鐵路工程鋼便橋拔樁的理論分析和實踐
——以馬來西亞某鐵路工程為例

張俊松

中交第一航務工程局有限公司，天津 300456

1 工程概況

1.1 項目背景

馬來西亞東部沿海鐵路項目位于馬來西亞半島東海岸，是“一帶一路”沿線上最大的交通基建工程，是中國企業目前在境外簽署的規模最大的工程項目，也是迄今為止中馬之間最大的經貿合作項目。該項目政治意義重大，國際關注度高。線路的起點位于吉蘭丹州內的哥打巴魯，終點位于雪蘭莪州內的巴生港，全長約640km，工程規模巨大。按總體規劃，線路范圍內橋梁總長度約130km。

馬來西亞東海岸水系發達，大小河流、溝渠密布。在鐵路建設過程中，需要建造大量的鋼便橋以供水上作業使用，鐵路建設竣工前，需要對鋼便橋進行拆除。馬東鐵項目在2018年由于政府換屆選舉停工，并于2019年4月重啟，線路發生重大調整，線路上建設完成的鋼便橋需予以拆除，并在新線路上完成新建。

1.2 設計標準

常規鋼便橋的關鍵設計參數為設計跨度，分別為6m、9m和12m，采用不同的跨度對工程量有較大影響，同時也對鋼便橋拆除能力有不同的要求。鋼便橋標準橫斷面具體如圖1所示。

圖1 鋼便橋標準橫斷面

1.3 地質及水文

馬來西亞半島中部為多條平行于半島走向的山脈，把半島分割成東部濱海帶、中央山地帶和西部濱海帶三個地理區域高、兩側低的地勢。擬建鐵路主要位于東部濱海帶和中央山地帶。

沿線地表水主要存在于河流溝谷和湖泊內，沿線河流較多，尤其在東部降水量較大的地區，主要河流有S.Kelantan、S.Peng Datu、S.Semerak、S.Besut、S.Terengganu、S.Dugun、S.Paka、S.Kemaman、S.Kuantan、S.Pahang等，這些河流向東流入南海。地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要貯藏在于山區、平原區的粉質黏土、粉土、粉細砂等地層中。

東部濱海平原區海拔較低，距離南海較近，其地表水和地下水具有較強的侵蝕性。在中央山地丘陵區，地表水或地下水一般不具有侵蝕性。東部濱海帶（主線DK0+000～DK341+000）宏觀地勢西高東低，有大量發源于中央山地帶的河流，由西向東流入南海。該區主要為河流沖積平原區，地形相對平緩略向東傾。地層以第四系沖洪積層為主。距離南海較近，地下水埋藏一般較淺，在緩慢水流環境中沉積的黏性土，多呈軟塑～流塑狀，承載力低，屬于軟土。

中央山地帶（主線DK341+000～DK640）宏觀地勢略向東南傾斜，該區分布有Timur、Tahan、Bajara等近南北走向的山脈，地形高低起伏，落差較大。該區主要為低山丘陵區，靠近Bajaran山脈（Bentong），相對高差較大，平均海拔為40～1050m。地表以第四系沖洪積層、坡積層為主，基巖主要以中生代花崗類巖石、石英巖和奧陶系至志留系的千枚巖、片巖、頁巖為主。

1.4 地震動參數

馬來西亞半島位于Sunda大陸架（Sunda Shelf），地質結構較為穩定，地震危險水平處于低～中級別。依據東南亞地震烈度圖，對地震動峰值加速度進行劃分，具體如表1所示。

表1 沿線地震動峰值加速度區劃表

2 鋼便橋拔樁方案

2.1 不同跨度鋼便橋的鋼管樁拔除方案

（1）鋼便橋跨度為6m，采用55t履帶吊配合90型振動錘即可拔除，現場需要做好安全環保等措施。

（2）鋼便橋跨度為9m，采用75t履帶吊配合90型振動錘即可拔除，現場需要做好安全環保等措施。

（3）鋼便橋跨度為12m，采用100t履帶吊配合90型振動錘即可拔除，現場需要做好安全環保等措施。但由于鋼便橋的寬度為6m，100t履帶吊無法在便橋上行駛，因此需采用75t履帶吊配合進行鋼管樁拔除作業。同時，還需增加打設鋼管樁和貝雷梁懸挑段，履帶吊行進至約9m位置處進行拔除作業[1]。貝雷梁懸挑段加固詳細步驟如下：①加工2根24m周轉使用鋼管樁、1根雙拼40#工字鋼支撐梁；②距懸挑貝雷梁前端兩側各打入1根鋼管樁，端頭低于貝雷梁下弦35～40cm；③在臨時支撐鋼管樁頂安放雙拼40#工字鋼梁；④將貝雷梁與40#工字鋼間縫隙用薄鋼板塞緊，前端略翹起2～3cm；⑤前端6m重新鋪25#工字鋼找平橋面；⑥利用75t履帶吊進行拔樁，回轉半徑為9m。

2.2 不同地質條件下的鋼管樁拔除方案

振動狀態下，樁周土體的特性離散性較大，但極限抗拔力一般比樁基極限側阻力小。根據砂土和黏性土的特性，砂土抗拔系數一般為0.5～0.7，黏性土抗拔系數一般可取0.7～0.8。對于可振動液化的土層，如細砂、粉細砂及粉土，液化狀態下，極限抗拔力可忽略不計[2]。本節主要針對12m標準跨方案黏性土地質條件進行分析。

（1）有限元分析。鑒于振動狀態下樁基拔除受地質影響較大，最可靠的方法如下：首先通過現場試驗對其影響進行驗證；然后監測并積累拔樁過程中的拔力變化；最后通過有限元分析軟件進行相關模擬[3]。文章采用鋼便橋內力計算通過采用Autodesk公司的有限元分析軟件Robot建立主棧橋三維模型進行有限元計算。鋼便橋樁基均采用直徑為0.63m的鋼管樁，壁厚10mm，橫向間距為1.83m，鋼材采用Q235，鋼管樁樁入土深度為12.0m。橋梁臨時跨為6m，標準跨12m。

（2）樁基抗拔。經理論計算，樁基抗拔力小于履帶吊回轉半徑提供的上拔力，安全系數為1.24。

（3）樁基承載力。經理論計算，新打設的鋼管樁樁基承載力大于履帶吊拔樁施工作用的荷載產生的內力，安全系數為1.43。

3 現場檢驗及建議

（1）標準跨6m。無論黏性土還是砂性土地質，采用55t履帶吊配合90型振動錘均可安全拔除。

（2）標準跨9m。無論黏性土還是砂性土地質，采用75t履帶吊配合90型振動錘均可安全拔除，其中黏性土層承載力較高，而且土層較厚的情況下，拔樁稍有困難。

（3）標準跨12m。無論黏性土還是砂性土地質，采用100t履帶吊配合90型振動錘均可以拔除，其中黏性土層承載力較高，而且在土層較厚的情況下，拔樁困難；砂性土地基在振動狀態下液化，抗拔側阻明顯下降，拔樁較為容易。采用75t履帶吊配合振動錘方案需要增打鋼管樁、架設貝雷梁懸挑段，方可成功拔樁。

（4）設計考量。根據河床地質斷面，優化標準跨度。鋼便橋設計過程中應充分考慮地質條件，砂性土地質標準跨度可以放大至12m，確保鋼便橋能夠被順利拆除。設計過程中，還應考慮拔樁時履帶吊的作業半徑和起吊能力，盡量減少對當地河床造成的影響。

（5）水上拔樁。根據當地資源及河流通航條件，在有條件且具有技術經濟性的情況下，可以選擇水上拔樁。

（6）使用時間。隨著鐵路施工的展開，大量的施工設備從鋼便橋上通過，鋼管樁與周邊土層結合較為緊密，抗拔側阻逐步增加，應予以拔樁實施方案足夠的重視。

4 結束語

綜上所述，鋼便橋作為線性工程中常見的臨時施工措施，采用鋼管樁+貝雷梁結構形式的鋼便橋其跨度較型鋼結構具有明顯優勢，能有效減少鋼便橋用鋼量，因此得到了廣泛使用。文章通過理論分析對比及現場實踐檢驗，確定了最終方案，并順利完成了拆除作業，取得了良好的成效，為在馬來西亞東部沿海地區進行鋼管樁打設和拔出積累了寶貴的施工經驗。