钢轨桩在既有线路施工中的应用

分类：机械论文发表 时间：2021-05-06 14:30 关注：(1)

　　摘 要：钢轨桩由于施工简便、安全可靠、加固防护效果好等特点，已经在实际工程中广泛使用，文章结合胶济铁路上既有线接长涵洞的施工过程，介绍了钢轨桩在既有线路中的具体施工方法及钢轨桩的一般检算过程。

　　关键词:钢轨桩 既有线施工 应用 检算

　　0 引言

　　随着国民经济的发展，铁路客运量的大幅提高，很多既有单线铁路已经不能满足发展的要求，这就使得部分单线铁路改建成复线铁路，故很多单线铁路的涵洞需要接长。为了节省投资，充分利用既有条件，往往采用钢轨桩对既有路基进行加固防护，从而保证施工作业面的安全。在具体应用中，往往是在影响路基稳定性的新建接长涵洞基坑的四周分别打入工字钢梁，在钢轨桩的后部分别设置钢模板，在横线路方向和顺线路方向分别设置锚固桩，在锚固桩和钢轨桩的顶部用钢丝绳拉紧。对于钢轨桩的要求，首先要能够满足路基的整体稳定;其次,钢轨桩本身要具有满足路基基本不变形的强度与刚度要求;再者，要充分利用现场既有条件，兼顾施工方便，更好的保证接长涵作业面的施工安全。

　　1 钢轨桩在路基加固中的应用

　　在胶济铁路K163+071.8 工点1—4.0m钢筋混凝土盖板接长1.03米，施工方案(如图1所示)为：首先在既有涵基坑顺线路方向，距新旧接缝20cm依次设7根工字钢梁，以阻止土体横向滑动，在横线路方向打2根工字钢桩，以防护基坑边坡纵向土体坍塌;各桩顶部均采用双排钢管做为背带，以增加工字钢桩的整体性。其次在线路左侧涵双侧边坡设两处混凝土地锚，与右侧顺线路方向工字钢桩顶部背带相连，并采用大吨位导链拉紧;在涵右侧距工字钢桩四米的地方设混凝土地锚，采用钢丝绳与横线路侧的工字钢桩的顶部背带相连，同样采用大吨位导链拉紧。施工细节如下：

　　工字钢桩施工方案：钻孔采用Φ20取土器开挖取土，孔距每一米设置三根，挖孔至涵基础以下2.06m时插入工字钢桩，后采用压浆机向孔注水泥浆至基顶面。

　　工字钢桩上部约束施工方案：在右侧路基边坡上距基坑边四米埋设C15混凝土地锚，地锚尺寸为2×2.2×0.8m，并在其内部埋设一根Φ20的钢筋拉环，埋入混凝土 50cm，外露20cm，采用钢丝绳与基坑边横断向的工字钢顶部背带相连。在线路左侧路基边坡上设两处混凝土地锚，材料采用C15混凝土;其埋入边坡土层1.5米，平面尺寸为1.0×1.0米，上部同样预埋Φ20钢筋拉环，混凝土地锚采用钢丝绳套塑料软管从道床内部穿越，与开挖侧顺线路方向的工字钢桩上部横担相连，并采用5T导链拉紧。从道床内部穿越钢丝绳时，安排线路两侧远端防护(距离不小于1200米)，做好提前预警，工字钢桩下部每隔2m设置一根横担，横担采用10cm×10cm方木，横担与工字钢桩采用8#铁丝绑扎连接。

　　斜向支撑施工方案： 在基坑开挖过程中，根据深度不同，采用15cm方木或圆木为斜撑，斜撑每隔2m设置一道。

　　土体开挖支护方案： 土体采用人工开挖，每向下开挖1.0m，及时清理工字钢桩背后土体，塞入钢模板，并用扣件及8#铁丝将钢模板于工字钢桩连成一体。待防护到位后，方可进行下一循环施工，且开挖过程必须在列车间隙时间内进行。

　　路肩防护施工： 在线路的施工范围内拉防护绳，以防侵限;工字钢桩与道碴之间，采用双层土袋堆码，防止道碴蹋落;工字钢桩、横杆及所有加固设施应在行车间隙内进行。

　　2 受力检算

　　在施工过程中，线路采用双排钢管加砂袋防护，对于开挖的涵基础侧壁采用间距0.8m，钢轨桩加横担加固，基坑深3.0m，钢轨桩距线路中心线2.8m，具体的受力检算如下：

　　1、钢轨桩的受力分析如下：

　　钢轨桩顶部A点设钢丝绳连接，可视为铰接，底部B点嵌入地基中，也可视为铰接。为保证路基的安全，A及B点均不发生位移，因此可按简支梁计算。

　　受力结构图中符号意义如下表示：

　　Ea——主动土压力合力 EP——被动土压力合力 Ta——钢丝绳拉力 r——路基填土容重 φ——填料的内摩擦角 L——钢丝绳的拉力臂

　　2、检算步骤

　　A、相关数据计算：

　　涵缺口填土为滲水土，φ取30°，r取18KN/m3，基坑深度为3.0m。

　　根据朗金土压力理论计算各项压力为：

　　主动土压力系数 Ka=tg2(45-30/2)=0.33

　　被动土压力系数 Kp=tg2(45+30/2)=3.00

　　则净土压力系数 Ka-Kp=0.11

　　B、活载折算土体高度：

　　结合现场实际情况，利用《铁路路基设计规范》附录A(列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度)直接查表的出。q=59.1KN/m2

　　C、计算桩的深度

　　由《简明施工计算手册》相关理论得知：λ=q/rh=59.1/(18×3)=1.09

　　查相关数据表得出打入桩的打入系数ω=0.687

　　则：钢轨打入土体的深度为X=ω×h==0.687×3=2.061m

　　钢轨桩深度为：3+2.061=5.061m

　　D、计算拉力(单位宽度)

　　Eal=r×(h+x)2Ka/2=18×5.0612×0.33×1/2=76.1KN

　　Ea2=q×(h+x)ka=39.4×5.061×0.33=98.7KN

　　Ep=r×x2Ka/2=18×2.0612×3/2=114.6KN

　　ΣX=0 可以推出钢丝绳的拉力为Ta=60.2KN

　　E、求最大弯矩

　　y = (-qKa+((qKa)2+2γKaTa)1/2))/(γKa)

　　=((-59.1×0.33)+((59.1×0.33)2+2×18×0.33×60.2)1/2)/(18×0.33)

　　=2.3m (距桩顶)

　　Mmax=60.2×2.3-(18×0.33×2.33)-(59.1×0.33×2.32)=74.8KN•M