PHC管桩在提梁机轨道基础设计中的应用

桩基

桥梁

ＰＨＣ管桩在提梁机轨道基础设计中的应用

徐惠纯

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京

１０２６００）

摘要：铁路客运专线提梁机对其轨道基础施加荷栽大，而同时又对基础变形要求高而使提梁机轨道基础成为预制场土建

结构物设计的难点之一，在不良地质情况下传统上采用大直径桩基础方案，结合国内首次将ＰＨＣ管桩应用到提梁机轨道基

础设计中的哈大线某工程实例，对提梁机轨道管桩基础设计方

法进行论述。

关键词：铁路客运专线；预制场；提梁机轨道基础；ＰＨＣ管桩中图分类号：Ｕ４４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４—２９５４（２００９）０５—００６８—０３

１

概述

客运专线箱梁质量大、标准高，提运控制要求严

格，提运设备——轮轨式提梁机轴重大、轴间距小，故

提梁机对基础承载能力要求相当高，对基础和地基的变形要求也极高，以某型提梁机为例，设备要求轨道接

头缝隙小于２ｍｍ，接头处两轨道的横向位移或高低差均不得大于２ｍｍ。由此可见，直接关系到９００ｔ箱梁提运质量和安全的提梁机轨道基础，是预制场土建结构物设计的难点之一。

提梁机轨道基础可采用桩基和筏基方案，在不良地质情况下一般采用桩基方案。在进行铁道部重点科研课题《客运专线预应力混凝土简支箱梁预制场工业化》研发中，课题组在哈大线某预制场首次采用了管桩基础方案并取得成功，为建场单位节省了大量费用。传统管桩多用于地基处理且所受荷载多为静态荷载，将管桩直接使用在９００ｔ提梁机等重大移动荷载下的设计较少，本文从提梁机轨道基础设计出发，对ＰＨＣ管桩基础设计方法进行论述。

２提梁机轨道基础设计及方案对比

２．１

基本说明

提梁机轨道基础结构设计宜按正常使用极限状态进行设计，结构和桩基重要性系数取为１．０，荷载系数可按现行公路规范选取，结构需进行承载力及稳定、变形计算。基础设计为变形控制设计，应同时满足承载力、地基及基础变形要求，一般不进行抗裂和裂缝宽度

收稿日期：２００９一Ｏｌ—１２

基金项目：铁道部重点科技研发课题（合同编号２００６Ｇ０１６）

作者简介：徐惠纯（１９７１一），男．高级工程师，１９９４年毕业于长沙铁道

学院桥梁工程专业．工学学士。

验算。

２．２工程实例２．２．１

地质

预制场位于哈大客运专线长春段附近，场地地质情况复杂，在勘察深度地基土由更新统（Ｑ：）冲洪积粉质黏土和白垩系泥岩组成，据地质勘察报告，场区地层自上而下依次为：第（２）层，粉质黏土，可塑状态，中压缩性土；第（３）层，粉质黏土，可塑至软塑状态，中一高压缩性土；第（４）层，粉质黏土，可塑状态，中压缩性土；第（５）层，黏土，可塑一硬塑状态，中压缩性土；第

（６）层，粗砂，饱和，中密态；第（７）层，泥岩，全风化，呈土状，硬塑一坚硬状态；第（８）层，泥岩，强风化，泥质结构，中厚层构造。

２．２．２提梁机

轮轨式提梁机为２×４５０ｔ分体式，全套提梁机共

６４轮，单机单侧设８轴１６轮，最小轴间距０．８ｍ，轴重

８００ｋＮ，提梁机荷载如图ｌ所示。

８００ｋＮ８００ｋＮ８００ｋＮ

８００ｋＮ８００ｋＮ８００ｋＮ

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图１

提梁机荷载（１／２）图式（单位：ｍｍ）

２．２．３初设方案对比

据工程地质，在初步设计中进行了桩（咖＝１．５

ｍ，

Ｈ＝３０

ｍ）和ＰＨＣ管桩方案对比，桩基础设计方案如图

２所示。据计算工程量显示在造价上ＰＨＣ管桩比桩基有明显经济优势，在技术上管桩施工文明且速度快，

施工中无噪声污染，同时由于ＰＨＣ为预制品，其质量

可得到充分保证。采用桩和采用ＰＨＣ管桩的单位轨

道梁（１６ｍ长）经济对比如表ｌ所示，其综合经济技术等效益比较如表２所示。

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轨

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道

粱中心线

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图２桩基础提梁机轨道基础结构（单位ｉｍｍ）

铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ

ＳＴＡＮＤＡＲＤ

ＤＥＳＩＧＮ

２００９（５）

桩基

徐惠纯一ＰＨＣ管桩在提梁机轨道基础设计中的应用

桥梁

表１经济对比

３ＰＨＣ管桩基础设计

３．１

ＰＨＣ管桩基础结构

轨道基础由上部轨道梁和下部管桩基础组成。据试算基础分段长度为１６ｍ，可达到经济技术最优，轨

道梁高Ｈ＝１．４ｍ，宽Ｂ＝２．５ｍ；ＰＨＣ管桩采用桩径

５００ｍｍＡ型，纵向间距口＝２．０ｍ（４ｄ），横向间距ｂ＝１．５ｍ（３

ｄ），管桩入轨道梁内０．１ｍ；结构如图３和图４

所示。

围３管桩基础轨道梁立面（单位：ｍｍＪ

ｆ．————１ｆ

ｒ一！墅ｔ

地面线ｆ＿—２—１

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一

Ｉ！！塑』ｌ！！塑Ｊ平交断面

普通断面

图４管桩基础轨道梁断面ｌ单位ｉｍｍ）

由于在提梁重载走行荷载作用下，管桩桩顶有对桩的模型分析采用基于地基系数的有限元法分析Ｃ＝Ａ＋ｍｙ＂“

Ｃ——桩侧土地基抗力系数；Ａ——地面处的地基系数值；

ｍ——地基系数随桩侧计算点深度），变化的比

例系数；

ｎ——随土的类别而定的指数；

ＳＴＡＮＤＡＲＤ

ＤＥＳＩＧＮ

２００９（５）

ｒ桩侧计算点深度。

管桩的边界条件取为土弹簧单元，土弹簧刚度按公式取地基系数ｃ，管桩以ｌｍ为单元划分单位，管桩考虑为杆系单元并施加土弹簧边界条件，桩顶与轨道梁按刚性连接考虑；轨道梁按杆系单元考虑。

设计使用有限元分析软件对轨道基础建立结构模

型，轨道梁按ｌｍ细分杆系单元，从框架上添加２车

道，车道偏心取０．６ｍ（１／２轨距）；按提梁机重载移动荷载定义车辆数据，并施加于２车道上；在定义移动荷

载工况时需注意多车道比例系数不进行折减，取为ｌ。

完成提梁机轨道基础的整体分析模型，如图５所示。

图５管桩基础轨道梁模型

由于轨道基础计算应对偏载提梁、落梁、制动各种可能最不利工况及其组合：

工况一，提梁机重载走行，荷载组合取恒载Ｘ１．４；

工况二，提梁机重载走行制动，荷载组合取恒载Ｘ１．４（对轨道梁）；

工况三，提梁机重载走行制动，荷载组合取恒载Ｘ１．０＋制动力ＸＩ．０（对管桩）；

工况四，单独水平力制动，荷载组合取恒载ＸＰＨＣ管桩

工况一，据弯矩图，管桩截面前弯矩最大Ｍ前＝

ｋＮ ｍｉ后缘弯矩最大值Ｍ，＝６０ｋＮ ｍ；工况二．

ｋＮ ｍ，后缘弯矩最大

６９

工况进行分析，而提梁机工况又较为复杂，以下列出各１．２＋移动荷载Ｘ

３．２模型建立与工况分析

计算有较大影响的变形，故在建立模型时需考虑土、管桩与轨道梁共同作用。

理论，由于地质的复杂，桩侧土抗力地基系数随深度成各种变化，故桩侧土的地基系数按如下公式计算：

１．２＋移动荷载×１．４＋制动力Ｘ１．０＋移动荷载Ｘ１．０＋制动力×１．０。３．３计算结果

３．３．１

式中

６３

铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ

管桩截面前弯矩最大Ｍ前＝１０８

桩基

桥

徐惠纯一ＰＨｃ管桩在提梁机轨道基础设计中的应用

粢

桩在工况一、三、四下的弯矩包络图如图６、图７、图８

所示。

值Ｍ，＝２８ｋＮ ｍ；工况四，管桩截面前弯矩最大

Ｍ前＝６４

ｋＮ ｉｎ，后缘弯矩最大值Ｍ下＝２２ｋＮ。Ｉｎ；管

盯Ｈ

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图６第－－ｌ－况下管桩弯矩包络图（单位：ｋＮ ｍ）

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图７第三工况下管桩弯矩包络图（单位：ｋＮ ｍ）

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图８第四工况下管桩弯矩包络图（单位：ｋＮ ｍ）

在各种工况下单管桩最大反力为ｌ

３．３．２

５５０ｋＮ。中，是ＰＨＣ的抗弯承载力控制设计而不是单桩竖向承载力控制设计，据《预应力混凝土管桩》（０３ＳＧ４０９），有

４，５００

ｍｍ

轨道梁

工况一，据弯矩包络图和剪力包络图，轨道基础截

面上弯矩最大值Ｍ．＝２１９８ｋＮ ｍ，下缘弯矩最大值

Ｍ下＝２４６０ｋＮ ｍ，截面剪力最大值Ｖ＝ｌ２６８ｋＮ；工

Ａ型ＰＨＣ管桩抗裂弯矩检验值９９

ｋＮ ｍ，

极限弯矩检验值１４８ｋＮ ｍ，根据本文３．３．１计算结果显示，在最不利工况下ＰＨＣ最大弯矩１０８ｋＮ ｍ，稍超其抗裂弯矩检验值９９ｋＮ ｍ限值。由于轨道基础为临时工程，其寿命不超过２年，课题组认为结构物耐久性和寿命并不控制本设计，从经济技术因素综合考虑，施工图设计依然采用４，５００提高设计的经济性。

ｍｍ

况二，轨道基础截面上弯矩最大值Ｍ．＝２下缘弯矩最大值Ｍ下＝２

Ｖｌ＝ｌ３０７ｋＮ。

４６６

２０２ｋＮ ｍ，

ｋＮ ｍ，截面剪力最大值

３．４设计验算

３．４．１

Ａ型ＰＨＣ管桩，以

ＰＨＣ管桩设计

ｍｍ

初步设计采用６５００

７０

Ａ型ＰＨＣ管桩，在本设计

据本文３．３．１计算结果有单桩反力ｌ

铁道标准设计ＲＡ儿ＷＡＹ

ＳＴＡＮＤＡＲＤ

５５０ｋＮ，据

２００９（５）

ＤＥＳＩＧＮ

桩基

桥梁

浮力自平衡式模板台车的研制及应用

宿金粱

（华铁工程咨询有限责任公司，北京

１０００４３）

摘要：隧道二次衬砌普通模板台车构件笨重。操作困难，造价

昂贵，需要改进。采用拱模合一的方法，尽量减轻单件拱模自重，改整体移动拱模为拆散重组方式，利用走行式机械装置拆

竖井３个，其中１号、２号竖井相距１

０６０

ｍ，单口施工

长度为５３０ｍ。其初期支护为３００ｍｉｌｌ厚Ｃ３０喷射混

凝土，二次模注结构为３００ｌｎｍ厚Ｃ３０防水混凝土。为了保证二衬混凝土的施工质量，要求采用模板台车进行衬砌。

２

装拱模，加快拆装速度，解决了普通模板台车构件笨重。操作困

难、造价昂贵的问题。在南水北调西四环暗涵二次衬砌中。使用浮力自平衡式模板台车，保证了施工进度，降低了成本。关键词：浮力自平衡；模板；台车：水工隧道中图分类号：Ｕ４５５

文献标识码：Ｂ

浮力自平衡式模板台车研制的总体思路

文章编号：１００４—２９５４（２００９）０５—００７ｌ—０３

如果采用传统的模板台车，不但造价高而且由于隧道空间较小，操作起来十分困难。针对这些难题，对当今工程中常用的隧道模板台车进行了分析研究，结

合国内外隧道模板台车的一些先进经验，进行了浮力

１

概述

南水北调西四环暗涵工程一标，全部采用浅埋暗挖法施工，全线为双线圆形暗涵，暗涵外径５

２００

自平衡式模板台车的研制。

台车研制需要解决以下问题。

ｍｍ、内径４０００ｍｍ。暗涵中线全长ｌ８００ｍ，设施工

收稿日期：２００８一１２—１４；修回日期：２００９—０３—０２

作者简介：宿金梁（１９６５一），男，工程师，１９８６年毕业于上海铁道学院。

（１）传统模板台车的内支撑体系复杂，表现为主体支撑框架高大笨重，模板支撑杆件多，支撑杆件伸缩同步性要求高，杆件维修保养难度大，支撑体系占用空

间多。

ｍ●“●一¨●ｐ●”●Ｄ●●

《预应力混凝土管桩》（０３ＳＣ，４０９）有４，５００

ｍｍ

Ａ型

１５０

轮压达到４００ｋＮ以上，在设计时需针对钢轨对轨道梁

ＰＨＣ桩身横截面结构竖向承载力设计值尺。为３

的冲切进行承载力验算。

４

ｋＮ，故ＰＨＣ自身结构免于验算，只需根据竖向承载力设计值对管桩计算桩基深度。设计将管桩按端承摩擦桩计算，根据地质情况确定管桩长度为３０ｍ，但从施工现场检测来看，由于勘察的保守性，管桩达到２５时已经超过设计值，故经设计变更后最终采用２５变更也使管桩的综合承载力得到充分利用。

由于在本工程中，管桩直接进人轨道梁内且单桩反力较大，故应对轨道梁进行局部受压计算，设计按局部受压区为圆形，受压构件为矩形考虑，配置方格网式

局部受压间接钢筋。３．４．２轨道梁设计

ｍ

结语

管桩基础植桩方便、造价低廉、检测方便，施工速度快，适用地质广泛，但在国内铁路提梁机轨道基础设计中一直未得到应用，课题组在进行《客运专线预应力混凝土简支箱梁预制场工业化》研究中首次将之应用于哈大客运专线某预制场，该预制场现已成功架设箱梁３０余榀，跟踪监测证明轨道基础完全满足提梁机走行的严格要求，管桩基础比传统桩基础设计有着明

显的经济和技术优越性，该方法随后又在哈大线沈阳

ｍ，

段某预制场得到再次成功应用。实践证明该技术值得在新建铁路预制场大力推广，此方法对于其他重大移动荷载下的基础设计也有着积极的借鉴意义。

参考文献：

［１］０３ＳＧ４０９，预应力混凝土管桩［ｓ］．［２］

徐至钧，李智宇．预应力混凝土管桩基础设计与施工［Ｍ］．北京：中国机械工业出版杜，２００５：２７０—２８０．

［３］

中铁第五勘察设计院集团有限公司．哈大铁路客运专线宽城粱场规划与土建设汁ｆＺ］．北京：２００８．

轨道梁可按常规钢筋混凝土结构进行设计，从本文３．３．１两控制工况中取第二工况为最不利工况，该工况下轨道梁最大弯矩和剪力控制配筋设计，因为轨道梁承受移动荷载，所以其弯矩图为包络图，在实际配筋设计中应注意对梁的上下缘均配置钢筋；由于桩反力较大，需应验算桩对轨道梁的冲切和承台剪切，并采取适当的构造措施。

在轨道梁设计中，需要注意的是由于提梁机单轮

铁道标准没计ＲＡＩＬＷＡＹ

ＳＴＡＮＤＡＲＤ

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２００９（５）

７１

桩基

PHC管桩在提梁机轨道基础设计中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

徐惠纯， Xv Huichun

中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京,102600铁道标准设计

RAILWAY STANDARD DESIGN2009，""(5)0次

参考文献(3条)

1.03SG409.预应力混凝土管桩

2.徐至钧.李智宇 预应力混凝土管桩基础设计与施工 2005

3.中铁第五勘察设计院集团有限公司 哈大铁路客运专线宽城梁场规划与土建设计 2008

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