淺析河灘地區(qū)道路下穿既有鐵路施工要點(diǎn)

王杰

摘要：文中以永靖縣污水處理廠進(jìn)場道路下穿劉家峽鐵路專用線橋梁工程為例，介紹了河灘地區(qū)新建道路下穿既有鐵路橋梁的施工要點(diǎn)。由于本工點(diǎn)所處的河灘地區(qū)，地下水位埋深淺，地質(zhì)條件差，且有較厚的淤泥層，所以計(jì)算的樁基長度較長?；A(chǔ)采用人工挖孔灌注樁，這些不利因素給橋梁樁基礎(chǔ)施工增加了難度。既有線下施工不能中斷行車，因此需要采用D梁加固線路，保證施工時(shí)列車能夠降速通行?；A(chǔ)施工前采用輕型井點(diǎn)降水，人工挖孔時(shí)采用帶護(hù)壁開挖，并實(shí)時(shí)監(jiān)測孔底水位和孔內(nèi)氧氣濃度是否穩(wěn)定。主梁的施工，在現(xiàn)場整平場地，進(jìn)行預(yù)制養(yǎng)護(hù)，然后通過兩輛吊梁天車將主梁吊起放置到設(shè)計(jì)位置。通過midascivil軟件對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，得出最不利荷載組合下主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、裂縫及撓度滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：河灘;道路;下穿;鐵路橋梁;人工挖孔樁;輕型井點(diǎn)降水

中圖分類號(hào)：U24? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 引言

在城市地區(qū)新建道路，將不可避免產(chǎn)生下穿既有鐵路的工程。對(duì)于河灘地區(qū)，由于土質(zhì)較差，地下水埋深淺，淤泥層較厚，而且鐵路荷載大，通常需要采用長度較長的人工挖孔樁才能滿足要求，這對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)施工增加了難度。為降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證施工人員的安全，使得道路順利下穿既有鐵路，采用合理的施工技術(shù)是非常必要的。

2 工程概況

永靖縣污水處理廠位于太極中路大川延伸段北側(cè)，劉家峽鐵路專用線位于廠區(qū)和太極中路之間。廠區(qū)擬新建寬度為8米的進(jìn)場道路，下穿鐵路路基，并連接到太極中路大川延伸段。設(shè)計(jì)將既有鐵路路基挖開，改建成1-10.5m簡支板梁橋，保證橋下道路凈空不小于4米，以滿足消防車通過的最小凈空要求。橋址位于黃河沖積階地區(qū)，階地地形相對(duì)較平坦，工點(diǎn)處地表水主要為灌溉渠水及魚塘水。橋位附近地下水主要為第四系孔隙潛水，地下水位埋深

1.3～6.3m。工程區(qū)域在Ⅱ類場地條件下地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g，屬于高烈度地震區(qū)。橋址范圍內(nèi)特殊巖土主要為軟弱地基土，分布于橋址區(qū)范圍內(nèi)的飽和粉土、流塑及軟塑粉質(zhì)黏土。因長期浸水，含水率高，壓縮性高，承載力低，工程性質(zhì)差，為軟弱地基。

橋梁中心里程為K31+968.2，位于直線上，按正交設(shè)置，上部結(jié)構(gòu)采用10.5m鋼筋混凝土板梁，簡支結(jié)構(gòu)，預(yù)制梁高0.6m，頂寬6.5m，底寬4.5m，懸臂端1m，整體式板梁。橋臺(tái)采用樁基接冠梁型式，橋臺(tái)兩側(cè)設(shè)八字翼墻，翼墻設(shè)置護(hù)面鋼筋，八字翼墻基底處理采用1：2砂石換填1.5m厚。基礎(chǔ)采用兩根邊長1.5m的正方形挖孔灌注樁。支座類型為鐵路簡支梁橋球型鋼支座，小里程側(cè)設(shè)置固定支座，大里程側(cè)設(shè)置縱向活動(dòng)支座。

新建進(jìn)場道路與劉家峽鐵路、太極中路的平面位置關(guān)系如圖1。

3 施工要點(diǎn)

3.1 線路加固

臨近既有線施工，不能中斷行車，施工冠梁和樁基礎(chǔ)及八字翼墻前利用1孔Lp=24mD型施工便梁對(duì)線路加固，并采用14根D=1.25m人工挖孔樁對(duì)鐵路路基進(jìn)行防護(hù)，以保證施工期間列車限速45km/h通行。

3.2 主梁預(yù)制吊裝

（1）主梁預(yù)制

在施工現(xiàn)場選擇合適的預(yù)制場地，設(shè)置制梁臺(tái)座，綁扎鋼筋和澆筑主梁混凝土，并將支座頂板與主梁底面連接安裝。待橋臺(tái)施工完成后，將支座底板與墩頂墊石連接安裝，利用兩臺(tái)吊梁天車起吊預(yù)制好的主梁，放置到設(shè)計(jì)位置。

（2）主梁吊裝

主梁的吊裝主要有四個(gè)步驟，即起吊，縱移，橫移，落梁，都需要兩臺(tái)吊梁天車相互配合完成。起吊過程，需要前吊梁天車將主梁前端吊起，并向前移動(dòng)，使主梁后端到達(dá)后吊梁天車位置時(shí)吊起主梁后端，起吊過程要平穩(wěn)，防止主梁發(fā)生傾覆。梁的縱移和橫移過程中，前后吊梁天車盡量保持勻速行進(jìn)，使梁體移動(dòng)時(shí)能夠保持水平、平穩(wěn)狀態(tài)，防止由于前后吊梁天車速度不均而產(chǎn)生太大的沖擊力，影響主梁的架設(shè)。落梁就位需要人工進(jìn)行引導(dǎo)，保證將主梁準(zhǔn)確放置到設(shè)計(jì)位置[1]。

3.3 下部結(jié)構(gòu)施工

（1）人工挖孔樁

D型施工便梁支座采用D=1.25m挖孔灌注樁，橋臺(tái)樁基采用邊長1.5m正方形挖孔灌注樁，路基防護(hù)樁采用D=1.25m挖孔灌注樁。工點(diǎn)處地下水位埋深淺，采用人工挖孔樁，必須對(duì)場地內(nèi)進(jìn)行降水處理，施工前做好降水設(shè)計(jì)和施工，等到孔內(nèi)水位下降到一定位置后再進(jìn)行施工。工程地質(zhì)條件較差，基坑開挖坑壁極易坍塌及產(chǎn)生涌水、涌砂等地質(zhì)災(zāi)害，必須采用帶護(hù)壁開挖，成孔后及時(shí)澆筑相應(yīng)段的混凝土護(hù)壁，再進(jìn)行下一段的施工。

放入鋼筋籠后，澆筑樁身混凝土?xí)r，必須保證孔內(nèi)無水，防止孔內(nèi)積水影響混凝土強(qiáng)度。當(dāng)孔底有積水時(shí)，利用潛水泵抽水，抽干后方可繼續(xù)澆筑混凝土;當(dāng)孔內(nèi)水量過大，抽水方法無法抽干時(shí)，可考慮澆筑水下混凝土的施工工藝[2]。

（2）橋臺(tái)冠梁

采用樁基接冠梁的橋臺(tái)形式，冠梁采用L型，既是主梁的支撐平臺(tái)，又兼有擋土的功能。冠梁在線路下進(jìn)行現(xiàn)澆施工，施工必須在列車運(yùn)行間隙進(jìn)行并做好防護(hù)，確保行車安全。

3.4 輕型井點(diǎn)降水

由于本工點(diǎn)范圍內(nèi)地下水位埋深淺，粉土層厚5.8～7.5m，粉質(zhì)黏土層厚0～2.4m，在人工挖孔過程中較易產(chǎn)生流砂、管涌，甚至造成坑壁坍塌。因此在開挖基坑前，采用輕型井點(diǎn)降水的方法，使坑內(nèi)水位下降，從而保證開挖過程的安全進(jìn)行。同時(shí)在施工過程中，要每隔一段時(shí)間檢查降水情況以及坑壁穩(wěn)定情況，如有異常，立即停止開挖，保證施工人員的安全，并及時(shí)處理問題[3]。

4 主梁計(jì)算

利用Midas Civil程序建立空間模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算得到各控制截面對(duì)應(yīng)的最不利荷載組合情況下的位移、彎矩、壓力、剪力最大值，對(duì)控制截面輸入鋼筋數(shù)量，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力、裂縫及撓度是否滿足規(guī)范要求。

建立主梁模型如圖2。

結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮以下荷載：

（1）恒載（主力）

包括結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備自重，梁體圬工容重取26.5kN/m。

（2）活載（主力）

設(shè)計(jì)活載采用ZKH活載。

（3）溫度力

結(jié)構(gòu)整體升溫按25℃考慮。

（4）制動(dòng)力或牽引力（附加力）

按豎向靜活載的10%計(jì)算。但沖擊力同時(shí)計(jì)算時(shí)，制動(dòng)力或牽引力按豎向靜活載的7%計(jì)算。制動(dòng)力或牽引力作用在軌頂以上2m處，但計(jì)算橋墩時(shí)移至支座中心處。

（5）橫向搖擺力（主力）

作用在軌頂面處，其值為100kN。

（6）支座摩阻力（主力）

活動(dòng)支座摩阻力只考慮恒載作用引起的支座摩阻力，支座摩阻系數(shù)取0.05。

（7）風(fēng)力（附加力）

按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017）第4.4.1條計(jì)算[4]。

（8）特殊荷載

地震力：按《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）規(guī)定計(jì)算，梁體橫向傾覆滿足規(guī)范要求[5]。

鐵路上的結(jié)構(gòu)按照容許應(yīng)力法計(jì)算，荷載組合考慮主力組合和主加附組合，通過有限元軟件計(jì)算來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全可靠。

控制截面處彎矩、反力及撓度的計(jì)算結(jié)果如表1。

考慮鋼筋和混凝土共同受力，通過Midas軟件計(jì)算分析得到控制截面處鋼筋拉應(yīng)力、混凝土壓應(yīng)力、混凝土剪應(yīng)力及裂縫寬度的計(jì)算結(jié)果如表2。

根據(jù)《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10092-2017）一般規(guī)定，可知主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、裂縫及撓度都可以滿足規(guī)范要求[6]。

5 結(jié)語

（1）在新建道路下穿既有鐵路時(shí)，由于鐵路正在運(yùn)營，施工不能影響列車運(yùn)行，必須利用D梁加固線路，然后才可以施工。

（2）由于1-10.5m板梁不是常規(guī)梁型，因此主梁在現(xiàn)場澆筑，并采用兩臺(tái)吊梁天車進(jìn)行吊裝，吊裝過程要求水平、平穩(wěn)，防止發(fā)生傾覆。

（3）由于工點(diǎn)處地下水位埋深淺，樁基穿過較厚的粉土層和粉質(zhì)黏土層，為防止挖孔過程中孔底積水和孔壁坍塌，在施工前進(jìn)行輕型井點(diǎn)降水和開挖時(shí)采用帶護(hù)壁開挖。

（4）在最不利荷載組合情況下，主梁的主筋拉應(yīng)力、混凝土壓應(yīng)力、混凝土剪應(yīng)力、裂縫寬度及跨中撓度都滿足規(guī)范要求，主梁結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李薇. 淺談?lì)A(yù)制梁吊裝施工工藝[J]. 城市建筑， 2016（21）：67-67

[2]曹軍. 淺論人工挖孔樁施工中常見問題及應(yīng)對(duì)措施[J]. 經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息， 2010（9）：144-144

[3]郭煜. 多級(jí)輕型井點(diǎn)降水的應(yīng)用[J]. 土工基礎(chǔ)， 2002， 16（2）

[4] TB 10002-2017鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017

[5] GB 50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社， 2009

[6] TB 10092-2017鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017