一种新型桩板组合结构

马　春

(中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处　武汉　430063)

一种新型桩板组合结构

马春

(中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处武汉430063)

摘要普通路基多采用常规桩板结构，一般由基础、托梁和承载板组成。而在一些河堤区域，由于常规桩板结构整体结构高度较高，开挖量大，施工风险及施工难度均较大，对路基结构设计提出了更高的要求。文中运用工点实例，结合设计条件，通过方案比选，对桩板结构的设计和优化进行了说明。提出了一种新型组合结构，并给出了部分计算结果。

关键词桩板结构组合设计

桩板结构是高速铁路无砟轨道一种新的环保型路基结构形式，因其具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好，以及建筑成本适当、施工工艺简单等特点，目前已在国内外多条高速铁路路基以及普通铁路不良地基处理中得到应用，并将作为一种有效控制基础变形，尤其是工后沉降的地基处理方式而得到广泛应用[1]。常规桩板结构多应用于路基段，为托梁加承载板的模式，包括基础、钢筋混凝土托梁、承载板。基础位于稳定岩层内，钢筋混凝土托梁沿路基本体横向布设，承载板搭接在托梁顶部，承载板上部填筑路基。这种承载板整体结构高度较高，开挖量很大，因此在河(海)堤上，特别是在两侧均为水域时，施工风险及难度较大。另外，为了满足防浪、防潮功能，需要在常规桩板结构上另建防浪挡潮墙，从而导致整体结构宽度加大，影响了路基的稳定性和整个工程的经济性。

本文以厦门轨道交通一号线集杏海堤上桩板结构为例，介绍一种宽度小、开挖量少、经济性高、满足防浪防潮功能的用于堤上路基的槽型桩板组合结构。它由基础、槽型梁底板和腹板构成，槽型梁的底板作为桩板结构的承载板，槽型梁的腹板兼做防浪挡潮墙。

1设计条件

1.1　主要技术指标

(1) 设计年限：100年。

(2) 工程区域潮汐属正规半日潮。设计高水位6.14 m(高潮10%)，设计低水位0.72 m(低潮90%)。

(3) 抗震等级：按抗震烈度7度设防,设计基本地震加速度为0.15g。

(4) 钢筋混凝土裂缝计算宽度最大限值0.15 mm。

(5) 相邻跨间按5 mm的不均匀沉降量考虑。

1.2　计算荷载

(1) 结构自重：混凝土容重取γ=26.5 kN/m3。

(2) 二期恒载：99 kN/m。

(3) 基础变位：相邻跨间按5 mm的不均匀沉降量考虑。

(4) 列车竖向静活载：桥梁承受的列车荷载为B型车，6辆编组。

(5) 温度变化影响力：厦门地区多年平均气温20.8 ℃，月平均气温2月份最低，平均气温12.4 ℃；7月份最高，平均气温28.5 ℃。设计中采用的整体升降温温差按10 ℃。槽形梁底板平均温温差按5 ℃考虑。

(6) 波浪力：根据《海港水文规范》[2]计算防浪墙上的波浪力。

1.3　荷载组合

(1) 组合I：结构自重+收缩荷载+徐变荷载+活载+基础不均匀沉降。

(2) 组合II：结构自重+收缩荷载+徐变荷载+活载+基础不均匀沉降+升降温+制动力。

(3) 组合III：结构自重+收缩荷载+徐变荷载+活载+横向摇摆力+基础不均匀沉降+升降温+波浪力。

2结构设计

2.1　孔跨布置

本段范围内224 m路基设计拟采用4联3.25 m+3×16.5 m+3.25 m布置，桩基直接与底板固结，采用等宽桥面，截面为直腹板槽形，梁高在桩顶附近加高。槽形梁桥面净宽7.6 m，梁底面全宽10 m，顶面全宽10.6 m。上翼缘板厚度0.3 m，宽1.5 m，跨中截面桥面板厚0.6 m，腹板厚0.5 m，槽形梁底板与桩基相交处设置150 cm×50 cm的梗胁过渡，梗胁范围内底板厚度由60 cm渐变至110 cm，腹板厚度由50 cm渐变至70 cm。

2.2　计算模型

计算模型见图1，共划分为54个单元，55个节点。采用桥梁博士软件计算。

图1　桥梁博士计算模型(单位:cm)

图2　桩基础处截面

槽型桩板组合结构无基础处截面见图3。

图3　无基础处截面

常规桩板结构有基础处截面见图4。

图4常规桩板结构有基础处截面

2.3　主要计算结果

(1) 槽形梁结构按钢筋混凝土构件设计，按工字形截面检算上下缘配筋。翼缘板有效宽度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》[3]4.3.1、4.3.2条计算。

(2) 下缘配筋检算。主力组合工况最大正弯矩为20 900 kN·m，主加附组合最大负弯矩为24 500 kN·m，发生在边跨跨中，主力组合截面钢筋最大拉应力109.88 MPa，混凝土压应力5.74 MPa，裂缝宽度最大值0.124 mm；主加附组合截面钢筋最大拉应力128.81 MPa，混凝土压应力6.73 MPa，裂缝宽度最大值0.131 mm。

(3) 上缘配筋检算。主力组合工况最大负弯矩为-33 600 kN·m，最大剪力6 770 kN；主加附组合最大负弯矩为-39 800 kN·m，最大剪力6 830 kN,发生在中墩墩顶处，主力组合截面钢筋最大拉应力149.58 MPa，混凝土压应力2.8 MPa，裂缝宽度最大值0.127 mm；主加附组合截面钢筋最大拉应力177.18 MPa，混凝土压应力3.32 MPa，裂缝宽度最大值0.136 mm。

(4) 剪应力最大值1.70 MPa。需配置抗剪箍筋及斜筋。每侧腹板采用4肢Φ16 mm HRB400抗剪箍筋，腹板箍筋能承担的剪应力为1.936 MPa>1.70 MPa。

(5) 梁端转角。在列车静活载作用下，悬臂端最大竖向位移0.365 mm

(6) 竖向挠度。在列车静活载作用下，结构的竖向挠度最大值0.392 mm，小于L/2 000=8.25 mm。

(7) 线刚度。因桩基与槽型梁底板固结，各桩共同抵抗水平力，在制动力273 kN作用下，主梁水平向位移7.95 mm，则整联桥线刚度为273/0.795=343.4 kN/cm>240 kN/cm。

(8) 桩基础检算。边支点主力组合下桩头力Pmax=3 399.4 kN，主加附组合下桩头力Pmax=4 809.6 kN；中支点主力组合下桩头力Pmax=6 111.4 kN，主加附组合下桩头力Pmax=7 521 kN。桩径选取1.25 m可满足受力要求。

3桩板组合结构与常规结构方案工程量对比

槽形梁方案将原防浪墙作为结构的腹板，既能起到抵抗海浪侵袭、防风、减噪音、防止列车脱轨翻车等功能，又能提高了上部结构的竖向刚度，减小上部结构的埋入深度及开挖量，槽型桩板组合结构与常规桩板结构方案工程数量对比见表1。

表1　路基范围(224 m)内常规桩板结构与槽型桩板组合结构的主要工程数量对比

由上表1可见，采用槽型桩板组合结构，和常规桩板结构相比，基坑开挖和回填的数量减少了约50%，混凝土和钢筋数量也分别减少了26%和10%，在保证结构安全的前提下，有效地降低了工程总造价。

4结语

文中所述的槽型桩板组合结构，槽型梁的底板作为桩板结构的承载板，槽型梁的腹板兼做桩板结构的防浪(防撞)墙。桩板结构与槽型梁全新组合，大幅地降低了结构高度，为线路(路线)纵断面设计优化提供了条件；以槽型梁腹板作为防浪(防撞)墙，与常规梁相比，槽型梁腹板既能起到抵抗海浪侵袭、防风、防撞、减噪音、防止列车脱轨(车辆翻车)等功能，又能提高上部结构的竖向刚度；克服了常规桩板结构埋入深度大及开挖量大的问题，大幅降低了施工难度及风险，并且兼顾了防浪、防潮和防撞的功能；对结构高度敏感并且兼顾防浪、防潮功能的桩板结构具有参考和借鉴意义。

参考文献

[1]王峰.高速铁路无砟轨道桩板结构路基理论与实践[M].北京：中国铁道出版社,2012.

[2]JTS 145-2-2013海港水文规范[S].北京：人民交通出版社,2001.

[3]TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

A New Type of Pile Plate Composite Structure

MaChun

(China Railway Siyuan Survey and Design Group, Wuhan 430063, China)

Abstract：The ordinary roadbed mostly uses conventional pile board structure, which generally consists of base, beam and bearing plate. But in some river bank area, because conventional pile plate structure overall structure height is higher, excavated volume is big, construction risk and construction difficulty are larger, the roadbed structure design puts forward higher requirements. This paper uses examples of worksite, combining with the design conditions, through the plan comparison, the detailed description of the design and optimization of pile plate structure is carried out. A new type of composite structure is put forward, and some results are given, which are available for reference for similar worksite.

Key words:pile board structure; combination; design

收稿日期：2015-01-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.037