框架桥顶进施工中线路抗横移措施分析

张东贺王向前张东贺

中铁六局集团石家庄铁建公司河北省050000

论文摘要：

下穿铁路顶进框架桥施工过程中为保证铁路正常通行，必须有防止铁路横移措施，抗横移桩法作为目前普遍采用的措施，相比传统的倒链法效果显著，但同时造价与施工难度大大增加。结合保定市西二环路下穿京广线框架桥工程的顶进施工，进行以工字钢冠梁代替钢筋混凝土冠梁的研究，并进行抗移桩桩长与抗倾覆力关系的分析。在研究过程中，进行了摩擦力实验，通过实验数据分析确桥体对线路产生的横向水平力大小，以此对工字钢冠梁进行强度验算，得出了可以采用工字钢冠梁替代钢筋混凝土冠梁的结论，并成功指导施工。还可以看出抗移桩桩长设计一般较为保守，存在减少长度的可能性，达到节能、环保、省时的效果。

关键词：顶进抗横移冠梁桩长

随着交通建设日益繁荣，铁路与公路交叉点越来越多，下穿既有铁路顶进框架桥作为一种成熟的施工工艺，被广泛应用于各等级公路穿越铁路立交桥的施工。在顶进施工中，要保证铁路在限速状态安全运行，侧向顶推力导致铁路侧移是顶桥施工的病害，必须严格控制。曾采取的措施为：在框架桥后侧预埋一排钢筋拉环，倒链两端分别固定在线路加固体系和拉环上，顶进的同时拉倒链以此控制线路侧移。倒链法可以达到抗侧移的效果且造价较低，但全凭人工操作，很难做到与顶进同步。现在普遍采用抗横移桩法，线路加固体系横梁顶在抗横移桩冠梁上，铁路横移量很小，效果显著。但采用抗横移桩法造价大幅增加，桩及冠梁钢筋混凝土结构在顶进后还须破除，造成环境污染。结合保定市西二环路下穿京广线框架桥工程，进行以工字钢冠梁代替钢筋混凝土冠梁的研究，并进行抗移桩的桩长与抗倾覆力关系的分析。

一、工字钢冠梁替代钢筋混凝土冠梁分析

计划采用两根I45b工字钢替代原钢筋混凝土冠梁，现对工字钢冠梁进行力学分析。

（一）计算原理

1.横向力：线路对抗移桩及其冠梁的的横向力，来自于顶进时桥体顶面与线路及加固体系间的横向摩擦力。通过实验确定线路加固用小滑车与桥体间摩擦力与荷载的关系，再计算线路与加固体系的重量，便可以得到横向摩擦力的数值。

2.双I45b工字钢冠梁强度计算：线路横向力通过线路加固体系中24m长工字钢横梁传递到冠梁上，将两根抗移桩之间的工字钢冠梁视为一简支梁，在最不利荷载条件下对其进行强度计算。

（二）计算分析

1.荷载-摩擦力关系式确定

在桥面上，使用装4个小滑车的1.5m×1m×0.01m钢板，钢板上放置不同重量的砂袋，使总荷载分别为150kg、200kg、250kg、300kg、350kg，用弹簧秤分别测量拉动滑车时的最大静摩擦力，通过回归分析得到荷载与摩擦力之间的关系式。

得到回归方程：P=0.348N+4.82。

2.横向力计算

①每延米线路及加固体系质量(I45b—87.5kg/m，I40b—73.9kg/m)

既有线上下行钢轨60kg/m、3-5-343kg/m扣轨两道、2-3-2I45b工字钢纵梁：

60×4＋43×(3+5+3)×2+87.5×(2+3+2)=1798.5kg

既有线混凝土轨枕(间距0.6m，单根250kg)：

250×(1/0.6)=417kg

横梁(采用“24mI40b-18mI40b-木枕”形式，1.6m一个循环)：

[(24+18)×73.9+72×2]/1.6=2030kg

扣件、U形卡子、扣板等：100kg

合计：1798.5+417+2030+100=4345.5kg

②桥长范围内(57m)线路及加固体系总重量：

4345.5×57=247693.5kg=247.6935t

247.6935×9.8=2427.4kN

③横向力：

P总=2427.4×0.348+4.82=849.6kN

3.双I45b工字钢冠梁强度计算

①抗移桩共17根，间距4m，工字钢冠梁总长16×4=64m；

该范围内共有24m工字钢横梁64/1.6=40根；

一根工字钢横梁作用的横向力P=849.6/40=21.24kN

②将两根抗移桩之间的工字钢冠梁视为一简支梁，最不利荷载如下图所示：

通过强度计算，双I45b工字钢冠梁足以满足强度要求。在施工过程中，铁路路基为路堤形式时，冠梁高出地面1～2米，制作较为复杂。使用工字钢冠梁替代钢筋混凝土冠梁，节约时间、降低成本，且完全可以回收再利用，减少了混凝土破除产生的建筑垃圾，降低环境污染。

二、抗移桩桩长与抗倾覆力关系的分析

由于铁路规范中没有桩基础水平承载力的计算方法，因此借鉴《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中相关内容进行计算。

桩身配筋率:

选用公式:

式中——单桩水平承载力特征值

——桩的水平变形系数

m——桩侧土水平抗力系数的比例系数，查表取m=30

——桩身的计算宽度

EI——桩身抗弯刚度

——混凝土弹性模量，C25混凝土

——桩身换算截面惯性矩，圆形截面

——桩身换算截面受拉边缘的截面模量，圆形截面为：

d——桩身直径d=1.25m

——扣除保护层厚度的桩直径

——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比值

——桩顶容许水平位移，根据铁路经常保养水平几何尺寸偏差值，取

——桩顶水平位移系数

经计算得：

当桩长为设计值17m时，查表得，

当桩长为8.5m时，查表得，

根据计算结果看出，无论桩长为17m还是8.5m单桩水平承载力特征值均远大于单桩实际承受水平力。

三、总结

根据上述两方面的实验计算分析，得出结论：在顶进框架桥桥施工过程中，抗横移措施采用抗横移桩法时，可以采用工字钢冠梁替代钢筋混凝土冠梁，以达节省工期、降低造价、减少污染的效果；抗横移桩普遍设计长度为17m～20m，根据计算所得结论，桩长减少一半，桩身水平承载力并未降低多少，并且远大于桩身实际所承受水平力，在设计时，适当减少抗横移桩桩身长度，不仅可以降低施工风险，还可使工程经济性有所提高。

主要参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

[2]《热轧型钢》（GB/T706-2008）

[3]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）