孫新忠

（中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司，山西 太原030013）

D型便梁在鐵路既有線框構(gòu)橋及管涵頂進(jìn)時用于線路加固，使線路軌道結(jié)構(gòu)在施工過程中能夠保持正常的幾何形位，確保既有線正常運(yùn)營，在既有線施工中被廣泛應(yīng)用[1]。D型便梁其本質(zhì)是一種特殊的橋梁結(jié)構(gòu)，使用的前提是基礎(chǔ)的堅實穩(wěn)固，當(dāng)存在地下水位較高的特殊地質(zhì)情況而無法采用人工挖孔進(jìn)行支撐樁施工時D型便梁常常無法實施[2]。因此為確保施工期間鐵路運(yùn)營的安全，支撐樁的實施成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 工程簡介

懷安縣北環(huán)路拓寬改建項目1-14m框構(gòu)橋下穿京包線，橋址區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水。地下水主要賦存于第四系沖洪積層砂類土、碎石類土中，黏性土層透水性、富水性均較差，該層孔隙潛水具有明顯的季節(jié)變化特征，根據(jù)收集資料變化幅度約8-10m。勘察期間，擬建場區(qū)地下水埋深約1.5-3.7m，穩(wěn)定地下水標(biāo)高范圍787.01-788.96m。

頂進(jìn)框架橋線路采用（16+24+16）m高位D梁加固，軌底至梁底0.449m（16m梁控制），如圖1所示。

圖1 上行線框架立面圖

2 人工挖孔樁試樁

D型便梁采用樁基礎(chǔ)，一般情況下常規(guī)的D型便梁樁基礎(chǔ)距離線路中心約2.0m，由于距離較小，為保證既有線正常運(yùn)營，采用人工挖孔樁基礎(chǔ)。

為確保D型便梁的可實施性，需要正式施工前在同等地質(zhì)情況下，在既有鐵路附近進(jìn)行人工挖孔樁的試樁試驗，以確定現(xiàn)場是否具有人工挖孔的施工條件。試樁情況（見表1）。

表1

通過兩次試驗表明，由于地下水豐富，底層透水性強(qiáng)，在該處施工人工挖孔樁實施困難。

3 支撐樁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為確保D型便梁的樁基礎(chǔ)可以實現(xiàn)，將樁基礎(chǔ)的布置形式進(jìn)行調(diào)整，確保樁基礎(chǔ)距離既有線距離大于5.5m，以便于采用矮型鉆機(jī)實施鉆孔灌注樁施工。具體調(diào)整方案如下：

（1）16mD梁支撐采用直徑1.25m挖孔樁基礎(chǔ)，樁長8m，樁頂設(shè)置1.5m方形頂帽，厚度1m；24mD梁支撐采用3根1.5m鉆孔樁、樁長27m，樁頂設(shè)置0.9m-1.6m厚牛腿。牛腿頂面距離軌面0.75m。

（2）1.25m挖孔樁至線路中線2.2m，1.25m鉆孔樁距離線路5.85m。如圖2所示。

圖2 線路加固橫斷面圖

（3）牛腿施工前應(yīng)先進(jìn)行路基防護(hù)。

a.施工前在軌枕端頭與挖孔間順線路方向按間距0.8m打入長1.85m、直徑為32mm的螺紋鋼釬，打入深度不小于0.5m，再沿鋼釬位置打入10cm槽鋼，在槽鋼與軌枕間順線路方向設(shè)置長3.1m、高度與軌枕頂持平、截面為10cm×10cm的方木，將道碴堆放于軌枕與擋板間，為確保擋板穩(wěn)固，采用20mm的鋼筋鉤住軌底并穿過槽鋼通孔用螺帽緊固，20mm鋼筋鉤套橡膠絕緣套，避免減弱軌道電路。

b.施工時順線路方向采用C30混凝土護(hù)壁，厚度15cm-20cm，設(shè)置鋼筋網(wǎng)，鋼筋規(guī)格采用φ16圓鋼。每下挖0.5m澆筑一節(jié)護(hù)壁，待護(hù)壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后再進(jìn)行下挖，下挖時不拆除模板，用以保護(hù)護(hù)壁砼，防止震裂。護(hù)壁形式采用內(nèi)齒式護(hù)壁，上口20cm厚、下口15cm厚的C30混凝土護(hù)壁。如圖3所示。

圖3 上行線平面布置示意圖

c.牛腿兩側(cè)打入10cm槽鋼，并設(shè)置截面為10cm×10cm方木用于防護(hù)兩側(cè)道砟，防護(hù)長度3.3m-3.5m，槽鋼間設(shè)置I28b工字鋼橫撐。

采用矮型鉆機(jī)實施樁基礎(chǔ)，鉆機(jī)距離線路中心5.85m，機(jī)頂高于軌面0.74m。如圖4所示。

圖4 鉆機(jī)立面布置圖

4 支撐樁建模檢算

4.1 計算模型

采用midas civil建立梁單元模型計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，上部結(jié)構(gòu)荷載按支座實際位置施加，樁基約束根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363-2019）[3]，水平地基系數(shù)Cy=mh，其中h為深度，施加水平方向節(jié)點彈性約束于樁身各節(jié)點。

為簡化計算，按樁基+冠梁外露長度為7m計算。上、下行線支撐樁樁長27m，開挖后地面以下樁長21.6m，外露樁長5.4m。防護(hù)樁長15m。

計算荷載包括D型便梁自重、二期荷載、列車活載、風(fēng)力、搖擺力、溫差、土應(yīng)力。如圖5所示。

圖5 模型示意圖

4.2 計算結(jié)果

4.2.1 牛腿配筋計算

根據(jù)計算，牛腿根部剪應(yīng)力、鋼筋拉應(yīng)力、混凝土壓應(yīng)力、裂縫寬度均滿足《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB 10002-2017）[4]中的要求。

4.2.2 樁基計算

樁基計算時樁長按摩擦樁計算，由于樁間距小于2.5d，1.25m樁對樁側(cè)抗力按0.75折減，施工階段計入1.2倍提高。按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB 10093-2017）[5]中6.2.2條中公式對樁基的軸向受壓和軸向受拉容許承載力進(jìn)行驗算（見表2）。

表2

受壓樁樁基配筋按圓形截面偏心受壓構(gòu)件計算，按《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10092-2017）[6]中第6.2.5條公式，采用secchek程序計算（見表3）。

表3

受拉樁樁基配筋按圓形截面偏心受拉構(gòu)件計算，由于鐵路規(guī)范中暫無偏心受拉構(gòu)件計算規(guī)定，按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）[7]中第5.4.4條規(guī)定進(jìn)行計算。荷載取1.4作用分項系數(shù)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1.1（見表4）。

表4

經(jīng)檢算，樁基、牛腿受力均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

面對地下水位較高的特殊地質(zhì)情況，當(dāng)無法采用人工挖孔進(jìn)行支撐樁施工時，為確保施工期間鐵路運(yùn)營的安全，可以調(diào)整支撐樁布置形式，通過增加牛腿，將樁基位置調(diào)整到滿足小型鉆機(jī)施工的位置。