大跨樁基托梁擋墻在改建鐵路中的應(yīng)用

鐘占勇

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

0 引言

鐵路改、擴建工程中，常常遭遇下穿涵洞、管線等構(gòu)筑物，已有研究表明，樁基托梁擋墻設(shè)計是一種較為成熟的設(shè)計理念[1-4]，常用跨徑一般為6～9 m。隨著鐵路改、擴建深入推進，在實際工程中不可避免的需要對既有大型下穿結(jié)構(gòu)采用大跨徑樁基托梁擋墻進行支護。

本文依托某鐵路增建二線，開展了設(shè)計方法研究，針對既有涵洞下穿該改建鐵路的問題，提出了一種大跨徑的樁基托梁擋墻設(shè)計方法，保障了改建鐵路與既有涵洞的運營安全，可為類似支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某鐵路增建二線的設(shè)計速度目標值120 km/h，為Ⅰ級鐵路，有砟重型無縫軌道。其中K574+306～K574+400.3站場路基幫填通過，改建鐵路坡腳為縣道、居民區(qū)與河道，斜交涵洞下穿改建鐵路，涵洞尺寸為2.5 m×2.9 m和2.5 m×3.0 m蓋板箱涵，既有涵洞及兩側(cè)幫填路基外側(cè)為密集居民區(qū)，按放坡填筑并結(jié)合涵洞接長施工將引起大量拆遷及縣道的改移，為避免拆遷節(jié)省工程投資，需對右側(cè)涵洞位置采用擋護結(jié)構(gòu)跨越通過。工程概況見圖1。

該區(qū)域?qū)贅?gòu)造剝蝕丘陵、河谷階地地貌。上覆第四系全新統(tǒng)人工填土、沖洪積層粉質(zhì)黏土，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)泥質(zhì)砂巖，中厚層狀，泥質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)較軟，巖體較完整。

圖1 既有涵洞下穿Fig.1 The existing culvert

2 大垮樁基托梁擋墻的設(shè)計應(yīng)用

2.1 設(shè)計原理

本工程擋土墻為衡重式擋墻，其土壓力計算和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計同一般衡重式擋墻。擋墻下采用了剛性樁基礎(chǔ)，且樁頂設(shè)有剛性混凝土托梁。樁基擋墻的托梁與樁基礎(chǔ)結(jié)合后，應(yīng)按整體分析，由于樁與托梁剛性連接，上部荷載傳遞到樁基礎(chǔ)，依靠樁基礎(chǔ)為整個體系提供抗傾覆和抗滑移的反力及豎向的支撐力。為簡化計算，引入3條假定：

1)托梁剛度遠大于樁基，假定托梁是剛性的。

2)擋墻上作用的豎向力、水平力及彎矩均通過托梁傳遞到樁基上。

3)樁基剛度遠大于地基土，假定地基土對托梁無摩擦、無反支力。

2.2 設(shè)計參數(shù)

表1為設(shè)計中各土層的物理力學參數(shù)。

表1 各土層的物理力學參數(shù)Tab.1 Physical and mechanical parameters of each soil layer

2.3 設(shè)計方案

本段站場路基工程為幫填通過，改建鐵路坡腳為縣道、居民區(qū)與河道，無放坡條件，斜交涵洞下穿改建鐵路，涵洞尺寸2.5 m×2.9 m和2.5 m×3.0 m蓋板箱涵，幫填路基右側(cè)采用大跨樁基托梁衡重式擋土墻跨越涵洞，以實現(xiàn)不拆遷居民樓及占用縣道的目的。

圖2為大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞平面布置圖。傳統(tǒng)樁基托梁設(shè)計常用到6～9 m跨度，而本文涉及到的涵洞與樁基擋墻的平面跨度較大，亟需采用大跨度托梁上跨既有涵洞。圖3為大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞立面圖，圖4為大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞斷面設(shè)計圖。

圖2 大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞平面布置圖Fig.2 Layout of the long-span foundation pile joistretaining wall

圖3 大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞立面圖Fig.3 Profile of the long-span foundation pile joistretaining wall

圖4 斷面設(shè)計圖Fig.4 Section of the design

2.4 工程措施及注意事項

樁直徑為1.75 m×2.5 m，樁長為13～16 m，托梁采用19.00 m×2.5 m×3.9 m，樁基和托梁均采用C35鋼筋混凝土灌注，托梁頂設(shè)衡重式路肩擋墻，墻高7～8 m，擋墻按“雙線φ=35°、γ=20 kN/m3、f=0.5、[σ]=500 kPa”設(shè)計，墻身采用C30混凝土澆筑。

設(shè)計施工期間應(yīng)作好臨時排水措施，準確定位各樁，待復(fù)核無誤后隔樁開挖樁井，設(shè)置鎖口，并在土層及風化破碎巖層中及時設(shè)置護壁，整平并夯實托梁基底，待托梁混凝土強度達到80%后，及時澆注衡重式路肩擋土墻墻身，在未設(shè)置樁基托梁范圍應(yīng)按要求分段開挖路肩墻基坑，及時澆注衡重式路肩擋土墻墻身，運梁車必須沿線路中心線或靠近未設(shè)置擋墻側(cè)行走，樁中心、托梁中心與擋墻墻底的幾何中心必須位于同一條豎直線上，施工前必須根據(jù)施工圖對樁位、托梁位置進行仔細核實，必須待核實無誤后，方可按圖施工，樁身頂部鋼筋必須與托梁鋼筋一起綁扎澆注。樁基托梁及擋墻在施工過程中加強既有線邊坡監(jiān)測，如有明顯變化應(yīng)及時通知相關(guān)單位處理，確保既有線運營及施工人員人身安全。成品如圖5。

圖5 大跨樁基托梁擋墻上跨既有涵洞成品圖Fig.5 Finished product of the long-span foundation pile joist retaining wall

3 結(jié)論

本文依托某鐵路增建二線K574+306～K574+400.3站場路基幫填擴建的實際工程實例，針對既有涵洞下穿改建鐵路的問題，提出一種大跨徑的樁基托梁擋墻設(shè)計方法，避免了大量拆遷，在節(jié)省工程投資同時確保工程可行性、安全性的條件下，為工程的順利施工提供可靠的設(shè)計方案，也為類似項目的設(shè)計提供參考。