模型

對(duì)于不同的頂進(jìn)施工工藝，計(jì)算模型的建立，也會(huì)有較大的變化，進(jìn)而直接會(huì)影響到樁基的結(jié)構(gòu)尺寸。

1)初步設(shè)計(jì)中考慮框架橋是在線(xiàn)路下面的土全部開(kāi)挖完后，再進(jìn)行頂進(jìn)。這樣，框架橋底板以上部分的樁基將全部暴露，并且暴露的時(shí)間比較長(zhǎng);而樁基按深基坑的支護(hù)樁進(jìn)行計(jì)算，這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是很偏離實(shí)際的。

2)優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮實(shí)際的框架橋頂進(jìn)是邊挖邊頂，每一頂頂程約40 cm，所以實(shí)際上樁基的暴露時(shí)間是很短的，并且框架橋穿過(guò)樁基后，樁基的側(cè)向土壓力基本消失，并不會(huì)像深基坑支護(hù)樁一樣承受巨大的水平土壓力。所以樁基的結(jié)構(gòu)尺寸得到很大的優(yōu)化。

由于框架橋外邊距離樁基邊緣較近，僅1.68 m?？紤]在框架橋頂進(jìn)過(guò)程中，樁基周?chē)耐習(xí)锾?，考慮較為不利情況，假定樁基外露長(zhǎng)度為9.6 m(如圖4所示)。

圖4 樁基受力計(jì)算圖式(單位:m)

3.2 計(jì)算結(jié)果

采用理正結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行計(jì)算。

1)樁豎向承載力驗(yàn)算

單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值=5 538.643 kN

單樁極限承載力設(shè)計(jì)值=3 356.753 kN

在中心荷載作用下，樁頂全反力=1 502.505 kN

承載力設(shè)計(jì)滿(mǎn)足系數(shù):2.23。

在偏心荷載作用下，單樁極限承載力設(shè)計(jì)值= 4 028.539 kN。

承臺(tái)下樁的編號(hào)順序?yàn)?始于承臺(tái)左下角，先從左到右，后從下到上。

樁號(hào)1，樁頂全反力:1 438.764 kN，承載力設(shè)計(jì)滿(mǎn)足系數(shù):2.80。

樁號(hào)2，樁頂全反力:1 566.246 kN，承載力設(shè)計(jì)滿(mǎn)足系數(shù):2.57。

2)樁水平承載力驗(yàn)算:

單樁水平承載力設(shè)計(jì)值=727.302 kN，承載力設(shè)計(jì)滿(mǎn)足系數(shù):3.42。

計(jì)算所得的最大彎矩為:140.346 kN·m。

計(jì)算所得的最大彎矩位置為距承臺(tái)底處2.615 m。然后據(jù)此進(jìn)行樁基配筋(略)。

4 實(shí)際效果及施工注意事項(xiàng)

4.1 施工監(jiān)測(cè)

1)框架橋頂進(jìn)到位后，實(shí)際樁基外露長(zhǎng)度僅3～4 m，并且樁基擋土起到很大作用，兩側(cè)的土基本呈直立狀況，溜坍的很少。

2)理論計(jì)算時(shí)考慮樁基外露9 m，并且兩側(cè)的土方按1∶1的坡率溜坍，主要是實(shí)際的土質(zhì)要比設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)計(jì)的好。

3)樁基實(shí)際下沉量為1 mm(基本沒(méi)動(dòng))，理論計(jì)算樁基下沉量為3.5 mm。主要是理論計(jì)算考慮到外露長(zhǎng)度的不同，故計(jì)算值偏大。

4.2 樁基施工過(guò)程中注意事項(xiàng)

1)對(duì)鐵路線(xiàn)架空后，按規(guī)定對(duì)列車(chē)運(yùn)行限速，并做好慢行防護(hù)工作。

2)在施工便梁支點(diǎn)前，采用軌束梁對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行臨時(shí)加固后，方可進(jìn)行孔樁開(kāi)挖。

3)開(kāi)挖臨時(shí)加固線(xiàn)路軌束梁支點(diǎn)時(shí)，須設(shè)置插筋木板支擋，確保支點(diǎn)處線(xiàn)路道砟不滑溜，不缺砟。

5 結(jié)論與建議

1)通過(guò)對(duì)便梁支點(diǎn)(樁基)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅使施工操作簡(jiǎn)單，而且確保了工期，降低了成本。

2)便梁支點(diǎn)的計(jì)算模型需要根據(jù)實(shí)際頂進(jìn)工藝來(lái)確定，如果計(jì)算模型與實(shí)際不符，那么計(jì)算出來(lái)的結(jié)果將脫離實(shí)際，要么太保守，要么會(huì)失穩(wěn)。

3)加強(qiáng)對(duì)便梁支點(diǎn)監(jiān)控，出現(xiàn)異常及時(shí)采取措施，保證線(xiàn)路的平穩(wěn)。

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U449.52

B

1003-1995(2011)02-0055-03

2010-10-14;

2010-10-25

毛坤海(1975—)，男，江西上饒人，工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)