来宾刚架桥上跨既有线承台基坑开挖采用钢管桩加固计算

　　摘要：文章结合湘桂铁路柳州至南宁段Ⅱ标来宾刚架桥跨既有湘桂线施工，承台基坑的开挖加固施工情况，采取钢管桩加固计算，不仅保证列车正常运行，而且保证工程顺利施工。

　　关键词：既有线施工,加固,计算

　　引言

　　新建铁路、道路上跨既有线施工中，经常会遇到开挖既有线路基的情况，如跨线桥施工时要在路基边坡上开挖桥墩基坑等。为保证既有线行车安全，施工时需要对路基进行有效的加固。加固的方法很多，常见的是打入钢轨桩或钢板桩、人工挖孔桩的方法进行，以抵抗路基产生的土压力，阻止路基下滑，本文根据具体施工情况，介绍钢管桩加固计算。

　　1.工程概况

　　来宾刚架桥位于新建柳州至南宁客运专线D1K599+911处，上跨K601+234处既有湘桂铁路，地点位于来宾市郊，立交处上下均位于直线段，水平交角为31°，立交中心里程D1K599+911，孔跨布置为1×14m刚架，跨长16.6m，承台内侧边缘距离既有线左右线中心线的距离为3.95m，落在路肩上，既有线方向45.69m分4节浇注，净空7m，刚架顶板厚1.2m，边墙厚1.3m，基础为28根6m长的φ1.25m桩基及2个承台，刚架投影面积约840m2，主体结构圬工量约为2740m3。具体布置见横断面图(下一页)

　　既有线为湘桂正线，平均10至20分钟有一趟列车通过，立交刚架位于来宾站下行出口不远，来宾站方向200米远处有信号灯柱1根，南宁方向100米远处有信号灯柱2根。路肩上有铁路缆线通过，既有线是高4米左右的路堤，两侧为洼地。

　　2.施工方案选择

　　在不影响既有湘桂铁路路基稳定性及不中断列车运行安全的情况下，来宾刚架桥承台基坑开挖，可考虑以下四种施工方案。

　　(1)用钢管或工字钢、短轨等型钢打入土中作为立柱，边开挖边镶入横木板来支撑坑壁及路基边坡的方法加固。

　　(2)采用钢板作防护，加固路基边坡。

　　(3)采用人工挖孔混凝土灌注桩加固路基边坡。

　　(4)钢管桩加固路基边坡。

　　以上方法均为较常见的施工方法，承台底以下覆盖0～4.8m高低不一粘土层才到基岩，且承台边缘离既有线距离较近，结合本工程现状靠既有线施工避免使用大型机械、爆破作业施工，人工挖孔混凝土灌注桩侵入道床，为保证列车行车和施工人员安全，采用地质钻孔下钢管桩并向孔内注水泥加固路基边坡。

　　3.钢管桩加固计算

　　3.1.计算说明

　　计算钢管桩锚固力时，只考虑钢管桩在岩石中的锚固力，完全不考虑土层锚固力。

　　计算钢管强度时参照《简明施工计算手册》(江正荣版)4.4.1节中的“布氏( )理论”对锚固点位置进行计算。

　　钢管桩嵌岩深度均超过1m。钢管桩采用直径为150mm，壁厚为4.5mm的无缝钢管，管内灌注水泥浆，计算时不考虑水泥浆对钢管抵抗矩的加强。

　　3.2验算过程

　　当承台基坑开挖完成，桩身外露长度3m，受力情况如下图所示：

　　1锚固深度计算

　　土力学参数按铁二院工程地质说明表内数据取值：内摩擦角θ=16°，饱和重度γ=19.3KN/m³，粘聚力c=25Kpa ，根据《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)中附录A列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度表可查得：

　　道碴厚度为35cm，枕木长度取2.6m时，换算土柱高h´=3.2，换算土柱宽度l=3.2m，均布荷载q=60.3KN/m。

　　又已知开挖深度h=3.0m由此可计算出：

　　根据朗金土压力理论计算，

　　主动土压力强度Pa公式：

　　H=3m，c=25Kpa，Ka=0.568， =0.754

　　=67.99-37.7=30.29Kpa

　　由此可得出最大土压力压强为ea=30.29×1.5=45.44Kpa

　　总主动土压力公式

　　=101.98-113.1+64.77=53.65KN/m

　　钢管桩设置为0.33m/根，故单根钢管桩受合力为：

　　F=53.65×0.33=17.7KN

　　主动土压力作用点高度:

　　钢管桩嵌岩最深处距外露面4.8米，作用于钢管桩底部的力臂

　　L=4.8+0.45=5.25m

　　故钢管桩根部所受弯矩：

　　M=F×L=17.7×5.25=92.93

　　根据TB10002.5-2005《铁路桥涵地基和基础设计规范》(6.2.3-2)公式可得嵌岩深度：

　　M=92.93KN·m，

　　k为根据岩层构造岩石在水平方向的容许压力转换系数，取0.5～1.0，

　　R为岩石单轴抗压强度，根据地质说明取18Mpa，

　　d为钻孔直径，取0.15m。

　　计算可得岩石嵌岩深度为h=1.02m，满足施工要求。

　　2钢管桩强度计算

　　按照“布氏( )理论”，钢管桩受力的零点高度：

　　Kp=1.761，故有

　　故钢管桩身的力臂

　　L1=0.45+1.13=1.58

　　故钢管桩实际所受弯矩

　　M=F×L1=17.7×1.58=28.0KN·m

　　钢管桩的抵抗矩查表可得：

　　ω=145.3cm3

　　钢管桩所受最大应力:

　　满足施工要求。

　　4.结束语

　　路基边坡加固防护方法较多，但受既有线限界限制及地质情况特殊的情况少见，本工程采用钢管桩加固既有铁路路基边坡成功的克服既有线施工限制条件，保证列车运行、施工人员安全，保证承台开挖安全。

　　参考文献

　　[1]铁路路基设计规范(TB10001-2005)

　　[2]江正荣.简明施工计算手册[M].中国建筑工业出版社.2005

　　[3]铁路桥涵地基和基础设计规范(TB10002-2005)

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