淺析河灘地區道路下穿既有鐵路施工要點

王杰

摘要：文中以永靖縣污水處理廠進場道路下穿劉家峽鐵路專用線橋梁工程為例，介紹了河灘地區新建道路下穿既有鐵路橋梁的施工要點。由于本工點所處的河灘地區，地下水位埋深淺，地質條件差，且有較厚的淤泥層，所以計算的樁基長度較長。基礎采用人工挖孔灌注樁，這些不利因素給橋梁樁基礎施工增加了難度。既有線下施工不能中斷行車，因此需要采用D梁加固線路，保證施工時列車能夠降速通行。基礎施工前采用輕型井點降水，人工挖孔時采用帶護壁開挖，并實時監測孔底水位和孔內氧氣濃度是否穩定。主梁的施工，在現場整平場地，進行預制養護，然后通過兩輛吊梁天車將主梁吊起放置到設計位置。通過midascivil軟件對主梁結構進行驗算，得出最不利荷載組合下主梁結構的應力、裂縫及撓度滿足規范要求。

關鍵詞：河灘;道路;下穿;鐵路橋梁;人工挖孔樁;輕型井點降水

中圖分類號：U24? ? ? ? 文獻標識碼：B

1 引言

在城市地區新建道路，將不可避免產生下穿既有鐵路的工程。對于河灘地區，由于土質較差，地下水埋深淺，淤泥層較厚，而且鐵路荷載大，通常需要采用長度較長的人工挖孔樁才能滿足要求，這對橋梁樁基礎施工增加了難度。為降低施工風險，保證施工人員的安全，使得道路順利下穿既有鐵路，采用合理的施工技術是非常必要的。

2 工程概況

永靖縣污水處理廠位于太極中路大川延伸段北側，劉家峽鐵路專用線位于廠區和太極中路之間。廠區擬新建寬度為8米的進場道路，下穿鐵路路基，并連接到太極中路大川延伸段。設計將既有鐵路路基挖開，改建成1-10.5m簡支板梁橋，保證橋下道路凈空不小于4米，以滿足消防車通過的最小凈空要求。橋址位于黃河沖積階地區，階地地形相對較平坦，工點處地表水主要為灌溉渠水及魚塘水。橋位附近地下水主要為第四系孔隙潛水，地下水位埋深

1.3～6.3m。工程區域在Ⅱ類場地條件下地震動峰值加速度值為0.20g，屬于高烈度地震區。橋址范圍內特殊巖土主要為軟弱地基土，分布于橋址區范圍內的飽和粉土、流塑及軟塑粉質黏土。因長期浸水，含水率高，壓縮性高，承載力低，工程性質差，為軟弱地基。

橋梁中心里程為K31+968.2，位于直線上，按正交設置，上部結構采用10.5m鋼筋混凝土板梁，簡支結構，預制梁高0.6m，頂寬6.5m，底寬4.5m，懸臂端1m，整體式板梁。橋臺采用樁基接冠梁型式，橋臺兩側設八字翼墻，翼墻設置護面鋼筋，八字翼墻基底處理采用1：2砂石換填1.5m厚。基礎采用兩根邊長1.5m的正方形挖孔灌注樁。支座類型為鐵路簡支梁橋球型鋼支座，小里程側設置固定支座，大里程側設置縱向活動支座。

新建進場道路與劉家峽鐵路、太極中路的平面位置關系如圖1。

3 施工要點

3.1 線路加固

臨近既有線施工，不能中斷行車，施工冠梁和樁基礎及八字翼墻前利用1孔Lp=24mD型施工便梁對線路加固，并采用14根D=1.25m人工挖孔樁對鐵路路基進行防護，以保證施工期間列車限速45km/h通行。

3.2 主梁預制吊裝

（1）主梁預制

在施工現場選擇合適的預制場地，設置制梁臺座，綁扎鋼筋和澆筑主梁混凝土，并將支座頂板與主梁底面連接安裝。待橋臺施工完成后，將支座底板與墩頂墊石連接安裝，利用兩臺吊梁天車起吊預制好的主梁，放置到設計位置。

（2）主梁吊裝

主梁的吊裝主要有四個步驟，即起吊，縱移，橫移，落梁，都需要兩臺吊梁天車相互配合完成。起吊過程，需要前吊梁天車將主梁前端吊起，并向前移動，使主梁后端到達后吊梁天車位置時吊起主梁后端，起吊過程要平穩，防止主梁發生傾覆。梁的縱移和橫移過程中，前后吊梁天車盡量保持勻速行進，使梁體移動時能夠保持水平、平穩狀態，防止由于前后吊梁天車速度不均而產生太大的沖擊力，影響主梁的架設。落梁就位需要人工進行引導，保證將主梁準確放置到設計位置[1]。

3.3 下部結構施工

（1）人工挖孔樁

D型施工便梁支座采用D=1.25m挖孔灌注樁，橋臺樁基采用邊長1.5m正方形挖孔灌注樁，路基防護樁采用D=1.25m挖孔灌注樁。工點處地下水位埋深淺，采用人工挖孔樁，必須對場地內進行降水處理，施工前做好降水設計和施工，等到孔內水位下降到一定位置后再進行施工。工程地質條件較差，基坑開挖坑壁極易坍塌及產生涌水、涌砂等地質災害，必須采用帶護壁開挖，成孔后及時澆筑相應段的混凝土護壁，再進行下一段的施工。

放入鋼筋籠后，澆筑樁身混凝土時，必須保證孔內無水，防止孔內積水影響混凝土強度。當孔底有積水時，利用潛水泵抽水，抽干后方可繼續澆筑混凝土;當孔內水量過大，抽水方法無法抽干時，可考慮澆筑水下混凝土的施工工藝[2]。

（2）橋臺冠梁

采用樁基接冠梁的橋臺形式，冠梁采用L型，既是主梁的支撐平臺，又兼有擋土的功能。冠梁在線路下進行現澆施工，施工必須在列車運行間隙進行并做好防護，確保行車安全。

3.4 輕型井點降水

由于本工點范圍內地下水位埋深淺，粉土層厚5.8～7.5m，粉質黏土層厚0～2.4m，在人工挖孔過程中較易產生流砂、管涌，甚至造成坑壁坍塌。因此在開挖基坑前，采用輕型井點降水的方法，使坑內水位下降，從而保證開挖過程的安全進行。同時在施工過程中，要每隔一段時間檢查降水情況以及坑壁穩定情況，如有異常，立即停止開挖，保證施工人員的安全，并及時處理問題[3]。

4 主梁計算

利用Midas Civil程序建立空間模型，進行結構內力計算。計算得到各控制截面對應的最不利荷載組合情況下的位移、彎矩、壓力、剪力最大值，對控制截面輸入鋼筋數量，對結構進行設計分析，驗算結構應力、裂縫及撓度是否滿足規范要求。

建立主梁模型如圖2。

結構計算考慮以下荷載：

（1）恒載（主力）

包括結構及附屬設備自重，梁體圬工容重取26.5kN/m。

（2）活載（主力）

設計活載采用ZKH活載。

（3）溫度力

結構整體升溫按25℃考慮。

（4）制動力或牽引力（附加力）

按豎向靜活載的10%計算。但沖擊力同時計算時，制動力或牽引力按豎向靜活載的7%計算。制動力或牽引力作用在軌頂以上2m處，但計算橋墩時移至支座中心處。

（5）橫向搖擺力（主力）

作用在軌頂面處，其值為100kN。

（6）支座摩阻力（主力）

活動支座摩阻力只考慮恒載作用引起的支座摩阻力，支座摩阻系數取0.05。

（7）風力（附加力）

按《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002-2017）第4.4.1條計算[4]。

（8）特殊荷載

地震力：按《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）規定計算，梁體橫向傾覆滿足規范要求[5]。

鐵路上的結構按照容許應力法計算，荷載組合考慮主力組合和主加附組合，通過有限元軟件計算來驗證結構的安全可靠。

控制截面處彎矩、反力及撓度的計算結果如表1。

考慮鋼筋和混凝土共同受力，通過Midas軟件計算分析得到控制截面處鋼筋拉應力、混凝土壓應力、混凝土剪應力及裂縫寬度的計算結果如表2。

根據《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（TB 10092-2017）一般規定，可知主梁結構的應力、裂縫及撓度都可以滿足規范要求[6]。

5 結語

（1）在新建道路下穿既有鐵路時，由于鐵路正在運營，施工不能影響列車運行，必須利用D梁加固線路，然后才可以施工。

（2）由于1-10.5m板梁不是常規梁型，因此主梁在現場澆筑，并采用兩臺吊梁天車進行吊裝，吊裝過程要求水平、平穩，防止發生傾覆。

（3）由于工點處地下水位埋深淺，樁基穿過較厚的粉土層和粉質黏土層，為防止挖孔過程中孔底積水和孔壁坍塌，在施工前進行輕型井點降水和開挖時采用帶護壁開挖。

（4）在最不利荷載組合情況下，主梁的主筋拉應力、混凝土壓應力、混凝土剪應力、裂縫寬度及跨中撓度都滿足規范要求，主梁結構安全。

參考文獻：

[1] 李薇. 淺談預制梁吊裝施工工藝[J]. 城市建筑， 2016（21）：67-67

[2]曹軍. 淺論人工挖孔樁施工中常見問題及應對措施[J]. 經濟技術協作信息， 2010（9）：144-144

[3]郭煜. 多級輕型井點降水的應用[J]. 土工基礎， 2002， 16（2）

[4] TB 10002-2017鐵路橋涵設計規范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017

[5] GB 50111-2006鐵路工程抗震設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社， 2009

[6] TB 10092-2017鐵路橋涵混凝土結構設計規范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017