下穿铁路工程中桩板结构的设计和应用

张科研

【摘要】铁路工程下穿客运专线，采用桩板结构通过下穿区域，防止新建铁路荷载对既有铁路桥墩造成影响。桩板结构形式灵活，结果计算复杂，介绍和探讨桩板结构的设计和计算方法，为桩板结构提供了设计参考和实践经验。

【关键词：】下穿铁路；桩板结构；结构分析

1、工程概况

某新建国铁I级单线以浅挖路堑下穿既有秦沈客运铁路专线的桥梁工程，既有桥梁为明挖基础，埋深较浅。新建铁路距既有铁路桥梁基础较近，中心线距既有铁路基础2.17m。为防止新建铁路荷载对既有铁路桥墩造成影响，本处设置桩板结构通过下穿区域，并沿线路纵向在桩板结构两侧设置素混凝土过渡段，减少不均匀沉降。

2、桩板结构的设计

2.1结构选型

桩板结构是一种较为灵活的结构，分为桩基与承台板直接刚性连接的独立墩柱式；桩基与托梁刚性连接，托梁连接横向桩基，其上再与承台板相连，承台板与托梁固接或铰接的托梁式桩板结构；还有独立墩柱式和托梁式组合的复合式桩板结构。

本工程顶部为既有桥梁工程，净空受限，宜将道碴和轨道结构直接作用于承台板上，沿线路纵向单排布置桩基，四跨一联，中间跨桩与承台板间不设托梁，直接刚性连接，两端边跨端部设置托梁，桩与托梁刚性连接，板与托梁搭接，采用复合式桩板结构。标准承载板长18m，厚1.0m，宽3.9m，桩纵向跨距4.5m，

承载板底采用钢筋混凝土灌注桩。每联布置5根C40钢筋混凝土钻孔桩，桩径1.25m。根据地质情况，桩基嵌入基底强风化岩层中。

2.2结构计算

2.2.1设计荷载

作用在桩板结构上的荷载分为恒载、活载、附加力和特殊力。恒载主要为结构构件及轨道结构自重、混凝土收缩及徐变影响。本工程承载板埋深浅，需要考虑列车活载作用较多，如列车竖向静活载、列车竖向动力作用、横向摇摆力、离心力。作用在结构上的附加力主要为制动力和牵引力。结构在实际使用过程中，各种荷载并非同时作用于结构上，应按荷载可能出现的最不利组合情况进行计算。荷载计算参考《铁路桥涵设计基本规范》进行计算。

2.2.2计算方法

桩板结构为超静定结构，结构形式较为复杂，计算时以下假设为基础：（1）结构各构件本身轴力方向为刚体，忽略构件轴向变形以及剪切变形对内力的影响。（2）列车活载重复作用下时，承台板与板底土体完全脱离，不考虑土体对承台板的支撑作用。（3）土体为地基系数随深度增长的弹性变形介质。

计算过程中，将桩板结构简化为平面桁架结构，将桩板结构的纵横向分开考虑，承台板当做梁考虑，不考虑扭矩影响。采用地基系数法来考虑桩土相互作用。本工程利用Midas Civil建立桩板结构模型进行有限元分析计算，结构模型如图3：由Midas Civil模拟结果见表1：

当计算不满足上式要求是，应修改截面尺寸或提高混凝土强度等级，满足《建筑桩基技术规范》、《混凝土结构设计规范》等规范要求。

本工程桩采用均匀配筋，主筋选用18根HRB400Φ25钢筋。板受拉和受压区采用相同配筋，主筋选用28根HRB400Φ25钢筋，间距13.8cm。均满足强度要求和0.2mm裂缝宽度要求。承载板满足抗剪切和20mm沉降要求，及挠度不大于L/1800的要求。

3、桩板结构的一般构造要求

（1）承台板及托梁的混凝土强度不宜低于C35，桩基的混凝土强度等级不宜低于C30，当地下水有侵蚀性时，结构耐久性设计应满足有关要求。

（2）承台板及托梁与土接触面最外层钢筋的保护层厚度不宜小于70mm，当有防垫层或保护层时，最外层钢筋净保护层不宜小于50mm。钻孔灌注桩主筋净保护层厚度不宜小于60mm，且须满足铁路混凝土结构耐久性设计的要求。

（3）承台板（托梁）底宜设置10cm厚素混凝土或灰土工作垫层。

（4）桩板结构的承台板、托梁与桩基的刚性连接处，宜设置钢筋网、抗剪弯筋和加密箍筋等构造措施，以抵抗冲切作用和防止局部应力集中。

（5）桩基桩顶与托梁或承台板联结时，桩身伸入承台板或托梁内的长度不宜小于10cm。

4、结论

桩板结构具有整体性能好、刚度大、变形小的特点，可有效的应用于下穿铁路工程中，防止新建铁路荷载对既有铁路桥墩造成影响。桩板结构形式灵活，结构计算复杂，主要为超静定结构，可利用有限元方法行仿真模拟分析。本文介绍和探讨桩板结构的设计和计算方法，为桩板结构提供了设计参考和实践经验。

参考文献

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[4]丁兆峰 郑西客运专线深厚湿陷性黄土桩板结构设计与优化 西南交通大学硕士论文 2007