天兴洲长江大桥北岸引桥配套工程
摘要：本文以天兴洲长江大桥北岸引桥配套工程巨龙大道立交桥为例论述了在铁路既有线下顶进桥涵的顶进后背及线路架空的检算与施工。 关键词：后背 挖孔桩 施工 检算
1、工程概况：
天兴洲长江大桥北岸引桥配套工程巨龙大道立交桥位于京广线K1175+145处。本工程在既有12米框架北侧顶进一孔5米框架，在其南侧顶进一孔12m和一孔5m框架，形成一座孔跨布置为5m+12m+12m+5m的中桥。新增三孔分别从线路西侧顶入既有路基就位，顶进部分下穿京广线和阳逻电厂专用线，共计三股道。顶进前必须先将京广线和阳逻电厂专用线三股道同时架空。
2、顶进后背的设计与施工
预制框架顶进阻力主要为框架底与土体间（滑板）的滑动摩擦力，另外框架开始滑动时存在最大顶力。顶进后背后土体的被动土压力为克服顶进阻力的反力。后背设计以克服框架身起动时的最大顶力所需要的反力为计算依据。本工程采用浆砌片石后背墙加钢筋混凝土后背梁及钢横梁的后背形式（如后图所示）。 2.1.最大顶力计算
中孔12m框架自重17900kN，最大静摩擦系数取1.2,即最大顶力为21480KN.
2.2.后背设计
后背受力模型如下:首先千斤顶将顶力传递到钢横梁上,由钢横梁将力均匀传递到钢筋混凝土
后背梁,混凝土后背梁将力传递于片石后背墙,再由片石后背墙将力传递与土体中.后背各个部分的受力简化如下图:
2.2.1.后背土压力计算
最大顶力分配到每米土体上的力
E= Pmax g/L=2148×10/13.8(后背宽度)
=1557 kN/m,
按库仑理论，每米宽度的后背能产生被动土压力
E’ =1/2×rH2λ’
=1/2×1.8×10×H2×3>1557kN/m
r---土的容重，一般取1.8t/m3
λ’---被动土压力系数，
λ’ =tg2（450+φ/2）
= tg圈套器2（450+300/2）
=3
φ-土体内摩擦角，无粘性土一般取φ=300
解得H=7.59m.取H=8m.
即后背土体受力高度应达到8m。
当H=8m时，E’>1.1E，故后背被动土压力满足要求
2.2.2后背墙抗压受力计算
a.混凝土后背梁局部压碎强度检算
作用于后背梁上的荷载为
Q= Pmaxg/S
=2148×10/（0.5×13.8）
=3113kN/ m2
=3.1MPa
Q=3.1MPa<30 MPa，采用C30混凝土满足要求。
b.浆砌片石后背墙局部压碎强度检算
Q’= Pmaxg/S
=2148×10/（3×13.8）
=519kN/ m2
=0.5MPa
Q’=0.5MPa<7.5MPa，采用M7.5浆砌片石满足要求。
2.2.3后背梁抗弯受力计算
a.混凝土后背梁最大弯矩计算
取1m宽度进行计算，其最大弯矩为
M=2148×10/3×1.25×1.5×0.5/13.8=486.5kN·m
抛丸处理b. 混凝土后背梁配筋计算
该后背单块梁受力的矩形截面b×h=1000mm×500mm，受拉钢筋按一层II级Ф25钢筋布置，并且钢筋骨架采用绑扎形式联结，其中γc=1.25,Ra=11MPa,Rb=340MPa,ξjg=0.55,混凝土保护层厚度C=22.5mm，Ф25钢筋外径为25mm，故a=22.5+25/2=35mm，有效高度h0=465mm，则
受压区高度x为
Mmax=1/γc× Ra bx（h0-x/2）即
486.5×106=1/1.25×11×1000x×(465-x/2)
解得x=790mm（舍去）
x=140mm<ξjg h0=0.55×465=255.75mm
所需钢筋截面为
Ag = Rabx/ Rb
=11×1000×140/340
=4529mm2
采用Ф25钢筋13根作为抗拉钢筋，Ф25钢筋截面积为490.9mm2，其钢筋面积为
Ag’=490.9×13=6381.7mm2
Ag’ >1.2Ag，
u=Ag’/S
=6381.7/(1000×500)=1.2%> umin=0.1%
所以，钢筋配筋满足要求。
3．线路架空设计与施工
本工程线路架空布置如下图所示，检算以中孔为例。
遥控干扰器 3．1．挖孔桩设计检算及施工
挖孔桩是线路架空D24梁的支点，其主要荷载为列车荷载及施工便梁及配件自重，其次是在框架顶进过程中的抗倾覆力（因为在框架顶进过程中，挖孔桩一侧土体被掏空后，另外
一侧土体对其有土压力）。本工程挖孔桩孔径为2.5m×2.5m，深12m，采用C25钢筋混凝土作为护壁，C25素混凝土进行填心，其形式如下：
3.1.1挖孔桩抗倾覆检算
挖孔桩开挖位置为人工填土路堤，按粘性土考虑。Φ=20°c=10KN/m2 γ=18KN/ m3。挖孔
桩总长12m，埋入土体3.37m；截面尺寸为2.5m×2.5m。实际施工时涵身荷载和桩身底部扩孔部分视为安全储备。受力分析状况如下图：
假定桩身倾覆时，绕底部角点转动，桩底除角点外，余离开土体，N受力点向左偏移至角点。此时的极限平衡状态为对角点的力偶矩之和为0。即：
∑M=∑My +∑Mo= 0
Ea =γ× Ha2Ka/2- 2c×Ha√Ka+2c2/γ
=378.48KN/m
Ep =γ× Hp2Kp/2+ 2c×Hp√Kp
=305.392KN/m
G=N=2500×12×2.5×2.5=1875KN
La=(Ha-h0)/3=[12-2c/(γ√Ka)]/3=3.47m
Lp=[ (Hp×√Kp+6c)/ (Hp×√Kp+4c)]× Hp/3=1.3m
安全系数κ=∑My/∑Mo＞2
∑My=(T×Ha+Ep×hp)×2.5+G×B/2 （B为挖孔桩宽度，B=2.5m）
∑Mo= Ea×ha×2.5
安全系数κ=∑My/∑Mo
= (T×Ha+Ep×hp+G×B/2)/ (Ea×ha)>2∑My/∑Mo＞2
3.1.2挖孔桩抗弯检算即配筋计算
（1） 计算最大弯矩，最大弯矩在剪力为0的位置。假设在y处剪力为0。如下图所示：
T+2Eay=0 （2为安全系数）
即268.6/2.5-2×(γ×y2Ka/2- 2c×y√Ka+2c2/γ）=0
解得y=4.91m
Mmax=2Eay×(y-h0)/3+T×y/2.5
=2×（γ×y2Ka/2-2c×y√Ka+2c2/γ）×[y-2c/(γ√Ka)]/3-527.604
=206.02 5kN·m
(2) 配筋检算
混凝土采用C25，设计抗压强度Ra=13.75Mpa，设计抗拉强度ft=1.3Mpa。
σ=M/W
Mmax=206.02 5kN·m，W=bh2/8=1.9535125m3
σ=M/W=105.46kN/ m2=0.11 Mpa <ft=1.3Mpa
故不需要配筋。
重力对于桩身的作用可作为安全储备，不参与计算。
3.1.3挖孔桩基底承载力检算
1、荷载
列车荷载F1=2000KN （列车特种荷载）
施工便梁荷载F2=（241.04+473.376）/2=357.208 KN
桩身自重F3=2.5×2.5×25×12=1875KN
2、基底应力
σ=∑F/A （A为桩底面积
A=3.5×3.5=12.25m2）
=4232.208/12.25=345.486Kpa
3、埋置深度检算
紧靠挖孔桩涵身自重对桩底影响换算成埋深
h=3.57m.(h=q/γ=64.27/18)
D+h=σ× g4（450-φ/2）/γ
=345.486×0.240385/18=4.6m
解得D=1.06 m＜3.37m
故基底承载力满足要求。
能量管理系统
3.1.4挖孔桩护壁设计及检算
为保证挖孔桩在开挖过程中，由于土压力的作用可导致塌孔，对挖孔桩进行支护，护壁采用C25测斜管钢筋混凝土，上口厚30cm，下口厚20cm。（上口厚便于浇注混凝土）
1、挖孔桩尺寸：
挖孔桩为2.5m×2.5m，深12m，护壁厚0.25m，护壁及桩身均采用C25混凝土。
2、主动土压力计算：
按朗金土压力计算，深12m所产生的最大主动土压力强度ρa为
ρa=r×H×Ka=1.8×10×12×0.333
=71.9kN/m2
其中
r----土的容重，一般取1.8t/m3
Ka ---被动土压力系数，
Ka =tg2（450-φ/2）=tg2（450-300/2）=0.333
式中φ---土体内摩擦角，无粘性土一般取φ=300
3、最大弯矩计算：
埋深12处，按1m高度计算，主动土压力对护壁所形成的压力可以简化为均布荷载，其大小为E=ρa×1=71.9kN/m
主动土压力作用于护壁上可视为大小为E的均布荷载作用于一长为2.5m，宽1m，厚0.25m且两端固定的梁上
其最大弯矩为
Mmax=qL2=EL2/16=71.9×2.52/16=28.15kN·m
4、配筋检算
取1m宽度护壁进行计算，该挖孔桩护壁受力的矩形截面b×h=1000mm×250mm，受拉区布置一层I级φ10钢筋，且钢筋骨架采用绑扎联结，其中γs=1.25, Ra=13.75MPa,Rb=240MPa,ξjg=0.65,则
受压区高度x为
Mmax=Ra bx（h-x/2）
28.1×106=11×1000x×(250-x/2)
解得x=489.5mm（舍去）
x=10.5mm<ξjg h=0.65×250=162.5mm
所需钢筋截面为
Ag=Rabx/Rb=11×1000×10.5/240=481mm2
采用φ10钢筋8根作为抗拉钢筋，φ10钢筋截面积为78.5mm2，其钢筋面积为
Ag’=78.5×8=628mm
Ag’ >1.2Ag，u=Ag’/S=628/（1000×250）=0.25%> umin=0.1%
所以，钢筋配筋满足要求。
3.1.5挖孔桩施工
节能煤气灶挖孔桩施工时，孔内两人一人挖土、一人装土，孔口两人用辘轳提升弃土。每开挖1米浇筑一次护壁，人工浇筑。一般土质情况下每8小时可成孔一米。挖孔桩填心混凝土可用地泵浇筑。
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