陡坡地段鐵路橋梁設(shè)計(jì)

陳 林

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100055)

陡坡地段鐵路橋梁設(shè)計(jì)

陳 林

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100055)

結(jié)合陡坡地段橋梁設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)走行于陡坡地段的鐵路，進(jìn)行橋梁、路基的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定合理的橋梁路基設(shè)計(jì)分段，并提出適用于陡坡地段的特殊橋臺(tái)設(shè)計(jì)。

陡坡 路橋比選 特殊橋臺(tái)設(shè)計(jì)

1 工程概況

南廣鐵路為新建時(shí)速250 km客貨共線雙線鐵路，最小曲線半徑5 500 m。南廣鐵路建城河特大橋位于廣東云浮市郁南縣都城鎮(zhèn)境內(nèi)，西江南側(cè)，該區(qū)域地形起伏較大，多以兩山夾一谷，或山體連綿起伏地形為主。建城河特大橋自西北向東南斜跨改建后的建城河后緊貼陡峭山坡前行，在山坡中部設(shè)置兩孔24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁后設(shè)置橋臺(tái)，臺(tái)尾處鐵路路肩至山坡坡腳高差約18 m。鐵路線受隧道進(jìn)口控制，路橋分界處，橋臺(tái)設(shè)計(jì)及臺(tái)尾路基設(shè)計(jì)條件均較差。

2 工程地質(zhì)條件

橋址區(qū)主要為第四系沖洪積及殘坡積層、白堊系中統(tǒng)含礫砂巖、石英砂巖及泥質(zhì)砂巖，橋梁路基分界里程附近巖層由上至下分述如下：

全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，巖芯多呈土狀，揭露厚度0.4～16.5 m，層頂高程4.3～36.5 m。該層在橋址區(qū)分布于IDK282+610～I(xiàn)DK283+130，呈層狀產(chǎn)出。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀，揭露厚度9.5～30.8 m，層頂高程-11.6～33.8 m。該層在橋址區(qū)分布于IDK283+610～I(xiàn)DK283+130，呈層狀產(chǎn)出。

弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈柱狀，層頂高程-26.1～-20.4 m。該層在橋址區(qū)分布于IDK282+610～I(xiàn)DK283+130，呈層狀產(chǎn)出。

地質(zhì)縱斷面見圖1，地質(zhì)橫斷面見圖2。

圖1 地質(zhì)縱斷面(單位：m)

圖2 地質(zhì)橫斷面(單位：m)

3 橋梁路基方案比選

建城河特大橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越建城河后，向靠近山坡方向山坡外緣地帶走行，采用2-24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁過渡后，線路中心處填土高度降至3.7 m，符合設(shè)置橋臺(tái)的要求，暫設(shè)臺(tái)長(zhǎng)為7.2 m的雙線矩形空心橋臺(tái)，臺(tái)尾里程為IDK283+108.67。臺(tái)后IDK283+108.67～I(xiàn)DK283+130里程段落橫向邊坡較陡峭，山坡坡腳即為河道，路基設(shè)計(jì)有一定困難，遂將IDK283+108.67～I(xiàn)DK283+130里程段落進(jìn)行路橋比較，以確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

3.1 按路基設(shè)計(jì)

若按路基設(shè)計(jì)，IDK283+108.67～I(xiàn)DK283+130段落路基為半填半挖形式，因橫向邊坡較陡峭，且山坡坡腳即為建城河河道，需進(jìn)行路堤填筑收坡處理。經(jīng)過對(duì)該段地形進(jìn)行研究，設(shè)置重力式擋墻或衡重式擋墻均有一定困難，且路基沉降較難控制，因而考慮適應(yīng)地形能力更強(qiáng)的樁基擋墻。設(shè)置樁基擋墻的缺點(diǎn)是對(duì)地形改變比較大。

3.2 按橋梁設(shè)計(jì)

若按橋梁設(shè)計(jì)，首先考慮增加梁橋孔數(shù)，因橫向坡度較大，且該段大部分范圍為挖方段。為滿足橋梁檢修要求，預(yù)留梁下檢修空間后，靠山坡側(cè)需進(jìn)行較大規(guī)模刷坡，基坑開挖深度較大，施工過程對(duì)邊坡地形改變較大，后續(xù)邊坡防護(hù)工程量也較大，經(jīng)濟(jì)性較差。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)，各種地形均能實(shí)施。

按橋梁設(shè)計(jì)，除延孔的方案外，本次著重推薦另一種橋梁結(jié)構(gòu)方案：即在普通橋臺(tái)臺(tái)后增加一個(gè)特殊橋臺(tái)的方案，簡(jiǎn)稱橋臺(tái)臺(tái)后加臺(tái)方案。加臺(tái)的設(shè)計(jì)采用道砟槽板下直接設(shè)樁基承臺(tái)的形式，這種無臺(tái)身的設(shè)計(jì)大大降低了基坑開挖量，加臺(tái)的長(zhǎng)度可以根據(jù)需要調(diào)整，即加臺(tái)長(zhǎng)度延伸至路基便于設(shè)置普通擋土墻的位置。因山勢(shì)較陡峭，且施工面位于半坡中，若采用鉆孔樁施工有困難，在地質(zhì)條件允許的情況下可采用挖孔樁施工。臺(tái)后加臺(tái)的設(shè)計(jì)較延孔方案造價(jià)大大降低，且很好地銜接了路基的處理。同時(shí)，橋臺(tái)加臺(tái)設(shè)計(jì)方案能適應(yīng)不同的地形條件，適應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)造價(jià)較采用路基樁基擋墻方案低。

將上述方案進(jìn)行匯總比較，見表1。

表1 路橋?qū)Ρ缺容^

本工程受地形條件限制，路橋比較段IDK283+108.67～I(xiàn)DK283+124.90里程范圍，設(shè)置普通擋墻較困難，因此該段落采用臺(tái)后加臺(tái)設(shè)計(jì)方案，加臺(tái)臺(tái)尾里程設(shè)置至IDK283+124.90，IDK283+124.9～I(xiàn)DK283+130段落采用普通擋墻處理即可。

4 特殊橋臺(tái)設(shè)計(jì)

臺(tái)后加臺(tái)作為一種特殊設(shè)計(jì)的橋臺(tái)，是獨(dú)立受力的結(jié)構(gòu)，由臺(tái)頂?shù)理牟郯?、承臺(tái)以及樁基構(gòu)成。無臺(tái)身的設(shè)計(jì)大大降低了圬工量，且具有更強(qiáng)的承受上部水平力的能力。臺(tái)頂?shù)理牟郯宄叽缂笆芰胀蚺_(tái)，道砟槽板同承臺(tái)應(yīng)該有較強(qiáng)的連接，道砟槽板豎向鋼筋應(yīng)該在承臺(tái)內(nèi)有一定錨固長(zhǎng)度，故承臺(tái)鋼筋綁扎時(shí)應(yīng)預(yù)埋道砟槽板豎向伸入承臺(tái)的鋼筋。

樁基設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮側(cè)向土壓力的影響，由于橫向邊坡坡率較大，加上承臺(tái)或樁基一側(cè)可能裸露，使樁基承受更大的橫向力，樁頂剪力達(dá)到最大。為抗剪要求，一般選擇樁徑較大的樁，樁徑一般不小于1.2 m。樁基受力分析中，考慮承臺(tái)側(cè)向土壓力，樁身外側(cè)至山坡地面線水平凈距小于3 m者，樁身按自由長(zhǎng)度考慮，并考慮樁身側(cè)向土壓力。主動(dòng)土壓力公式

土壓力的著力點(diǎn)至計(jì)算土層底面的距離為

主動(dòng)土壓力系數(shù)為

λ=

土壓力計(jì)算見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》附錄A主動(dòng)土壓力計(jì)算。

加臺(tái)樁基與普通橋臺(tái)樁基樁間凈距滿足《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，加臺(tái)與普通橋臺(tái)之間縫隙采用瀝青木板填塞。

因普通橋臺(tái)錐體已經(jīng)不需要考慮擋土的作用，故取消普通橋臺(tái)錐體防護(hù)，但為保證普通橋臺(tái)樁基結(jié)構(gòu)安全，需根據(jù)實(shí)際地形情況進(jìn)行承臺(tái)頂回填土并鋪砌表面，避免因邊坡較陡，流水沖刷承臺(tái)頂土體，造成水土流失，影響樁基結(jié)構(gòu)安全。

廣州側(cè)橋臺(tái)和臺(tái)后加臺(tái)立面見圖3。

圖3 廣州側(cè)橋臺(tái)及加臺(tái)基礎(chǔ)橫向布置(單位：m)

5 結(jié)論

陡坡地段橋梁設(shè)計(jì)，需要結(jié)合陡坡段實(shí)際地形，地質(zhì)條件，及線路平縱斷與邊坡的相對(duì)位置關(guān)系，綜合分析比較路基、橋梁的設(shè)計(jì)方案，確定相對(duì)安全可靠，又節(jié)省造價(jià)，且易于施工的方案。經(jīng)綜合比較，選擇橋臺(tái)臺(tái)后加臺(tái)設(shè)計(jì)方案，加臺(tái)的長(zhǎng)度可根據(jù)地形的要求設(shè)定，當(dāng)長(zhǎng)度較大時(shí)可分開設(shè)置，即設(shè)置多個(gè)加臺(tái)，故臺(tái)后加臺(tái)對(duì)不同地形的適應(yīng)能力較強(qiáng)，并且造價(jià)相對(duì)較低，對(duì)邊坡地形的改變也不大，同時(shí)也方便施工。因此，橋臺(tái)臺(tái)后加臺(tái)設(shè)計(jì)方案是鐵路通過較難處理陡坡地段的較優(yōu)選擇。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.5—2005鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10025—2006鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006

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DesignonRailwayBridgeThroughSteepSlopeArea

CHEN Lin

2013-12-05

陳 林(1980—)，男，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，E-mail:85395729@qq.com。

1672-7479(2014)01-0090-04

U442.5

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