凌青松

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京　102600)

The Design and Application of Railway Frame Culvert in the Coastal Soft Soil Area

LING Qingsong

沿海軟土地區(qū)鐵路框架涵設(shè)計(jì)應(yīng)用

凌青松

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600)

The Design and Application of Railway Frame Culvert in the Coastal Soft Soil Area

LING Qingsong

摘要以新建鐵路連云港至鹽城為工程背景，對(duì)沿海軟土地區(qū)鐵路框架涵的設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)過程等若干問題進(jìn)行分析，為后續(xù)鐵路建設(shè)項(xiàng)目中同類設(shè)計(jì)提供有益的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞鐵路工程軟土地區(qū)框架涵

1工程背景概況

連鹽鐵路是規(guī)劃沿海鐵路運(yùn)輸通道的重要組成部分，是江蘇沿海開發(fā)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。線路北自隴海鐵路連云港站引出，南接新長(zhǎng)鐵路鹽城北站，途經(jīng)江蘇省連云港市的贛榆縣，連云港市區(qū)，東海、灌云、灌南縣，鹽城市的響水、濱海、阜寧、射陽、建湖縣，鹽城市區(qū)，正線長(zhǎng)度234.03 km。連鹽鐵路沿線軟土分布廣泛，正線軟土地基分布的段落長(zhǎng)度合計(jì)183.5 km，占該段線路長(zhǎng)度的77.5%，巖性為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土，深灰色，軟塑—流塑，厚度0.5～19.0 m。軟土具有高含水率、低滲透性、高壓縮性、低承載力等顯著特性，工程性質(zhì)極差。

近年來，框架箱涵廣泛應(yīng)用于軟土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)?？蚣芟浜瓰檎w閉合式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，具有良好的整體性及抗震性能，并具有建筑高度小、剛度大、基底應(yīng)力小、頂板薄等優(yōu)勢(shì)，一般僅在軟土地基上采用。連鹽鐵路全線小橋涵約650座，根據(jù)勘測(cè)階段與地方政府所簽訂的立交、灌溉協(xié)議，連鹽鐵路設(shè)置了較多的立交、灌溉涵洞，其中除圓涵外，其余設(shè)計(jì)均為框架箱涵結(jié)構(gòu)。

2涵洞設(shè)計(jì)的一般原則

2.1　涵洞類型及孔徑的選擇

框架箱涵根據(jù)使用要求可以設(shè)計(jì)為單孔、雙孔、三孔等，孔徑常用的有，單孔：1-2.0～1-6.0 m；雙孔：2-3.0 m、2-4.0 m、2-5.0 m、2-6.0 m；三孔：3-6.0 m。一般新建涵洞頂板填土高度應(yīng)滿足規(guī)范要求填土高(軌底至涵身頂板頂面的填方高度)不小于1.2 m。灌溉、排水涵洞，一般根據(jù)既有溝渠斷面、過水流量以及路基填土高度確定，以不壓縮既有溝渠為原則，一般選用孔徑2.0～6.0 m框架涵。交通涵應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及地方有關(guān)部門的要求，選用孔徑4.0～6.0 m、立交凈高3.0～4.5 m的框架涵。立交凈高推算原則：軌底至涵洞頂板底高差按1.8 m來控制，進(jìn)而根據(jù)頂板底高程與路面高程推算立交凈高?？蚣芟浜Y(jié)構(gòu)凈高分標(biāo)準(zhǔn)邊墻、壓低邊墻后的凈高兩類，各種孔徑的涵身結(jié)構(gòu)需按填土高H分級(jí)設(shè)計(jì)，各種孔徑填土高及分級(jí)詳見表1。

2.2　涵洞基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土框架涵：出入口涵節(jié)采用整體式基礎(chǔ)，出入口翼墻采用分離式基礎(chǔ)，中間涵節(jié)無基礎(chǔ)，做15 cm厚混凝土墊層，必要時(shí)基底可換填50 cm厚砂夾碎石。各類涵洞地基承載力不足時(shí)，當(dāng)軟弱層埋深、厚度≤3 m，采用換填1∶2砂夾碎石；對(duì)于埋深、厚度≥3 m的軟土地段，采用樁基處理，處理措施與鄰近路基段地基處理方式保持一致，具體處理措施參考路基專業(yè)。地基處理后確保復(fù)合地基承載力不小于150 kPa。

2.3　涵洞附屬工程設(shè)計(jì)

(1)框架涵附屬工程參考相關(guān)參考圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般在有條件的情況下，本線首先考慮采用梯形槽鋪砌，凡用于灌溉的涵洞上下游鋪砌，其鋪砌斷面按協(xié)議或比照既有渠道斷面設(shè)計(jì)，鋪砌長(zhǎng)度一般為涵洞出入口以外3～5 m或接至原溝渠、道路。鋪砌材料、厚度、深度按《框架涵(2012)5401》進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)排水涵根據(jù)需要可增設(shè)施工過渡改溝土方，破壞原溝渠鋪砌應(yīng)計(jì)入拆除及恢復(fù)數(shù)量。

(3)對(duì)設(shè)計(jì)功能為立交兼排水的框架涵，在立交位置進(jìn)行原路回填，回填高度根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定，并在道路一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置排水側(cè)溝，涵內(nèi)設(shè)置水溝蓋板，出洞口以外順接原溝渠，并計(jì)列相關(guān)數(shù)量。

(4)橋涵基礎(chǔ)施工，如與排水溝、灌溉渠有干擾時(shí)，應(yīng)計(jì)算改溝、改渠數(shù)量，涵洞應(yīng)計(jì)算出入口順溝及順路工程的數(shù)量。

2.4　涵洞耐久性設(shè)計(jì)

橋涵建筑材料的選擇與耐久性設(shè)計(jì)按照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10005—2010)辦理。

(1)框架涵主體按鋼筋混凝土設(shè)計(jì)，八字翼墻按素混凝土設(shè)計(jì)(100年設(shè)計(jì)年限設(shè)計(jì))。

(2)立交涵洞按無常流水設(shè)計(jì)。環(huán)境作用等級(jí)為T2，墩身混凝土采用C35，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度為35 mm。

(3)排洪、灌溉、排水框架涵洞，位于常流水的河溝、鹽田、水塘中，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮地表水的影響；環(huán)境作用等級(jí)為T3，考慮硫酸鹽侵蝕、凍融和氯鹽侵蝕影響并取最不利情況(見表2)。

環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)3的混凝土表面噴涂聚氨酯防水涂料。

(4)當(dāng)?shù)叵滤哂星治g性時(shí)，框架涵混凝土標(biāo)號(hào)及混凝土保護(hù)層厚度如表3。

(5)道路改移中涉及的公路橋涵混凝土標(biāo)號(hào)比照鐵路橋涵辦理。

3設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

(1)線路平、縱斷面的使用：新建連鹽鐵路線路專業(yè)提供的縱斷面圖上，采用軌面高程作為設(shè)計(jì)依據(jù)，根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)，由軌面高程計(jì)算軌底高程、路肩高程。在線路變坡點(diǎn)處采用軌底、路肩高程時(shí)應(yīng)考慮豎曲線的影響，對(duì)單線曲線段，路肩高程尚應(yīng)考慮路基加寬值的影響。

(2)涵洞設(shè)計(jì)中的涵洞分節(jié)長(zhǎng)度通常采用3～6 m。連鹽鐵路正線軌道采用重型軌道結(jié)構(gòu)，一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路，采用有砟軌道。路段旅客列車設(shè)計(jì)行車速度為200 km/h，列車速度較高，且對(duì)沉降要求也很高，需高度重視軌道的耐久性及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)等。此外，在涵洞勘察設(shè)計(jì)過程中，一般情況下，在涵位線路中心線處做好相應(yīng)的地質(zhì)鉆探工作。如果沿涵軸方向的地質(zhì)條件發(fā)生改變時(shí)，因涵節(jié)的長(zhǎng)度比較短，涵節(jié)只能相對(duì)沉降，對(duì)相鄰涵節(jié)的受力情況無明顯影響，能夠在某種程度上防止因地基不均勻沉降而導(dǎo)致的涵洞主體結(jié)構(gòu)混凝土開裂等現(xiàn)象?？紤]到涵節(jié)長(zhǎng)度較短，在設(shè)計(jì)過程中，通常認(rèn)為沿涵軸方向每個(gè)涵節(jié)均為剛性結(jié)構(gòu)，且不考慮其受彎情況，應(yīng)依據(jù)涵洞框架分析計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)，在涵長(zhǎng)方向上只配置相應(yīng)的構(gòu)造鋼筋。

(3)做好框架涵的沉降縫、防水層的設(shè)計(jì)。連鹽鐵路框架涵防水層及沉降縫的處理措施按《通橋(2012)5401》辦理?？蚣芎黧w結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量避免施工縫，當(dāng)涵身較長(zhǎng)時(shí)，可沿涵長(zhǎng)方向分段進(jìn)行，每段應(yīng)連續(xù)一次澆筑完成，施工縫應(yīng)設(shè)在涵身沉降縫處。沉降縫的設(shè)置目的是避免結(jié)構(gòu)物因荷載或地基承載力不均勻而發(fā)生不均勻沉陷，產(chǎn)生不規(guī)則的多處裂縫，而使結(jié)構(gòu)物破壞。

(4)地基處理原則上采用與鄰近路基段地基處理方式保持一致的原則，樁基布置應(yīng)該滿布，即：樁基在基礎(chǔ)范圍內(nèi)(包含出入口和鋪砌)均勻布置，基礎(chǔ)縱橫向輪廓外再擴(kuò)大一排樁。對(duì)于涵長(zhǎng)較長(zhǎng)者，沿涵軸方向地質(zhì)條件若發(fā)生改變，應(yīng)考慮樁底是否落在持力層上，樁長(zhǎng)應(yīng)嵌入持力層一定深度。地基處理樁基參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)與相鄰涵(橋)路過渡段路基所采用的樁基一致。

(5)對(duì)于孔徑在2.0 m以上的框架涵，出入口翼墻基礎(chǔ)宜采用分離式，不宜采用整體式。出入口翼墻若采用聯(lián)合式整體基礎(chǔ)，翼墻基礎(chǔ)在洞口處不滿足規(guī)范中混凝土剛性角的要求，宜增設(shè)鋼筋。

(6)對(duì)立交凈高小于5.0 m的框架涵，須在出入口兩側(cè)設(shè)置限高架防護(hù)設(shè)施，立交凈高大于5.0 m的框架涵不需設(shè)置限高架設(shè)施。

(7)當(dāng)斜交不可避免時(shí)，涵洞斜交角度(涵軸法線與線路方向的夾角)宜控制在±45°范圍內(nèi)，即面向線路大里程方向的右前角在45°～135°范圍；斜交角度按0°、5°～15°、15°～25°、25～35°、35～45°分級(jí)設(shè)計(jì)。對(duì)于斜交涵洞，斜交角度若在20o及以上者，框架配筋設(shè)計(jì)需考慮在每個(gè)涵節(jié)框架頂、底板鈍角部位配置加強(qiáng)鋼筋。

(8)既有線接長(zhǎng)涵洞盡量按原類型、原孔徑接長(zhǎng)，同時(shí)滿足養(yǎng)護(hù)長(zhǎng)度及孔徑要求。拆除原涵洞錐體和鋪砌，新舊涵洞相接處留3 cm沉降縫，并計(jì)列對(duì)既有線的防護(hù)數(shù)量。

參考文獻(xiàn)

[1]TB10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2012

[2]TB10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國(guó)鐵道出版社，2009

[3]TB10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國(guó)鐵道出版社，2013

[4]TB10005—2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國(guó)鐵道出版社，2012

[5]新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006

[6]鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院、蘭州鐵道學(xué)院.涵洞與拱橋[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1994

中圖分類號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)05-0092-03

作者簡(jiǎn)介：凌青松(1987—)，男，碩士。

收稿日期：2015-05-15