既有線下新建大跨斜交框架時線路加固方案探討

陳官峰

(內(nèi)蒙古鐵道勘察設(shè)計院有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000)

1 工程概況

本工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市內(nèi)，哈屯高勒大街東延段道路下穿既有包環(huán)鐵路K2+642處，既有線位于區(qū)間、單線，R=1 500 m曲線上，縱坡 i=1.1‰上坡，P50有縫鋼軌、混凝土枕(1 760根/km)，軌底高程1 020.51 m，路基填方3.0 m，地質(zhì)分別為素填土、中砂［σ］=150 kPa、礫砂［σ］=350 kPa、淤泥質(zhì)土［σ］=80 kPa、粉土［σ］=150 kPa、細(xì)角礫土［σ］=400 kPa。規(guī)劃下穿鐵路立交采用四孔(6.0 m+12.0 m+12.0 m+6.0 m)鋼筋混凝土框架，兩邊孔為分離式，中間兩孔為連體式，結(jié)構(gòu)高7.5 m，垂直線路方向?qū)挾葹?.5 m(不含懸臂)，框架軸線與既有線夾角為51°。

2 存在的主要問題

中間兩孔是連體結(jié)構(gòu)，斜交角度大，采用常規(guī)的D型便梁無法加固線路，而且附近受征地拆遷的影響，暫時無設(shè)工作坑的位置，而城市區(qū)域修建便線也是不可取的，常規(guī)做法只能采用橫抬縱挑梁法。本工程位于曲線地段，斜交角度大，結(jié)構(gòu)高度7.5 m，再考慮基底換填處理，土方開挖深度達(dá)到8.8 m，框架基底有一半落在淤泥質(zhì)土層上，基底承載力不足。若采用橫抬縱挑梁法會存在一些問題:

1)線路中心與框架頂進(jìn)最前端水平距離達(dá)到14.5 m，這樣使工字鋼橫梁的跨度太大，必然需要在線路外側(cè)再平行增加一排混凝土臨時支墩來減小橫抬梁的跨度，這樣箱體頂進(jìn)過程中碰到支墩時需要停止頂進(jìn)直到把臨時支墩全部拆除后才可繼續(xù)前行，在此期間可能會引起路基邊坡不穩(wěn)定而影響行車安全。

2)本箱體的結(jié)構(gòu)較高，與鐵路的交角很小，部分基底位于軟弱土層，從以往的工程實(shí)例中得到的經(jīng)驗(yàn)是邊頂進(jìn)邊換填處理基底比較困難，不易保證質(zhì)量，而且頂進(jìn)方向不易控制、頂進(jìn)后容易出現(xiàn)栽頭、平面偏差太大等缺陷。

3)頂進(jìn)工程需要做的準(zhǔn)備工作較多，如工作坑、后背樁、滑板等，使用的人工、機(jī)械、材料多，工期較長。

由于上述因素，結(jié)合現(xiàn)場的工程地質(zhì)等條件經(jīng)過多方案研討、比較，最后采取就地現(xiàn)澆方案。將線路加固后直接掏空路基施工。能有效地解決以上提到的安全、質(zhì)量問題，同時也縮短了工期、節(jié)省了費(fèi)用。本方案將“321”貝雷梁組合成的鋼桁梁作為縱梁，利用鉆孔樁做縱梁的支撐樁(墩)，Ⅰ56a型鋼作為橫抬梁，再配合3-7-3扣43 kg/m鋼軌吊軌梁，最終加固后將線路全部架空，如圖1～圖3所示。

3 線路加固原理

1)設(shè)計條件。荷載采用鐵路中—活載，設(shè)計速度按25 km/h考慮，主力及附加力均按照鐵路橋涵設(shè)計相關(guān)規(guī)范要求取值，按最不利組合情況進(jìn)行計算。

2)縱梁布置。平行既有線兩側(cè)主梁采用“321”貝雷梁進(jìn)行組合，每單片貝雷梁的外輪廓尺寸為3 000 mm(長)×1 500 mm(高)×176 mm(寬)，每側(cè)采用3個單片梁組成一組縱梁，每跨3節(jié)總長度9.0 m，一共10跨，縱梁組合后成為等跨度的9.0 m鋼連續(xù)梁。經(jīng)過檢算縱梁的跨中撓度控制在1/600之內(nèi)，滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求。

3)橫抬梁及吊軌梁。橫抬梁采用Ⅰ56a工字鋼，計算跨度11.0 m，按簡支模型計算，結(jié)合既有線軌道情況，工字鋼每排距離0.65 m，工字鋼橫抬梁與每節(jié)貝雷縱梁間采用φ25 mm的U形螺栓固結(jié)，經(jīng)過檢算橫梁撓度也控制在1/600之內(nèi)。其次在橫抬梁上面再鋪設(shè)一組3-7-3扣43 kg/m鋼軌吊軌梁，以加強(qiáng)軌道部分的整體剛度，同樣兼作明橋面。

4)樁基礎(chǔ)支撐樁(墩)。兩片連續(xù)縱梁下共設(shè)置直徑1.25 m、長度21 m的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁22根，每根樁之間相互獨(dú)立無連接，樁身一次成型，在每根樁頂設(shè)置厚度1.0 m、平面為1.45 m×1.45 m的鋼筋混凝土頂帽，樁基礎(chǔ)的鋼筋伸入頂帽內(nèi)不小于0.5 m，頂帽內(nèi)配置鋼筋網(wǎng)片，同時頂帽預(yù)埋φ25 mm的錨固鋼筋8根最后與縱梁焊接牢固。因?yàn)殡S著線路下基坑的逐步開挖，樁基礎(chǔ)部分會裸露出來成為懸臂獨(dú)立單樁，所以計算時按照入土15.5 m、懸臂5.5 m的彈性高樁計算，地基比例系數(shù)m=m0為12 000 kN/m4，按照縱、橫兩個方向?qū)χ髁案郊恿M(jìn)行組合取其最不利值進(jìn)行計算，依次計算出轉(zhuǎn)角、樁頂位移、土體抗力、豎向承載力，按照計算的包絡(luò)圖配筋。另外由于支撐樁外露懸臂段較長，屬于柔性墩性質(zhì)，所以樁頂?shù)奈灰茟?yīng)該嚴(yán)格控制防止超限。規(guī)范規(guī)定樁頂位移應(yīng)滿足δ≤5mm，最終本樁頂?shù)娜菰S位移值［δ］=5=2.45 cm，實(shí)際計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

圖1 線路加固立面圖（單位：cm）

圖2 線路加固立面圖（單位：cm）

圖3 線路加固側(cè)面圖（單位：cm）

4 線路加固施工步驟

1)抽換枕木、鋪設(shè)吊軌梁。按照鐵路部門要求采取必要的線路防護(hù)，在相關(guān)鐵路站段人員的配合下，利用慢行及列車運(yùn)行間隔時間，將既有線混凝土枕抽換成普通的250 cm×16 cm×20 cm木枕，施工時嚴(yán)格按照工務(wù)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行。吊軌梁采用一組3-7-3扣43 kg/m鋼軌，鋼軌接頭錯開1.2 m以上，吊軌與木枕間用φ25 mm的U形螺栓聯(lián)結(jié)。2)支撐樁及縱梁。支撐樁為鉆孔灌注樁，按照規(guī)范要求獨(dú)立成樁，嚴(yán)格保證施工質(zhì)量，驗(yàn)收合格后方可使用。單層貝雷梁可以拼裝好運(yùn)入工地，貝雷梁采用100 mm×100 mm×6 mm的角鋼與帽頂預(yù)埋的錨固鋼筋連接，保證兩者成固結(jié)狀態(tài)，其次在頂帽頂外側(cè)加設(shè)2根同樣的角鋼斜撐對縱梁起橫向限位作用，支座用10 mm厚的鋼板結(jié)合硬雜木代替。3)穿入橫抬梁完成加固。先將工字鋼預(yù)定位置處的道碴撥除，采用機(jī)械吊裝、人工配合穿入12 m長的Ⅰ56a型鋼梁，就位后將工字鋼的兩端再用φ25 mm U形螺栓固結(jié)在貝雷梁的上面組成一個整體。如吊軌梁與橫抬梁不密貼，可在中間加墊板使之密貼。經(jīng)過3 d～5 d慢行確認(rèn)加固系統(tǒng)無問題后便可按照先邊孔后中孔的順序就地澆筑框架橋。

5 結(jié)語

單線區(qū)間框架橋的橫向?qū)挾炔怀^7.5 m，橫抬梁跨度不超過11.0 m，地質(zhì)條件較好，頂進(jìn)施工場地受限，線路允許限速25 km/h時，可以將此方案推廣實(shí)施。采用此方案與頂進(jìn)法相比省去了工作坑、后背等內(nèi)容，可有效降低工程費(fèi)用;同時由于利用現(xiàn)成的拼裝梁，工期也能縮短;就地現(xiàn)澆避免了頂進(jìn)法若遇軟弱地基時可能導(dǎo)致的栽頭現(xiàn)象，或者頂進(jìn)斜交角度大引起的平面偏差超限的問題;不足的地方是橫抬梁的就位及安拆不太方便。

總之，在具備條件的既有線下新建框架橋時，采用上述方案能有效保證既有線的安全，同時也可以取得較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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

［2］TB 10002.5-2005，鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.