某鐵路路基鄰近既有橋梁墩臺時處理措施研究

白 楷，寧 銳

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

1 工程概況

某機場路高架橋T16號～T17號墩跨越鐵路上行疏解線、牽出線及下行線路基，T17號墩及其基礎結構已進入鐵路路基邊坡范圍以內，高架橋與鐵路路基的位置關系如圖1所示。

圖1 機場路高架橋與鐵路路基橫斷面(單位:m)

圖1中3條鐵路線L1，L2，L3分別為上行疏解線、牽出線和下行線;鐵路的地基處理均采用旋噴樁加固，樁間距為1.8 m;高架橋T17號墩的承臺及樁基目前已施工完畢。

2 工程地質條件

本工段橋址范圍內廣泛分布有濱海相沉積的淤泥、淤泥質(粉質)黏性土及黏性土等軟土層，具有強度低、壓縮性高、滲透性低等特點，工程地質條件較差。T17號墩的地質情況斷面如圖2所示，各土層地質參數詳見表1。

圖2 T17號墩地質情況斷面(單位:m)

表1 高架橋跨越鐵路工段土層的地質參數

3 橋梁結構布置及基礎水承載力特征值

高架橋T17號墩承臺尺寸為7 m×9.5 m(順橋向×橫橋向);雙立柱接蓋梁結構，立柱尺寸為2.5 m×2 m(順橋向×橫橋向)，雙立柱凈間距4.5 m，蓋梁尺寸為2.7 m×23.5 m(順橋向×橫橋向);T16號～T17號墩上部結構為跨徑45 m先簡支后連續預應力小箱梁，每跨8片，梁高2.5 m;T17號墩下部基礎結構為12根直徑1.0 m鉆孔灌注樁，主筋為20根Φ22HRB335鋼筋，樁長61.7 m。

經橋梁下部結構計算得，機場路高架橋T17號墩單樁基礎水平承載力特征值Rha=207.8 kN，群樁基礎水平承載力特征值Rh=241.3 kN。

4 擋土墻截面設計

在鐵路路基工程中，通常設置擋土墻支承路堤填土防止土體變形失穩。因此，為降低路基填土堆載和列車及軌道結構荷載對機場路高架橋T17號墩的影響，在鄰近橋墩一側的鐵路路基采用懸臂擋墻收坡，承受側向土壓力，以保證橋梁基礎及墩臺的安全，如圖3所示。

圖3 鐵路路基斷面上設置擋土墻示意

假定鐵路路基填土表面水平，列車和軌道荷載換算為路基面上的均布標準荷載Pk=59.7 kPa，地基容許承載力取［σ］=180 kPa，填土的標準容重 γt=20 kN/m3，內摩擦角 φ=40°，底板與地基摩擦系數 f=0.35，由于采用鋼筋混凝土擋土墻，墻背豎直且光滑，可假定墻背與填土之間的摩擦角δ=0。

擋土墻采用鋼筋混凝土結構，墻高低于6 m，選擇L形擋土墻。立臂高度設為3.8 m，立臂寬度為0.5 m;墻趾不凸出，即擋土墻設計斷面(立臂外側)不侵入橋墩承臺范圍以內，避免擋土墻對橋墩承臺產生影響;墻踵板寬度設為5.5 m，高度設為0.5 m;立臂與墻踵板倒角的豎向和橫向長度均設為1 m，如圖4所示。設計計算過程中，若不滿足強度和穩定性驗算條件，再相應調整尺寸。

5 擋土墻基礎承載力及整體穩定驗算

本次設計考慮有地震作用的不利組合的擋土墻設計。地震條件下，不但要考慮由于地震力的影響使土壓力產生的變化，還應考慮墻身自重產生的水平地震慣性力。

圖4 擋土墻設計計算(單位:mm)

在計算地震土壓力時，只考慮水平地震加速度的影響，采用靜力法進行。與一般土壓力計算的不同之處在于多考慮了由破裂棱體自重所引起的水平地震力。破裂棱體重力與地震力之合力偏離鉛垂線的角度稱為地震角，按下式計算

η=arctan(Cz·kH)

式中 Cz——綜合影響因素，表示結構體系的地震反應與理論計算間的差異，取0.25;

kH——水平地震系數，基本烈度為7度時，kH=0.1。

假定在地震條件下填土的內摩擦角φ=30°和墻背摩擦角δ=0°不變，可用下列各值

分別取代γ、φ、δ，直接采用一般庫侖土壓力公式計算地震土壓力

由此得到地震時的土壓力

水平分力

在墻身自重產生的水平地震慣性力時，由于一般結構物在豎向有較大的強度儲備，在多數情況下可忽略豎向地震力的影響，認為結構物的破壞主要是由于水平方向的地震力所引起。

根據程序計算所得參數進行以下驗算。

(1)地基承載力驗算

由擋土墻底板兩邊緣點豎直壓應力的數值計算結果可得地基壓力

其中，σ1=179.72 kPa＜［σ］=180 kPa，滿足地基承載力穩定條件。

由此也可反算出基底偏心距e0=0.25 m＜B/6=0.92 m(滿足)。

(2)抗傾覆穩定驗算

穩定力系對墻趾D點的總力矩

Mzk=2 107.16 kN·m/m

傾覆力系對墻趾D點的總力矩

(3)抗滑穩定驗算

豎向荷載Gk=777.75 kN/m

抗滑力Gk·f=777.75×0.35=272.21 kN/m

滑移力E=Ex=81.74 kN/m

6 擋土墻結構設計

擋土墻立臂與底板均采用C20混凝土和Ⅱ級鋼筋，fck=13.4 MPa，ftk=1.54 MPa，fy=300 MPa，Es=2×105MPa。

(1)立臂設計

考慮地震作用下的水平土壓力和墻身自重產生的水平地震慣性力，底截面設計彎矩

M=1.2Ex·Z'f+1.2 × 0.025Gi·xi

鋼筋混凝土標準容重γk=25 kN/m3，立臂自重力

則設計彎矩

標準彎矩

強度計算:取h0=500-20=480 mm，b=1 000 mm

根據力臂強度計算，設計選配φ22@250，滿足配筋要求。

(2)底板設計

底板最大彎矩位置位于墻踵板與立臂交界處C點附近

其標準彎矩Mk=249.21 kN·m/m

設計彎矩M=1.2Mk=299.05 kN·m/m

墻踵板強度設計

根據底板強度計算，設計選配φ22 mm@250 mm，滿足配筋要求。

7 樁基水平承載力校核

依據設計的擋土墻及上述計算結果，作用在T17號橋墩承臺上的庫侖主動土壓力水平分力為每延米81.74 kN。承臺橫橋向的長度為9.5 m，故總土壓力合力E=Ea×9.5 m=776.53 kN。均分得到基樁頂處的水平力為Eik=776.53/12=64.71 kN。機場路高架橋T17號墩單樁基礎水平承載力特征值Rha=207.8 kN，群樁基礎水平承載力特征值Rh=241.3 kN，均大于Eik，滿足樁基水平承載力的要求。

8 結語

對于鐵路路基鄰近既有橋梁墩臺及其基礎結構時，由于路基填土堆載和列車及軌道結構荷載必然會對橋墩產生一定影響，必須對橋梁結構安全問題進行分析。本工程鐵路路基采用結構輕型、占地少的懸臂式擋墻收坡處理，利用懸臂式擋墻承受水平力的特點，減小路基自身及上部荷載作用在橋梁墩臺結構的水平力，以保證橋梁結構的安全，具有借鑒的價值。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

［2］ 中華人民共和國交通部.JTG D63—2007 公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］ 中華人民共和國交通部.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］ 中華人民共和國建設部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.