立交橋頂進工程后背樁和便梁支墩的選用及檢算

周忠國 上海鐵路局工務處

1 后背的選用及檢算

1.1 前言

后背是立交橋涵頂進施工時的關鍵受力結(jié)構(gòu)，是頂鎬對箱體施加頂力的依托，故其必須具有足夠的抗力和剛度，以抵御前端的頂力而不能產(chǎn)生過大的變形。雖然在整個立交橋涵工程中它只是一個臨時建筑，但在頂進施工中卻屬于關鍵結(jié)構(gòu)，所以后背必須具有為頂進施工提供足夠的抗力、頂進施工完成后便于拆除的特點。目前，立交頂進施工一般采用的后背大體為“樁式后背”和“鋼筋混凝土后背”兩種，后者屬于重力式后背。在選擇后背類型時，應充分考慮施工現(xiàn)場的實際情況，確保后背滿足頂進施工的需求。

1.2 后背結(jié)構(gòu)形式的選擇

在我局一既有鐵路“平改立”工程中，需建一座1-6m框架橋，路基面標高為31.19m，橋頂面標高為30.87m，橋身高4.9m，原地面標高為26.47m，僅高出橋底50cm，框架橋自重為265t，設計最大頂力為4450kN。為確保橋體頂進的順利進行，根據(jù)實地情況，綜合各種因素，通過方案比選，確定最合理的后背結(jié)構(gòu)形式，即選用后背結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土重力式后背，并在其后加鋼軌樁及漿砌片石進行配重，以保證后背的穩(wěn)定性。

1.3 后背的施工方案

1.3.1 方案簡述

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，這種高路基的立交橋涵頂進工程，除采用重力式鋼筋混凝土后背外，還需增加后背配重，后背填筑方式采用漿砌片石進行。

1.3.2 后背受力計算

（1）擬定后背結(jié)構(gòu)尺寸

根據(jù)基坑的深度、框架橋的寬度及后背頂力的單寬受力，為保證后背在頂進過程中有足夠的結(jié)構(gòu)抗力，以承受足夠的頂力，保證橋體的順利頂進就位，后背尺寸擬選用高2.0 m、寬1.2m，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1。

圖1 后背結(jié)構(gòu)尺寸示意圖(單位：cm)

（2）后背截面尺寸受力檢算

根據(jù)本工程的頂力計算要求，后背高度為2m,長度8m，其中后背滑板以下埋深1m,滑板以上高度為1m,橫向截面寬度為 1.2m（見圖 2）。

根據(jù)現(xiàn)場黏土基底的工程地質(zhì)情況，采用實測值內(nèi)摩擦角φ=20°；γ=1.8t／m3

被動土壓力系數(shù):λp=tg2(45°+20o/2)=2.04，

最大頂力為280t,

則土壓力為：Ep=P=1/2×γH2λp=280/8=35（t/m），H取4.4m。

圖2 后背實際結(jié)構(gòu)斷面及受力示意圖(單位：cm)

結(jié)構(gòu)受力檢算:

計算A點和D點的土壓力:

C點處截面厚度120cm，取h0=100cm；

初算鋼筋面積:

取 φ22＠150Ag=3.14（cm2）

根據(jù)以上的計算，初步定出頂進后背的結(jié)構(gòu)尺寸為:漿砌片石高度4.4m,寬度為3m和7.4m；鋼筋混凝土后背高度為2m，寬度1.2m，混凝土強度選擇C25，鋼筋用量選取φ 22＠150。

根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋砼和預應力砼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》表

5.1.3 查得n=15。

含筋率:

鋼筋應力:

混凝土應力:

故，混凝土標號采用C25,混凝土強度滿足應力要求，施工后背結(jié)構(gòu)受力強度合格。

2 便梁支墩（塊型）的選用及檢算

2.1 前言

便梁支墩是立交橋涵頂進時對線路加固措施中的關鍵結(jié)構(gòu)，是承載整個施工過程便梁、列車等靜、動態(tài)荷載不可或缺的臨時結(jié)構(gòu)。目前，既有鐵路施工中一般采用塊型支墩和條形支墩等兩種，并需根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇在支墩底部采用挖孔樁或高壓旋噴樁進行加固，必要時還需采用錨梁進行連接。

在既有鐵路“平改立”和新建立交橋涵下穿頂進施工工程中，由于各種因素的影響，一般選用獨立的塊型支墩作為便梁支墩，以便在保證安全的情況下，以縮短慢行時間，節(jié)約工期及費用。

2.2 支墩結(jié)構(gòu)形式的選擇

我局某鐵路新建一座1-6m框架橋，在選擇便梁支墩時，選用了獨立的塊型支墩。該橋采用D24型便梁防護線路，獨立支墩，便梁支墩尺寸為（2.5×1.5×1）m，采用 C25鋼筋混凝土。

2.3 便梁支墩檢算

2.3.1 荷載計算

既有鐵路頂進橋涵施工時，作用在支墩上的荷載主要有：列車活載、便梁自重、鋼軌重、支墩自重等。

（1）列車活載

便梁跨度為24.12m（縱梁、橫梁及扣件總重約469kN），則支墩的列車活載受力如圖3所示。

圖3 支墩的列車活載受力示意圖

由此，可求得支墩的列車活載為：

取P1=Pmax=745(kN)

火車限速45km/h，沖擊系統(tǒng)取為1.2

因此，考慮沖擊系數(shù)后，支墩的列車活載為：Pmax=1.2×

745=894(kN)

（2）便梁自重

（3）鋼軌自重（以P50鋼軌為例）

（4）支墩自重

綜上，單個支墩受到的最大豎向外力為：

（5）土壓力

本工程僅考慮列車活載所產(chǎn)生的壓力即可。

（6）列車活載引起的土壓力計算

根據(jù)路基規(guī)范，計算面積橫向取為2.5m，縱向采用每延長米荷載時為1.0m，普通活載為92kN/m，故：

由此列車活載引起的土壓力為：

作用點為h2=H/2=4.5(m)。

2.3.2 單個支墩承載力計算

根據(jù)《橋涵基礎設計規(guī)范》，支墩軸向受壓的容許承載力：

式中：為樁的容許承載力（kN）;

C為支墩截面周長（m）；

li為土層厚度，取1m，

A為支墩底支承面積（m2）；

m0為系數(shù)，按照規(guī)范要求取0.8

fi為支墩周土的極限摩阻力(kPa)，取180kPa。

σ0為支墩底基礎承載力 (kPa)，取180kPa；支墩承載力驗算：

支墩豎向荷載為P=Pmax+G1+G2+G3=1131.28kN＜[P] =1980（kN）

故支墩承載力滿足要求！支墩穩(wěn)定性檢算：

故，支墩穩(wěn)定性滿足要求！

3 結(jié)束語

（1）通過以上兩個橋涵頂進工程實例，詳細闡述了在實際工程中對重力式鋼筋混凝土后背和便梁支墩的設計及檢算方法。此方法非常適合手算，便于施工現(xiàn)場工程技術人員掌握，曾在我局既有線平改立和新建立交橋涵工程中被廣泛應用。

（2）頂進橋涵的后背，包括后背梁、后背墻和后背填土（配重），必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性，所以在設計及施工檢算過程中，要滿足強度和穩(wěn)定性的要求；便梁支墩是框架橋頂進時線路加固措施中及其關鍵的結(jié)構(gòu)，選用支墩時，需根據(jù)情況選擇在支墩底部采用挖孔樁或高壓旋噴樁進行加固。

（3）在以后類似的工程中，可以通過比選方案；綜合考慮各種因素，選擇科學合理的結(jié)構(gòu)形式，以滿足施工的要求。本設計檢算方法可供同類工程參考。