龍煙鐵路下穿藍(lán)煙特大橋橋墩防護(hù)方案研究

司劍鋒 龔愛(ài)軍

(1.山東鐵路投資控股集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250102； 2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南院，山東 濟(jì)南 250026)

1 概述

龍煙鐵路是山東省四橫四縱鐵路網(wǎng)德龍煙通道的重要組成部分,與大萊龍鐵路、德大鐵路、石德鐵路、石太鐵路共同構(gòu)成西煤東運(yùn)的煤炭運(yùn)輸通道。龍煙鐵路西起大萊龍鐵路的龍口西站,經(jīng)龍口市、蓬萊市、煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、福山區(qū)、芝罘區(qū),進(jìn)入煙臺(tái)地區(qū)后,客貨分線,客線貫通珠璣站至煙臺(tái)站,貨線經(jīng)福山聯(lián)絡(luò)線下穿藍(lán)煙復(fù)線特大橋引至福山站[1,2]。福山聯(lián)絡(luò)線下穿藍(lán)煙復(fù)線特大橋平面示意圖如圖1所示。

2 藍(lán)煙復(fù)線特大橋概況

藍(lán)煙線為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)雙線電氣化鐵路，設(shè)計(jì)最高時(shí)速100 km/h。福山聯(lián)絡(luò)線在GHDK112+610處以下穿方式穿越36號(hào)橋墩與37號(hào)墩之間孔跨，兩線交角47°，橋下凈高9.0 m。該處藍(lán)煙復(fù)線特大橋上部結(jié)構(gòu)為跨度20 m的簡(jiǎn)支T梁，36號(hào)橋墩與37號(hào)墩均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)分三層布置,如圖2所示。

穿越區(qū)域自上而下各層巖土依次為：

④全風(fēng)化片巖(Pt1FJ):褐黃色，巖芯呈砂土狀，層深18.30 m。基本承載力250 kPa，摩阻力為70 kPa。

⑤強(qiáng)風(fēng)化片巖(Pt1FJ):褐黃色，巖芯呈碎塊狀，層深14.60 m?；境休d力為400 kPa，摩阻力為120 kPa。

3 福山聯(lián)絡(luò)線對(duì)藍(lán)煙復(fù)線特大橋橋墩穩(wěn)定性影響分析

福山聯(lián)絡(luò)線以路基形式下穿藍(lán)煙復(fù)線特大橋，該處為聯(lián)絡(luò)線縱斷面標(biāo)高控制點(diǎn)，路基填高2.1 m，路基面寬8.2 m。藍(lán)煙復(fù)線特大橋37號(hào)墩對(duì)應(yīng)的福山聯(lián)絡(luò)線橫斷面為GHDK112+597.813，擴(kuò)大基礎(chǔ)右側(cè)侵入聯(lián)絡(luò)線路基面范圍達(dá)2.22 m，侵入鐵路路基范圍內(nèi)達(dá)5.2 m;36號(hào)橋墩對(duì)應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線橫斷面為GHDK112+613.9，擴(kuò)大基礎(chǔ)左側(cè)侵入路基面范圍達(dá)2.23 m，侵入鐵路路基范圍內(nèi)達(dá)4.01 m。

由于聯(lián)絡(luò)線路基對(duì)藍(lán)煙復(fù)線跨特大橋36號(hào)橋墩與37號(hào)墩擴(kuò) 大基礎(chǔ)局部占?jí)?，造成兩個(gè)橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)荷載不對(duì)稱，受力不均勻，形成偏壓，影響橋墩穩(wěn)定，進(jìn)而影響整個(gè)橋梁的穩(wěn)定和運(yùn)營(yíng)安全。因此，路基跨越兩個(gè)橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，采取必要的加固防護(hù)措施，避免聯(lián)絡(luò)線荷載擠壓既有橋墩，是非常必要的。

4 方案選擇

4.1 方案設(shè)計(jì)

福山聯(lián)絡(luò)線下穿藍(lán)煙線復(fù)線特大橋處與煙大輪渡鐵路并行，在GHDK112+607.134處煙大輪渡鐵路有一燃?xì)夤艿婪雷o(hù)涵，受客觀條件限制，該管道不能改移?？紤]管道檢查、維修等因素，防護(hù)涵必須進(jìn)行接長(zhǎng)設(shè)計(jì)，如圖3所示。目前下穿鐵路橋梁的道路一般采用混凝土樁板結(jié)構(gòu)或混凝土簡(jiǎn)支板涵(橋)結(jié)構(gòu)，因此本工程就以樁板結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)支蓋板涵兩種方案進(jìn)行研究。

方案一：樁板結(jié)構(gòu)方案。

樁板結(jié)構(gòu)路基是一種新型路基形式，由鋼筋混凝土樁基、路基填土、地基土與鋼筋混凝土承載板組成，屬于多重超靜定結(jié)構(gòu)[3]。充分利用樁—土、板—土之間的共同作用來(lái)滿足鐵路軌道結(jié)構(gòu)對(duì)路基剛度、強(qiáng)度與沉降變形要求[4]。樁板結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理是，通過(guò)承載板將上部荷載傳至樁體，樁體把荷載擴(kuò)散到樁間土、下臥層或樁基底巖層，從而達(dá)到控制路基沉降、變形的目的。

平面設(shè)計(jì)：福山聯(lián)絡(luò)線在藍(lán)煙復(fù)線特大橋36號(hào)橋墩～37號(hào)橋墩之間采用混凝土樁板結(jié)構(gòu)下穿36號(hào)橋墩及37號(hào)橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)，對(duì)鐵路荷載進(jìn)行卸載，避免橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)承受偏壓；受接長(zhǎng)防護(hù)涵限制，樁板結(jié)構(gòu)分兩幅進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為一號(hào)板、二號(hào)板，兩塊板邊緣與GHDK112+607.134防護(hù)涵順接，減少剛度不均。樁板結(jié)構(gòu)平面布置圖見(jiàn)圖4。

下穿藍(lán)煙復(fù)線特大橋處為聯(lián)絡(luò)線標(biāo)高控制點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)線軌頂至藍(lán)煙線復(fù)線特大橋梁底凈高不小于6.22 m，滿足電力牽引區(qū)段的跨線橋在困難條件下的最小高度6.20 m要求[5]。

混凝土樁板結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：一號(hào)板下設(shè)置C40鉆孔灌注樁6根，二號(hào)板下設(shè)置C40鉆孔灌注樁4根，樁基直徑1.0 m，樁長(zhǎng)30 m，樁頂設(shè)置C40鋼筋混凝土板，板厚1.0 m，板頂無(wú)路基填土，樁頂嵌入板內(nèi)0.1 m，如圖5所示。

方案二：簡(jiǎn)支蓋板涵方案。

平面設(shè)計(jì)：福山聯(lián)絡(luò)線采用蓋板涵下穿藍(lán)煙復(fù)線特大橋，對(duì)聯(lián)絡(luò)線荷載進(jìn)行卸載，避免36號(hào)橋墩及37號(hào)橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)承受偏壓；同時(shí)受接長(zhǎng)防護(hù)涵限制，需設(shè)兩個(gè)涵洞進(jìn)行卸載，分別為GHDK112+597.73 1-6 m蓋板涵、GHDK112+616.29 1-7 m蓋板涵，兩個(gè)蓋板涵與福山聯(lián)絡(luò)線夾角分別為900,600。GHDK112+616.29蓋板涵在標(biāo)高上與GHDK112+607.134防護(hù)涵順接，GHDK112+597.73蓋板涵與GHDK112+607.134防護(hù)涵之間填筑A組填料，按路基與橫向結(jié)構(gòu)物過(guò)渡段進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]，如圖6所示。

蓋板涵結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：蓋板涵由蓋板、蓋梁、鋼筋混凝土樁構(gòu)成。GHDK112+597.73蓋板涵設(shè)置C40鉆孔灌注樁6根，每個(gè)蓋梁下設(shè)置C40鉆孔灌注樁3根，蓋梁上設(shè)簡(jiǎn)支蓋板，蓋板由長(zhǎng)6.5 m，寬1.0 m，厚0.6 m的小板拼接而成。GHDK112+616.29蓋板涵設(shè)置C40鉆孔灌注樁8根 ，每個(gè)蓋梁下設(shè)置C40鉆孔灌注樁4根，蓋梁、蓋板設(shè)計(jì)與GHDK112+597.73蓋板涵結(jié)構(gòu)形式相同，見(jiàn)圖7。

4.2 方案比選

經(jīng)濟(jì)比較：方案一樁板結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁直接與鋼筋混凝土板連接，綜合造價(jià)約118萬(wàn)元；方案二蓋板涵結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁接蓋梁，蓋梁頂搭設(shè)鋼筋混凝土蓋板，綜合造價(jià)約121萬(wàn)元。樁板結(jié)構(gòu)較蓋板涵結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)低3萬(wàn)元，兩個(gè)方案造價(jià)相差不大。

技術(shù)比較：方案一樁板結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是可充分利用樁—土、板—土之間的共同作用滿足結(jié)構(gòu)受力要求，整體性好；實(shí)現(xiàn)了防護(hù)涵洞與樁板結(jié)構(gòu)的無(wú)縫銜接，避免短路基形成的軟硬不均；樁基與鋼筋混凝土板剛性固接減少了運(yùn)營(yíng)期間的大量養(yǎng)護(hù)維修。缺點(diǎn)是受到既有梁橋基礎(chǔ)影響，樁板結(jié)構(gòu)中樁基布置不對(duì)稱、不均勻，力學(xué)計(jì)算難度稍大[7]；施工時(shí)只能采用現(xiàn)澆施工，工期稍長(zhǎng)。

方案二蓋板涵結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單；蓋板可以提前預(yù)制，工期相對(duì)較短。缺點(diǎn)是多塊簡(jiǎn)支板拼接，整體性較差；防護(hù)涵和蓋板涵之間存在短路基，不能實(shí)現(xiàn)與防護(hù)蓋板涵的無(wú)縫銜接，易產(chǎn)生沉降不均問(wèn)題；簡(jiǎn)支蓋板涵板與板之間、板與蓋梁之間搭接較多，后期養(yǎng)護(hù)維修工作量較大。

4.3 方案比選結(jié)果

樁板結(jié)構(gòu)方案可實(shí)現(xiàn)與防護(hù)涵的無(wú)縫銜接，能夠有效避免短路基形成的軟硬不均和沉降不均，后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修工作量小，且投資也低于簡(jiǎn)支蓋板涵方案，經(jīng)綜合比較分析，采用方案一樁板結(jié)構(gòu)防護(hù)既有橋墩基礎(chǔ)更為合理。

5 結(jié)語(yǔ)

龍煙鐵路通車以來(lái)，經(jīng)過(guò)近三年的運(yùn)營(yíng)檢測(cè)，福山聯(lián)絡(luò)線下穿處樁板結(jié)構(gòu)整體性及軌道平順性較好，既有藍(lán)煙復(fù)線特大橋橋墩位移變形、沉降等均未見(jiàn)明顯變化，表明采用樁板結(jié)構(gòu)對(duì)既有橋墩的防護(hù)是成功的，同時(shí)也表明，狹小空間下采用樁板結(jié)構(gòu)對(duì)既有橋墩的防護(hù)也是一種好的方法。