便梁支墩設(shè)計方案比選優(yōu)化

陳衛(wèi)東

(安徽上鐵地方鐵路開發(fā)有限公司，安徽合肥 230041)

1 工程概況

淮北市新東外環(huán)路(南段)下穿符夾線鐵路立交橋工程，是淮北市外環(huán)道路的控制性工程。本立交橋位于符夾線K7+027.55處，為1座4×8.7 m分離式框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)凈高6.0 m，斜寬度58.84 m，斜長 13.62 m，立交橋軸線與鐵路法線交角為 44.59°。箱體兩端均設(shè)一段U形槽，與主體同時預(yù)制，同時頂進(jìn)，U形槽最小長度為3 m，最長側(cè)達(dá)13.62 m。

該工程的地質(zhì)條件為(從路基頂面起算):第一層約4.5 m厚的填土;第二層約2.2 m厚的粉質(zhì)粘土，承載力σ=180 kPa;第三層約4 m厚的粉質(zhì)粘土，承載力σ=350 kPa;以下是粉砂，承載力σ=120 kPa，該層為本下穿頂進(jìn)時支墩的持力層。

2 設(shè)計頂進(jìn)時便梁支墩方案

箱體在線外預(yù)制，在便梁加固線路前先進(jìn)行線路應(yīng)力放散，而后采用臨時支墩，架設(shè)D16便梁，進(jìn)行旋噴樁和鋼筋混凝土支墩的施工。線下支墩寬度3.0 m、深2.5 m、長6.0 m，支墩下設(shè)旋噴樁，樁徑0.6 m，深度10 m，間距0.5 m布置。便梁支墩剖面圖及高壓旋噴樁布置圖見圖1。

圖1 便梁支墩剖面圖及高壓旋噴樁布置圖

支墩完成后，線上架設(shè)D24便梁進(jìn)行線路加固，進(jìn)行1號箱體的頂進(jìn)作業(yè)。2號箱體頂進(jìn)時，D24便梁一端架設(shè)在旋噴樁鋼筋混凝土支墩上，一端架設(shè)在1號箱體的箱頂?shù)膲|木上。架設(shè)便梁前，在1號箱體內(nèi)，便梁支墩位置，設(shè)置鋼支撐，對1號箱體進(jìn)行加強。依次類推，逐孔頂進(jìn)。各孔頂進(jìn)到位后，線路恢復(fù)至原有線路狀態(tài)，并更換橋枕，安裝護(hù)軌，完成橋面及其附屬工程。

3 優(yōu)化后頂進(jìn)便梁支墩方案

因考慮施工對鐵路運輸?shù)挠绊懸约皽p少施工對營業(yè)線安全因素，采用人工挖孔樁和鋼筋混凝土支墩，施工方法同高壓旋噴樁。線下支墩寬度1.5 m、深1.5 m、長6.6 m，支墩下挖孔樁，樁徑1.5 m，深度10 m，每個支墩下按照2根布置。便梁支墩剖面圖及挖孔樁布置圖見圖2。

圖2 便梁支墩剖面圖及挖孔樁布置圖

支墩完成后，線上架設(shè)D24便梁進(jìn)行線路加固方案同設(shè)計方案。

根據(jù)有關(guān)資料，結(jié)合以前便梁支墩結(jié)構(gòu)的使用情況，由于頂進(jìn)時采用的是切土頂進(jìn)，所以只需要對地基承載力驗算即可。選用梁上及支墩后均布滿活載的最不利位置進(jìn)行檢算:按照連續(xù)整備機車計算，整備重量138 t，軸距15.6 m，取均布荷載8.85 t/m;查D型便梁使用說明書得，D24便梁重48.91 t;單樁自重17.67 t;每個支墩重14.8 t;線路、軌枕總重14.88 t。綜上，單根樁垂直力P=8.85 ×24/4+48.91/4+17.67+14.8/2+14.88/4=940.2 kN。

4 方案比選

4.1 經(jīng)濟情況比選

根據(jù)TB 10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范4.3.5條，列車的豎向荷載等于列車豎向靜活載乘以動力系數(shù)(1+μ)，1+μ=1+28/(40+L)=1+28/(40+24.12)=1.44，取 P=940.2 × 1.44=1 353.89 kN。挖孔樁單樁軸向受壓容許承載力計算:［P］=U∑liτi/2+ λm0A{［σ0］+K2γ2(h － 3)}=4.71 × 60 × (2.2+4+0.8)/2+0.65 × 1 × 1.77{120+2.0 × 19.4 × (10 － 3)}=1 439.64 kN，［P］＞ P 。

綜上，此方案施工能滿足要求，可以進(jìn)行實施。

根據(jù)方案，計算方案中每個支墩工程數(shù)量、造價比較見表1。

表1 計算方案中每個支墩工程數(shù)量、造價比較表

以上工作量，通過指標(biāo)計算得出:設(shè)計方案造價為:75 309元;優(yōu)化方案造價為:34 498元。通過造價比較，優(yōu)化后的挖孔樁支墩是可行的。

4.2 影響線路情況及其他比選

設(shè)計方案中工序如下:架設(shè)D16便梁→挖空線路下路基→旋噴樁施工→等待旋噴樁達(dá)到要求強度→清理基底→綁扎鋼筋、支立模板→澆筑支墩混凝土→等待支墩混凝土達(dá)到要求強度→回填→拆除便梁。此施工過程中，線路一直處于便梁上的懸空狀態(tài)，具有較多不安全因素。

優(yōu)化方案中工序如下:架設(shè)D16便梁→人工挖孔樁施工→孔內(nèi)綁扎鋼筋、澆筑混凝土→等待挖孔樁混凝土達(dá)到要求強度→挖空線路下路基→清理基底→綁扎鋼筋、支立模板→澆筑支墩混凝土→等待支墩混凝土達(dá)到要求強度→回填→拆除便梁。

顯然，優(yōu)化后的方案減少了過程中營業(yè)線存在的不安全因素，優(yōu)化后的方案更加可行。此外，設(shè)計方案在進(jìn)行2號箱、3號箱、4號箱頂進(jìn)時，要拆除臨時旋噴樁支墩，不論支墩是否完全拆除，都會使箱體產(chǎn)生不均勻沉降，且耗時巨大。優(yōu)化后的方案，挖孔樁的面積較小，有利快速拆除，且不會產(chǎn)生箱體的不均勻沉降。

5 結(jié)語

淮北市新東外環(huán)路(南段)下穿符夾線鐵路立交橋工程已按照挖孔樁便梁支墩安全順利施工完成，在保證安全、質(zhì)量等方面都能達(dá)到良好的效果，為以后同類型的下穿施工提供了良好的借鑒。雖然采用挖孔樁加固便梁支墩基礎(chǔ)的施工方法有一定限制，但在高路基、路基承載力較差以及小角度下穿等風(fēng)險性較高的地段，該方法是一種可行、有效的方法。

［1］中鐵寶橋天元實業(yè)發(fā)展有限公司.D型施工便梁使用說明書［Z］.

［2］凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［3］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.

［4］鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(橋涵)［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.