南疆吐庫(kù)二線K434+280 1—12m三線箱型橋頂進(jìn)法施工中后背墻的設(shè)計(jì)與檢算

新疆烏魯木齊城市軌道集團(tuán)有限公司 830026

摘要：對(duì)南疆吐庫(kù)二線S4標(biāo)K434+280 1-12m三線箱型橋的后背墻進(jìn)行設(shè)計(jì)與檢算，為今后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：箱型橋；頂進(jìn)；后背墻；設(shè)計(jì)；檢算

1、引言

南疆吐庫(kù)二線S4標(biāo)K434+280 1-12m既有橋?yàn)?孔12m梁式橋，原設(shè)計(jì)為在原位拆除既有橋梁，修建1-12m三線箱型橋，原設(shè)計(jì)分兩步建成，即先施工Ⅰ線和牽出線下箱體，具備轉(zhuǎn)線條件時(shí)，既有線轉(zhuǎn)線至Ⅰ線運(yùn)營(yíng)后再施工Ⅱ線箱體。由于該工點(diǎn)位于塔什店至云崖區(qū)間，若采用新建二線開(kāi)通后再轉(zhuǎn)線施工方案，不能滿足吐庫(kù)二線工期要求；同時(shí)該工點(diǎn)平面位于JD367曲線間，平面線形不滿足設(shè)置施工便線標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法采用施工便線臨時(shí)運(yùn)營(yíng)過(guò)渡方案組織施工。因此，必須采用頂進(jìn)法來(lái)施工。

2、工程概況

本工程位于塔什店車(chē)站-云崖車(chē)站區(qū)間，此橋?yàn)榱⒔患媾潘?、排洪而設(shè)，與線路正交。立交橋設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其規(guī)模為：結(jié)構(gòu)凈寬12 m，內(nèi)部?jī)舾?m，長(zhǎng)度13.9 m。箱身采用C50鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，頂進(jìn)法施工，采用D24型便梁防護(hù)加固既有線，便梁基礎(chǔ)采用4根直徑1.5 m鋼筋混凝土挖孔樁。箱體在鋼筋混凝土滑板上預(yù)制，滑板采用寬14.5m，長(zhǎng)15.9m，厚35cm，每隔1.5m設(shè)一道50cm×50cm地錨梁一道，并設(shè)有鋼筋混凝土后背梁，后背梁與滑板同時(shí)澆筑。

軌面高程1056.67 m；路基頂部高程1056.42 m，底部高程1049.09 m，頂寬8.6 m，坡度1：1.5；自然地面高程1049.09m，地下水位高程1046.19 m。土層分布為：第一層耕植土，層厚O.3 m；第二層細(xì)砂，層厚2.2 m，重度2.2t/m3，內(nèi)摩擦角30°；第三層細(xì)圓礫土，層厚9.8m，重度2.2t/m3，內(nèi)摩擦角30.5°。

特點(diǎn)與難點(diǎn)：立交橋位置的線路兩側(cè)地勢(shì)低洼，自然條件差，無(wú)天然后背墻，需要人工設(shè)置。

3、后背墻設(shè)計(jì)

3.1頂力計(jì)算

被頂進(jìn)的箱體在運(yùn)行過(guò)程中要受到4個(gè)阻力作用；其一，箱頂面摩阻力；其二，箱底面的摩阻力；其三，箱體兩側(cè)的摩阻力；其四，箱體刃腳正面阻力。本案由于有D24型便梁防護(hù)，便梁兩端又有板梁加固，可以采取先導(dǎo)通路基，再邊局部大開(kāi)挖、邊頂進(jìn)的方法進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)，所以在計(jì)算阻力時(shí)僅考慮箱底面的摩阻力即可。箱體在未入土之前，箱體在滑板上滑行，作用力的關(guān)系屬系統(tǒng)內(nèi)部受力，后背墻受力為0；當(dāng)箱體一旦入土，后背墻就開(kāi)始受力，隨著頂程的增加，受力將逐漸增大，至箱體脫離滑板全部進(jìn)入土體時(shí)，后背墻的總受力將增至最大Pk，此時(shí)箱體的摩阻力為P，Pk和P與滑板自重之間的受力關(guān)系如圖1所示，

各受力大小計(jì)算如下所述。

箱體自重N= N1+ N2=1293+65.65=1358.65（t）

其中：查工程數(shù)量表得箱身混凝土N1=538.8×2.4=1293（t）

查工程數(shù)量表得箱身鋼筋N2=65651kg

P=K·N·f=1.2×1358.65×0.8=1304.3（t）

式中：K一安全系數(shù)，取1.2；

f一箱體底板與基底土的摩阻系數(shù)，取0.6～0.8。

滑板自重G的計(jì)算：

G= G1 + G2= 280.66（t）

滑板混凝土G1=14.5×15.9×0.35×2.4=193.66（t）

地錨梁混凝土G2=10×0.5×0.5×14.5×2.4=87（t）

后背抗力Pk=總推力一滑板摩阻力=P—G.f

f為摩阻系數(shù)，取0.6，

則Pk==1135.9（t）。

所以，1 m單位長(zhǎng)的后背墻上的抗力Pk值為

Pk=1135.9/14.5=78.33（t）（14.5 m為后背梁長(zhǎng)）

3.2后背墻計(jì)算

后背位于工作坑后部，是頂進(jìn)施工時(shí)千斤頂?shù)闹蚊?，承受頂進(jìn)時(shí)的水平反力。后背必須具有一定的剛度，壓縮變形盡量??；具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，不致因頂力大而坍塌。因此，必須做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

后背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在最大頂力P確定后，其結(jié)構(gòu)形式及尺寸主要取決于箱體的大小或后背土體的被動(dòng)土壓力。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，除可利用既有構(gòu)筑物作為后背抗力外，一般都以后背土體的被動(dòng)土壓力為箱體頂進(jìn)時(shí)的抗力。根據(jù)后背承受頂力的范圍：每米后背所需承受的最大頂力為：F=P/L（Kn/m），被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kp=tg2（45+φ/2），根據(jù)被動(dòng)土壓力計(jì)算式：（朗金土壓力理論）：Ep=rh2Kp/2+2ch/Kp求得后背高度h，從而擬定后背截面，本例中為無(wú)粘性土，c=0，即Ep=rh2Kp/2.

橋涵在頂進(jìn)過(guò)程中，主要解決后背墻的抗頂力，使橋涵在頂進(jìn)過(guò)程中，后背墻有足夠的強(qiáng)度及抗傾覆力，保證橋涵頂進(jìn)的順利進(jìn)行。

橋涵在頂進(jìn)過(guò)程中示意簡(jiǎn)圖如圖2

本工程：后背墻寬14米，后背墻后填土為無(wú)粘性土，施加給后背墻瞬時(shí)最大頂力按1358.65t計(jì)，滑板與橋涵之間涂抹滑石粉或石蠟，滑板下部設(shè)有地錨梁，間距1.5米，以增加滑板與地基土之間的摩擦。

我們來(lái)分析后背墻的受力情況（如圖3）

圖中通過(guò)試算初步設(shè)墻厚a=5m，φ=10°，墻高c=3m，d=3m，e=1m；

圖中可以看出：要想使橋涵順利頂進(jìn)，就要保證頂力F產(chǎn)生的傾覆力小于后背墻及主動(dòng)土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力。

按每米考慮：F產(chǎn)生的傾覆力：MF =13586.5/14=970.46kN.m，

后背墻自重產(chǎn)生的抗傾覆力：MG =5.25*3*24*5.5/2=1039.5kN.m其中24kN/M3為后背墻容重

后背墻主動(dòng)土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力：根據(jù)實(shí)際，取填土內(nèi)摩擦角為30°，并取土壓力系數(shù)為0.5，

則有：被動(dòng)土壓力P=1/2*22*32*0.5=45kN，其中22kN/M3為填土容重。

抗傾覆力MP = =45*1=45kN.M

可以看出：被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力較后背墻產(chǎn)生的抗傾覆力要小得多。

總傾覆力M= MF + MP =1039.5+45=1084kN.m> MF =970.46kN.m

可以滿足要求。

需要說(shuō)明的是：在頂進(jìn)過(guò)程中，滑板在與后背墻連接處（圖中B點(diǎn)）的拉力也會(huì)產(chǎn)生抗傾覆作用。

下面，我們?cè)俜治鲆幌禄逶陧斶M(jìn)過(guò)程中的受力情況：

橋涵在頂進(jìn)過(guò)程中，全部頂力由橋涵與滑板之間的摩擦力產(chǎn)生，而這個(gè)摩擦力將傳至滑板與地面接觸面和滑板與后背墻的連接點(diǎn)上，也就是說(shuō)，橋涵與滑板之間的摩擦力F涵=滑板與地面接觸面之間的摩擦力F滑+滑板與后背墻連接點(diǎn)B的拉力F拉，所以，在施工中，要采取措施，增大F滑的值，如滑板底部設(shè)一些地錨梁，甚至可以做一些樁，這樣，滑板與后背墻連接點(diǎn)B的拉力F拉就會(huì)小些。

3.3施工的一些技術(shù)措施：

（1）由于后背墻承受頂力點(diǎn)承受的頂力較大，故再施工中可作些鋼板，避免后背墻由于頂力集中而產(chǎn)生局部壓壞的現(xiàn)象；

（2）由于后背墻主要由本身自重來(lái)平衡頂力產(chǎn)生的傾覆力，故后背墻的施工從節(jié)約成本考慮，可以采用毛石砼（即砼中摻25%的毛石），且砼的標(biāo)號(hào)不宜太高；

（3）為增強(qiáng)滑板與底部土壤之間的摩擦力，滑板底部設(shè)地錨梁，且保證滑板底部的地基有足夠的強(qiáng)度；

（4）滑板與后背墻連接點(diǎn)B處要有一定的強(qiáng)度，由B點(diǎn)深入后背墻的鋼筋長(zhǎng)度不低于鋼筋直徑的45倍。

（5） 為減輕頂進(jìn)時(shí)對(duì)后背的壓力，可將滑板與后背連接，即用后背梁（也稱地梁）來(lái)連接，這樣可增加后背的抗力，尤其是當(dāng)滑板用舊鋼軌或設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，滑板可承受較大之拉力。在后背抗力不足時(shí)，可在滑板上堆土壓重，使地梁上的頂力除由后背抵抗外，一部分由滑板上堆土所產(chǎn)生的摩阻力來(lái)抵抗。

參考文獻(xiàn)：

江正榮《建筑地基與基礎(chǔ)施工手冊(cè)》（第二版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.6；

湯康民.《基礎(chǔ)工程》.西南交通大學(xué)出版社.1990

劉成宇.《土力學(xué)》.中國(guó)鐵道出版社.2004.北京

作者簡(jiǎn)介：柴江明，新疆烏魯木齊城市軌道集團(tuán)有限公司，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè)，