铁路既有线旁深基坑施工防护桩设计

铁路既有线旁深基坑施工防护桩设计

摘要：文章结合唐山站铁路枢纽改造工程DK123+122.7 北新西道框构中桥施工实例，介绍了该桥的工程概况、加固方案，着重对既有线防护桩的设计进行了阐述和计算分析。

关键词：库仑土压力；基坑；防护桩；边坡加固

中图分类号：U213.1 文献标识码： A 文章编号：1007—6921(2010)16—0067—02

北新西道框构中桥：位于唐山车站北侧，东与站前路相接，横穿铁路，西与西环北路相接，双向四车道，为唐山市西部进出城市的主干道，车流量特别大。京山线改线设计在既有框构桥西侧新建一座四箱（8m+16m+16m+8m）框构桥跨北新西道。京山改线后，需对既有框构桥进行拆除重建，改为津秦客专线一座四箱（8m+16m+16m+8m）框构桥跨北新西道。由于新建框构中桥临近既有线，需要设置防护桩加固路基。

该桥所处地层主要为第四系冲积层，以黏性土、粉土、细砂为主，地震动峰值加速度0.2g。气候属暖温带亚湿润季风区，四季分明。年平均降水量在500mm～800mm，70%主要集中在7月～8月。

1 加固方案设计

经过现场详细勘察和研究，采用钢筋混凝土防护桩对既有线侧基坑边坡加固。

防护采用φ1.0m挖孔桩,桩长17.5m，上与地面齐平，下伸入桥底8m，桩中心间距2m，暴露的桩间挂网喷锚。桩顺线路方向“L”型布置，防护桩中心距线路中心最近处9.21m，最远处13 .52m，桩距既有桥涵边缘4.7m，接既有桥翼墙。桥涵两侧各10根,防护范围21m。

防护桩采用C30钢筋混凝土，钢筋笼主筋为27Φ25沿周长均匀分布，箍筋为φ10@150沿桩长方向均匀分布。钢筋笼按整笼吊装。

2 设计计算理论

2.1 地面荷载

设计防护桩的作用主要是加固基坑既有线侧边坡，保证边坡稳定安全，在计算土压力是应考虑列车及轨道荷载，根据《铁路支挡结构设计规范》（TB10025-2006）附录A：列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度，Ⅰ级铁路基床表层为级配碎石，取荷载强度为60.7kPa，换算土柱宽度3.3m，高度 3.2m。

2.2 土压力

自然状态下的土体内水平向有效应力，可认为与静止土压力相等。土体侧向变形会改变其水平应力状态。最终的水平应力，随之变形的大小和方向呈现出两种极限状态，即主动极限平衡状态和被动极限平衡状态，支护结构处于主动极限平衡状态时，受主动土压力作用，是侧向土压力的最小值。

库仑土压力理论和朗肯土压力理论是工程中常用的两种经典土压力理论，无论用库仑或朗肯理论计算土压力，由于其理论的假设与实际工作情况有一定的出入，只能看作是近似的方法，与实测数据有一定差距。试验结果表明，库仑土压力理论在计算主动土压力时，与实际较为接近。在计算被动土压力时，其计算结果与实际相比，往往偏大。

本设计采用库仑土压力理论计算土压力，根据数解法按照无黏性土的库仑主动和被动土压力公式进行计算，桩的埋深适宜时，其弯矩点在基坑底部以下，只有一个弯矩作用点，埋深过大之后，将在桩底附近将出现反弯点，反弯点下的力系考虑反弯点下桩在土体中出现的反向位移的情况。

对于悬臂式支护桩，桩前桩后的土压力分布如图1所示。

3 设计计算

桥涵现场最外侧线路中心距桩最小距离 9.21m， 最大挖深8.0m，开挖后既有涵洞两侧的桩体暴露。由于缺少地层的土工试验数据，参考《铁路支挡结构设计规范》等相关规范，砂土容重取γ= 19.0 kN/m3，内摩擦角φ=35°，粘聚力c=0kpa，地面坡度i=0°。

3.1 土压力系数

考虑到采用库伦土压力理论计算的被动土压力系数偏大，结合经验取值，被动土压力系数取计算值

3.4 桩结构设计

桩截面的选择，拟采用圆孔桩，桩径1.2m，桩间距2.0m，钢筋按圆周均匀布置。根据《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025—2006）取肋柱的荷载分项系数：γC=1.35；重要性系数：γ0=1.0。

设计弯矩

故按27Φ25配筋可以满足要求。箍筋按构造配置为φ10mm钢筋，间距为17cm。

3.5 结论

根据计算，开挖深度＜8m基坑，其防护措施采用人工挖孔桩，直径为100cm，桩中心距为 200cm，嵌固深度为9.190m，桩长17.19m。主筋采用 27Φ25mm 沿桩周长均匀布置，间距为110mm，保护层为5cm，箍筋为φ10mm钢筋，间距为

17cm，桩内灌注C30砼。

4 结束语

笔者介绍了防护结构（防护桩）的一般设计计算理论及计算方法，通过工程实践，证明该计算成果是安全的。在笔者的设计计算过程中查阅相关资料得知，目前土压力的计算理论还不够成熟，许多理论在实际工程中的应用受到特定的条件限制，只能应用于特定地质条件及具体的支挡结构形式中，推广有一定难度，很难形成计算模板。希望有更多的工程技术人员投入到该领域的理论研究中，不断完善土压力计算理论，更加切合实际的指导现场施工，使工程在确保安全的前提下更趋于经济。