(中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300251)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，市區(qū)內(nèi)既有建、構(gòu)筑物愈發(fā)密集，鐵路工程引進市區(qū)面臨著用地緊張、空間受限等問題。在空間受限及鄰近既有建、構(gòu)筑物的情況下，若動車走行線、疏解線等配套線路能夠采用小角度下穿客專正線的方案，對減少工程投資、節(jié)約城市用地有著重要的意義。某鐵路客運專線工程采用U形槽[1-3]及錨索、排樁結(jié)構(gòu)解決了受限空間條件下，其它鐵路以小角度下穿客專正線的問題，可為以后類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

某鐵路樞紐工程新建多線并行地段(包括動車左線、客專正線、動車右線及疏解線)位于城市市區(qū)，線路附近既有建、構(gòu)筑物密集，留給鐵路的建設(shè)用地十分緊張。其中動車左線及疏解線位于既有鐵路與新建客專正線之間，受既有線及用地邊界限制，走行線左線及疏解線需以約14°的小角度下穿客專正線。線路平面如圖1所示。

工程所在區(qū)域為沖洪積平原，地形較平坦，地勢起伏不大，多為城市用地。沿線房屋、道路較多，左側(cè)為既有鐵路。地下水類型為第四系孔隙潛水，含水層主要為粉土和砂類土。勘測期間地下水位埋深為2.80～4.90 m，水位隨季節(jié)變化幅度為2～4 m。地震動峰值加速度為0.20g，地震基本烈度Ⅷ度。地層情況如表1所示。

2 工程設(shè)計方案

2.1 設(shè)計方案概述

動車左線與疏解線以小角度下穿京沈正線的挖方路基，其設(shè)計難點為：①路基位于既有鐵路與新建客專正線之間，路塹無法采用放坡設(shè)計，需設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)收坡。②地下水位較高，線路為“V”字形縱坡設(shè)計，采用滲水盲溝排水困難。③臨近既有運營鐵路，施工過程中不能采取降、排水措施，以免引起既有線沉降變形。

U形槽結(jié)構(gòu)具有兩側(cè)支擋的功能及優(yōu)良的封閉止水特點，可以較好地解決空間受限及排水困難等問題。采用動車左線與疏解線兩線分槽的方案，可避免設(shè)置抗浮樁，減少施工工序，降低工程費用。

本段路基左側(cè)為既有運營鐵路，U形槽基坑左側(cè)采用錨索排樁方案圍護，既能保證既有線正常運營，又可避免設(shè)置內(nèi)支撐影響坑內(nèi)施工。右側(cè)為新建客專正線，U形槽基坑采用放坡掛網(wǎng)噴漿方案，后期回填級配碎石后，再進行客專正線路基施工。

圖1 工程平面示意(單位：m)

表1 地層及計算參數(shù)

U形槽采用C40防水鋼筋混凝土澆筑，邊墻頂寬0.3 m，邊墻外側(cè)坡率為1∶0.15，內(nèi)側(cè)垂直。結(jié)構(gòu)底板以下設(shè)置0.15 m厚C20混凝土及0.5 m厚碎石墊層。

基坑左側(cè)邊坡采用C30鋼筋混凝土排樁支護，鉆孔樁直徑為1.2 m，間距為1.5 m，樁長8.0～18.0 m。樁頂設(shè)置C30鋼筋混凝土冠梁，冠梁寬1.2 m，高1.0 m。基坑挖深大于5.5 m時，距樁頂以下3.5 m處設(shè)置C30鋼筋混凝土腰梁，腰梁寬0.5 m，高0.6 m。冠梁及腰梁上設(shè)置可拆卸預(yù)應(yīng)力錨索，錨索橫向間距為1.5 m，豎向間距為3.0 m。錨索直徑為0.3 m，錨索長18.0～24.0 m。排樁后設(shè)置旋噴樁止水帷幕，旋噴樁樁徑0.6 m，間距0.4 m，咬合0.2 m，樁端進入不透水層。U形槽及錨索排樁結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 U形槽及錨索排樁結(jié)構(gòu)示意(單位：m)

2.2 錨索排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

一般包括結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形計算及穩(wěn)定性驗算兩大部分內(nèi)容。錨索排樁結(jié)構(gòu)一般可采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點法進行分析[4]，計算過程中需考慮各階段施工工況，并按最不利工況進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。錨索排樁穩(wěn)定性驗算包括整體滑動穩(wěn)定性驗算及抗傾覆驗算等。整體穩(wěn)定性可采用瑞典條分法計算。采用的抗傾覆安全系數(shù)公式為

(1)

式中，Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

結(jié)構(gòu)分析及穩(wěn)定性驗算可按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》[4]中的相關(guān)要求執(zhí)行。為防止施工排水引起的地面沉降，于既有線側(cè)設(shè)置旋噴樁止水帷幕。計算參數(shù)如表1所示，錨索排樁計算模型如圖3所示。

圖3 錨索排樁彈性支點法計算模型

錨索排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計算結(jié)果如表2所示。

表2 錨索排樁內(nèi)力及變形計算

2.3 U形槽結(jié)構(gòu)設(shè)計

U形封閉結(jié)構(gòu)一般將邊墻簡化為懸臂結(jié)構(gòu)，底板則按照彈性地基梁考慮[5]。U形槽主要荷載有結(jié)構(gòu)自重、土壓力、水壓力、列車荷載、基底反力等，水壓力可按靜水壓力計算。設(shè)計中應(yīng)考慮水位變化情況，按最不利工況計算水壓力及浮力。U形槽基底分布有松軟土?xí)r，應(yīng)對地基承載力及沉降進行驗算，不滿足條件時應(yīng)采取地基加固措施。U形槽基底承載力驗算及沉降值計算可參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[6]中的規(guī)定執(zhí)行，工后沉降應(yīng)滿足《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》[7]中的相關(guān)要求。

U形槽應(yīng)進行抗浮穩(wěn)定性驗算。目前，有多部國家標(biāo)準(zhǔn)涉及到結(jié)構(gòu)抗浮驗算的內(nèi)容，且不同規(guī)范對抗浮驗算的規(guī)定不盡相同[8]?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)不計地層側(cè)摩阻力時不應(yīng)小于1.05，當(dāng)計入地層側(cè)摩阻力時，可采用1.10～1.15的抗浮安全系數(shù)[9]。當(dāng)建筑物位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基時，按設(shè)防水位的100%計算浮力；當(dāng)建筑物位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基時，按設(shè)防水位的50%計算浮力；當(dāng)建筑物位于黏性土地基時，其浮力難以確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際情況綜合考慮[10]?？垢×σ话阌薪Y(jié)構(gòu)及軌道恒載自重、結(jié)構(gòu)上覆土自重、以及結(jié)構(gòu)側(cè)壁摩阻力，其它抗浮措施附加力等。

U形封閉結(jié)構(gòu)抗浮計算如下

(2)

式中，G為U形槽結(jié)構(gòu)及地板懸挑以上土體自重；f為U形槽側(cè)壁摩阻力；Gf為其它抗浮措施附加力；η為浮力折減系數(shù)。

U形槽防水等級一般為二級，不允許漏水，可有少量濕漬，結(jié)構(gòu)主體一般采用防水混凝土澆筑，抗?jié)B等級一般為P6或P8。外包防水層一般采用高分子防水卷材，施工縫可采用鋼邊橡膠止水帶止水，變形縫一般采用鋼邊橡膠止水帶及外貼式止水帶止水。U形槽結(jié)構(gòu)計算模型如圖4所示。

圖4 U形槽結(jié)構(gòu)計算模型

U形封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計算結(jié)果如表3所示。

表3 U形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計算

3 結(jié)束語

U形槽結(jié)構(gòu)具有剛度大、變形小、穩(wěn)定性好、收坡防水效果優(yōu)良等特點，特別適用于地下水豐富、放坡條件受到限制的挖方路基地段[11]。U形槽結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，主要有水土壓力、列車荷載、自重荷載、浮力、基底反力等。計算時需要考慮地下水位的變化、列車通過情況、施工及運營等多種工況。

錨索、排樁結(jié)構(gòu)控制變形效果較好，施工機械體積較小，適合在空間受限的既有線附近作業(yè)。計算時應(yīng)注意施工、臨時荷載，施工工序等對結(jié)構(gòu)受力的影響。

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