立交桥顶进工程后背桩和便梁支墩的选用及检算

周忠国 上海铁路局工务处

1 后背的选用及检算

1.1 前言

后背是立交桥涵顶进施工时的关键受力结构，是顶镐对箱体施加顶力的依托，故其必须具有足够的抗力和刚度，以抵御前端的顶力而不能产生过大的变形。虽然在整个立交桥涵工程中它只是一个临时建筑，但在顶进施工中却属于关键结构，所以后背必须具有为顶进施工提供足够的抗力、顶进施工完成后便于拆除的特点。目前，立交顶进施工一般采用的后背大体为“桩式后背”和“钢筋混凝土后背”两种，后者属于重力式后背。在选择后背类型时，应充分考虑施工现场的实际情况，确保后背满足顶进施工的需求。

1.2 后背结构形式的选择

在我局一既有铁路“平改立”工程中，需建一座1-6m框架桥，路基面标高为31.19m，桥顶面标高为30.87m，桥身高4.9m，原地面标高为26.47m，仅高出桥底50cm，框架桥自重为265t，设计最大顶力为4450kN。为确保桥体顶进的顺利进行，根据实地情况，综合各种因素，通过方案比选，确定最合理的后背结构形式，即选用后背结构形式为钢筋混凝土重力式后背，并在其后加钢轨桩及浆砌片石进行配重，以保证后背的稳定性。

1.3 后背的施工方案

1.3.1 方案简述

根据以往施工经验，这种高路基的立交桥涵顶进工程，除采用重力式钢筋混凝土后背外，还需增加后背配重，后背填筑方式采用浆砌片石进行。

1.3.2 后背受力计算

（1）拟定后背结构尺寸

根据基坑的深度、框架桥的宽度及后背顶力的单宽受力，为保证后背在顶进过程中有足够的结构抗力，以承受足够的顶力，保证桥体的顺利顶进就位，后背尺寸拟选用高2.0 m、宽1.2m，结构尺寸如图1。

图1 后背结构尺寸示意图(单位：cm)

（2）后背截面尺寸受力检算

根据本工程的顶力计算要求，后背高度为2m,长度8m，其中后背滑板以下埋深1m,滑板以上高度为1m,横向截面宽度为 1.2m（见图 2）。

根据现场黏土基底的工程地质情况，采用实测值内摩擦角φ=20°；γ=1.8t／m3

被动土压力系数:λp=tg2(45°+20o/2)=2.04，

最大顶力为280t,

则土压力为：Ep=P=1/2×γH2λp=280/8=35（t/m），H取4.4m。

图2 后背实际结构断面及受力示意图(单位：cm)

结构受力检算:

计算A点和D点的土压力:

C点处截面厚度120cm，取h0=100cm；

初算钢筋面积:

取 φ22＠150Ag=3.14（cm2）

根据以上的计算，初步定出顶进后背的结构尺寸为:浆砌片石高度4.4m,宽度为3m和7.4m；钢筋混凝土后背高度为2m，宽度1.2m，混凝土强度选择C25，钢筋用量选取φ 22＠150。

根据《铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范》表

5.1.3 查得n=15。

含筋率:

钢筋应力:

混凝土应力:

故，混凝土标号采用C25,混凝土强度满足应力要求，施工后背结构受力强度合格。

2 便梁支墩（块型）的选用及检算

2.1 前言

便梁支墩是立交桥涵顶进时对线路加固措施中的关键结构，是承载整个施工过程便梁、列车等静、动态荷载不可或缺的临时结构。目前，既有铁路施工中一般采用块型支墩和条形支墩等两种，并需根据现场实际情况选择在支墩底部采用挖孔桩或高压旋喷桩进行加固，必要时还需采用锚梁进行连接。

在既有铁路“平改立”和新建立交桥涵下穿顶进施工工程中，由于各种因素的影响，一般选用独立的块型支墩作为便梁支墩，以便在保证安全的情况下，以缩短慢行时间，节约工期及费用。

2.2 支墩结构形式的选择

我局某铁路新建一座1-6m框架桥，在选择便梁支墩时，选用了独立的块型支墩。该桥采用D24型便梁防护线路，独立支墩，便梁支墩尺寸为（2.5×1.5×1）m，采用 C25钢筋混凝土。

2.3 便梁支墩检算

2.3.1 荷载计算

既有铁路顶进桥涵施工时，作用在支墩上的荷载主要有：列车活载、便梁自重、钢轨重、支墩自重等。

（1）列车活载

便梁跨度为24.12m（纵梁、横梁及扣件总重约469kN），则支墩的列车活载受力如图3所示。

图3 支墩的列车活载受力示意图

由此，可求得支墩的列车活载为：

取P1=Pmax=745(kN)

火车限速45km/h，冲击系统取为1.2

因此，考虑冲击系数后，支墩的列车活载为：Pmax=1.2×

745=894(kN)

（2）便梁自重

（3）钢轨自重（以P50钢轨为例）

（4）支墩自重

综上，单个支墩受到的最大竖向外力为：

（5）土压力

本工程仅考虑列车活载所产生的压力即可。

（6）列车活载引起的土压力计算

根据路基规范，计算面积横向取为2.5m，纵向采用每延长米荷载时为1.0m，普通活载为92kN/m，故：

由此列车活载引起的土压力为：

作用点为h2=H/2=4.5(m)。

2.3.2 单个支墩承载力计算

根据《桥涵基础设计规范》，支墩轴向受压的容许承载力：

式中：为桩的容许承载力（kN）;

C为支墩截面周长（m）；

li为土层厚度，取1m，

A为支墩底支承面积（m2）；

m0为系数，按照规范要求取0.8

fi为支墩周土的极限摩阻力(kPa)，取180kPa。

σ0为支墩底基础承载力 (kPa)，取180kPa；支墩承载力验算：

支墩竖向荷载为P=Pmax+G1+G2+G3=1131.28kN＜[P] =1980（kN）

故支墩承载力满足要求！支墩稳定性检算：

故，支墩稳定性满足要求！

3 结束语

（1）通过以上两个桥涵顶进工程实例，详细阐述了在实际工程中对重力式钢筋混凝土后背和便梁支墩的设计及检算方法。此方法非常适合手算，便于施工现场工程技术人员掌握，曾在我局既有线平改立和新建立交桥涵工程中被广泛应用。

（2）顶进桥涵的后背，包括后背梁、后背墙和后背填土（配重），必须具有足够的强度和稳定性，所以在设计及施工检算过程中，要满足强度和稳定性的要求；便梁支墩是框架桥顶进时线路加固措施中及其关键的结构，选用支墩时，需根据情况选择在支墩底部采用挖孔桩或高压旋喷桩进行加固。

（3）在以后类似的工程中，可以通过比选方案；综合考虑各种因素，选择科学合理的结构形式，以满足施工的要求。本设计检算方法可供同类工程参考。