周忠國(guó) 上海鐵路局工務(wù)處

1 后背的選用及檢算

1.1 前言

后背是立交橋涵頂進(jìn)施工時(shí)的關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)，是頂鎬對(duì)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(guò)大的變形。雖然在整個(gè)立交橋涵工程中它只是一個(gè)臨時(shí)建筑，但在頂進(jìn)施工中卻屬于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，所以后背必須具有為頂進(jìn)施工提供足夠的抗力、頂進(jìn)施工完成后便于拆除的特點(diǎn)。目前，立交頂進(jìn)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(lèi)型時(shí)，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確保后背滿足頂進(jìn)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(biāo)高為31.19m，橋頂面標(biāo)高為30.87m，橋身高4.9m，原地面標(biāo)高為26.47m，僅高出橋底50cm，框架橋自重為265t，設(shè)計(jì)最大頂力為4450kN。為確保橋體頂進(jìn)的順利進(jìn)行，根據(jù)實(shí)地情況，綜合各種因素，通過(guò)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(jìn)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(jiǎn)述

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，這種高路基的立交橋涵頂進(jìn)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(jìn)行。

1.3.2 后背受力計(jì)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(jìn)過(guò)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(jìn)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(jì)算要求，后背高度為2m,長(zhǎng)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(jiàn)圖 2）。

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

被動(dòng)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(shí)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(jì)算A點(diǎn)和D點(diǎn)的土壓力:

C點(diǎn)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(jì)算，初步定出頂進(jìn)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(qiáng)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(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表

5.1.3 查得n=15。

含筋率:

鋼筋應(yīng)力:

混凝土應(yīng)力:

故，混凝土標(biāo)號(hào)采用C25,混凝土強(qiáng)度滿足應(yīng)力要求，施工后背結(jié)構(gòu)受力強(qiáng)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(jìn)時(shí)對(duì)線路加固措施中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是承載整個(gè)施工過(guò)程便梁、列車(chē)等靜、動(dòng)態(tài)荷載不可或缺的臨時(shí)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(chǎng)實(shí)際情況選擇在支墩底部采用挖孔樁或高壓旋噴樁進(jìn)行加固，必要時(shí)還需采用錨梁進(jìn)行連接。

在既有鐵路“平改立”和新建立交橋涵下穿頂進(jìn)施工工程中，由于各種因素的影響，一般選用獨(dú)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(shí)間，節(jié)約工期及費(fèi)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(shí)，選用了獨(dú)立的塊型支墩。該橋采用D24型便梁防護(hù)線路，獨(dú)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(jì)算

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

（1）列車(chē)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(chē)活載受力如圖3所示。

圖3 支墩的列車(chē)活載受力示意圖

由此，可求得支墩的列車(chē)活載為：

取P1=Pmax=745(kN)

火車(chē)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(chē)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(gè)支墩受到的最大豎向外力為：

（5）土壓力

本工程僅考慮列車(chē)活載所產(chǎn)生的壓力即可。

（6）列車(chē)活載引起的土壓力計(jì)算

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

由此列車(chē)活載引起的土壓力為：

作用點(diǎn)為h2=H/2=4.5(m)。

2.3.2 單個(gè)支墩承載力計(jì)算

根據(jù)《橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(zhǎng)（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(chǔ)承載力 (kPa)，取180kPa；支墩承載力驗(yàn)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(yǔ)

（1）通過(guò)以上兩個(gè)橋涵頂進(jìn)工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了在實(shí)際工程中對(duì)重力式鋼筋混凝土后背和便梁支墩的設(shè)計(jì)及檢算方法。此方法非常適合手算，便于施工現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)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(yīng)用。

（2）頂進(jìn)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(qiáng)度和穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)及施工檢算過(guò)程中，要滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求；便梁支墩是框架橋頂進(jìn)時(shí)線路加固措施中及其關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，選用支墩時(shí)，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(jìn)行加固。

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