特殊地質情況下D型便梁加固線路的工藝研究

孫新忠

（中國鐵路太原局集團有限公司，山西 太原030013）

D型便梁在鐵路既有線框構橋及管涵頂進時用于線路加固，使線路軌道結構在施工過程中能夠保持正常的幾何形位，確保既有線正常運營，在既有線施工中被廣泛應用[1]。D型便梁其本質是一種特殊的橋梁結構，使用的前提是基礎的堅實穩(wěn)固，當存在地下水位較高的特殊地質情況而無法采用人工挖孔進行支撐樁施工時D型便梁常常無法實施[2]。因此為確保施工期間鐵路運營的安全，支撐樁的實施成為關鍵環(huán)節(jié)。

1 工程簡介

懷安縣北環(huán)路拓寬改建項目1-14m框構橋下穿京包線，橋址區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水。地下水主要賦存于第四系沖洪積層砂類土、碎石類土中，黏性土層透水性、富水性均較差，該層孔隙潛水具有明顯的季節(jié)變化特征，根據(jù)收集資料變化幅度約8-10m?？辈炱陂g，擬建場區(qū)地下水埋深約1.5-3.7m，穩(wěn)定地下水標高范圍787.01-788.96m。

頂進框架橋線路采用（16+24+16）m高位D梁加固，軌底至梁底0.449m（16m梁控制），如圖1所示。

圖1 上行線框架立面圖

2 人工挖孔樁試樁

D型便梁采用樁基礎，一般情況下常規(guī)的D型便梁樁基礎距離線路中心約2.0m，由于距離較小，為保證既有線正常運營，采用人工挖孔樁基礎。

為確保D型便梁的可實施性，需要正式施工前在同等地質情況下，在既有鐵路附近進行人工挖孔樁的試樁試驗，以確定現(xiàn)場是否具有人工挖孔的施工條件。試樁情況（見表1）。

表1

通過兩次試驗表明，由于地下水豐富，底層透水性強，在該處施工人工挖孔樁實施困難。

3 支撐樁結構優(yōu)化

為確保D型便梁的樁基礎可以實現(xiàn)，將樁基礎的布置形式進行調整，確保樁基礎距離既有線距離大于5.5m，以便于采用矮型鉆機實施鉆孔灌注樁施工。具體調整方案如下：

（1）16mD梁支撐采用直徑1.25m挖孔樁基礎，樁長8m，樁頂設置1.5m方形頂帽，厚度1m；24mD梁支撐采用3根1.5m鉆孔樁、樁長27m，樁頂設置0.9m-1.6m厚牛腿。牛腿頂面距離軌面0.75m。

（2）1.25m挖孔樁至線路中線2.2m，1.25m鉆孔樁距離線路5.85m。如圖2所示。

圖2 線路加固橫斷面圖

（3）牛腿施工前應先進行路基防護。

a.施工前在軌枕端頭與挖孔間順線路方向按間距0.8m打入長1.85m、直徑為32mm的螺紋鋼釬，打入深度不小于0.5m，再沿鋼釬位置打入10cm槽鋼，在槽鋼與軌枕間順線路方向設置長3.1m、高度與軌枕頂持平、截面為10cm×10cm的方木，將道碴堆放于軌枕與擋板間，為確保擋板穩(wěn)固，采用20mm的鋼筋鉤住軌底并穿過槽鋼通孔用螺帽緊固，20mm鋼筋鉤套橡膠絕緣套，避免減弱軌道電路。

b.施工時順線路方向采用C30混凝土護壁，厚度15cm-20cm，設置鋼筋網，鋼筋規(guī)格采用φ16圓鋼。每下挖0.5m澆筑一節(jié)護壁，待護壁混凝土強度達到2.5MPa后再進行下挖，下挖時不拆除模板，用以保護護壁砼，防止震裂。護壁形式采用內齒式護壁，上口20cm厚、下口15cm厚的C30混凝土護壁。如圖3所示。

圖3 上行線平面布置示意圖

c.牛腿兩側打入10cm槽鋼，并設置截面為10cm×10cm方木用于防護兩側道砟，防護長度3.3m-3.5m，槽鋼間設置I28b工字鋼橫撐。

采用矮型鉆機實施樁基礎，鉆機距離線路中心5.85m，機頂高于軌面0.74m。如圖4所示。

圖4 鉆機立面布置圖

4 支撐樁建模檢算

4.1 計算模型

采用midas civil建立梁單元模型計算結構內力，上部結構荷載按支座實際位置施加，樁基約束根據(jù)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTG 3363-2019）[3]，水平地基系數(shù)Cy=mh，其中h為深度，施加水平方向節(jié)點彈性約束于樁身各節(jié)點。

為簡化計算，按樁基+冠梁外露長度為7m計算。上、下行線支撐樁樁長27m，開挖后地面以下樁長21.6m，外露樁長5.4m。防護樁長15m。

計算荷載包括D型便梁自重、二期荷載、列車活載、風力、搖擺力、溫差、土應力。如圖5所示。

圖5 模型示意圖

4.2 計算結果

4.2.1 牛腿配筋計算

根據(jù)計算，牛腿根部剪應力、鋼筋拉應力、混凝土壓應力、裂縫寬度均滿足《鐵路橋涵設計規(guī)范》（TB 10002-2017）[4]中的要求。

4.2.2 樁基計算

樁基計算時樁長按摩擦樁計算，由于樁間距小于2.5d，1.25m樁對樁側抗力按0.75折減，施工階段計入1.2倍提高。按《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》（TB 10093-2017）[5]中6.2.2條中公式對樁基的軸向受壓和軸向受拉容許承載力進行驗算（見表2）。

表2

受壓樁樁基配筋按圓形截面偏心受壓構件計算，按《鐵路橋涵混凝土結構設計規(guī)范》（TB 10092-2017）[6]中第6.2.5條公式，采用secchek程序計算（見表3）。

表3

受拉樁樁基配筋按圓形截面偏心受拉構件計算，由于鐵路規(guī)范中暫無偏心受拉構件計算規(guī)定，按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362-2018）[7]中第5.4.4條規(guī)定進行計算。荷載取1.4作用分項系數(shù)，結構重要性系數(shù)γ0取1.1（見表4）。

表4

經檢算，樁基、牛腿受力均滿足規(guī)范要求。

5 結束語

面對地下水位較高的特殊地質情況，當無法采用人工挖孔進行支撐樁施工時，為確保施工期間鐵路運營的安全，可以調整支撐樁布置形式，通過增加牛腿，將樁基位置調整到滿足小型鉆機施工的位置。