1.工程概况 .............................................................................................. 3 1工程概况 ........................................................................................ 3 1.2主要工程数量 ............................................................................. 3 2.计算内容 .............................................................................................. 5 一、摩擦桩计算 ............................................................................... 5 1．1设计荷载 ............................................................................ 6 1.2挖孔桩轴力计算 .................................................................... 6 1.3人工挖孔桩的计算 ................................................................ 8 二、排桩防护计算 .......................................................................... 12 2.1排桩布置 ............................................................................. 13 三、工作坑边坡计算 ...................................................................... 13 四、顶进涵结构计算 ...................................................................... 13 4.1顶力计算 ............................................................................. 13 4.2顶进设备选择 ...................................................................... 14 4.3后背墙结构尺寸拟定 .......................................................... 15 五、结论 ......................................................................................... 19
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1.工程概况
1工程概况
K650+290.7框架涵采用现场预制顶进的施工方法，工作坑位于既有线左侧，涵洞于沙沁他拉站便线开通后顶进，顶进期间采用便梁加固便线，既有为1-4.0m盖板涵，位于便线下的既有涵洞在顶进施工时边拆除边顶进。新建涵洞结构形式为钢筋砼框架，与既有铁路方向交角及结构尺寸如下表2.1。
表2.1 K650+290.7 顶进框架涵结构形式
序号 1 K650+290.7 框架涵 28.2m 1-6m 里程 结构形式 长度 孔径 与铁路夹角 90° 顶板厚度 0.5m 底板厚度 0.6m 墙身厚度 0.6m 6.45m 净高 涵顶距轨底高度 0.86m 1、框架涵顶面先涂基层处理剂，然后铺高聚物改性沥青防水卷材，卷材上铺设35mm厚C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层，箱体两侧做2mm厚聚氨酯防水涂料。
C40聚丙烯腈纤维混凝土保护层高聚物改性沥青防水卷材基层处理剂 502mm厚聚氨酯防水涂料30 306452mm厚聚氨酯防水涂料909050 20 206020201.2主要工程数量 60K650+290.7顶进框架涵主要工程数量见表2.2。 720
600607553
2、本涵为排洪兼交通而设，本涵位于5股道、沙沁他拉车站站场内、直线及j=-1.0‰坡道上，桥下净空≥4.5m。涵洞所处地段线路均为有缝线路，无电气化线路（施工中无需对既有线路进行放散），行车速度快，每日通过客货列车48辆。路基横断面尺寸详见附图JTDJ-06《顶进框构地段路基横断面示意图》
表2.2 主要工程数量表 部位名称 桥梁中心里程 框身混凝土 单孔 框身钢筋 框构主体 保护层 流水坡 防水层 基层处理剂 出入口翼墙基础 翼墙 出入口翼墙墙身 出入口翼墙帽石 挖基土方 电缆槽 护轨（直轨） 附属工程 人行道栏杆 框构两侧回填 公路路面 检查台阶 集水井 挖土顶进 顶进施工 钢轨桩后背顶 分配梁
规格及说明 单位 数量 K650+290.7 C35混凝土 Ⅱ级 聚丙烯纤维保护层 M10水泥砂浆 高聚物改性沥青防水卷材 m³ t m³ m³ ㎡ ㎡ m³ m³ m³ m³ m m m m³ m³ m³ m³ m m³ m³ t m³ 450.35 71.37 7.12 4.06 203.04 203.04 53.84 76.95 2.23 2486.4 14.4 0 14.4 378.16 33.84 3.9 39.33 2081.1 347.84 41.5 3.28 4
C30混凝土 C30混凝土 C30混凝土 6m以内无水/有水 玻纤聚酯 C25混凝土（双侧） 砂夹碎石 C25混凝土 M10浆砌片石 C20混凝土 桥身重量≤1000t 顶进挖土 顶进作业 后背夯填土 C25混凝土
钢筋 C20混凝土 滑板 钢筋 M10水泥砂浆 滑板顶面 塑料布 石蜡 线路加固 线路加固 限高防护架 D24施工便梁 t m³ t ㎡ ㎡ ㎡ 孔 个 0.17 97.83 3.91 296.84 296.84 296.84 1.0 2 1.3施工方法
1）框架涵下穿既有集通铁路，采用一次顶进施工。为保证线路安全，框架涵主体结构采用现场预制、架空线路顶进的施工方法，工作坑置于集通既有线左侧，以5‰的上坡顶进。框架涵就位后对两侧塌方位置进行砂夹碎石或A料回填，框架涵顶面回填道砟捣固密实，最后拆除架空设备及恢复线路。架空支撑桩为Φ1.25m的挖孔桩，桩长为10m，全部采用C25混凝土，挖孔桩施工按照间隔顺序交错开挖施工；
2）架空方法：线路架空采用1孔24m的便梁，D型便梁为纵梁与20#钢枕组成纵、横梁架空线路体系，架空纵梁主要支点全部采用Φ1.25m挖孔桩代替支撑桩。
3）主要施工顺序如下：开挖工作坑→浇筑工作坑底板→铺设隔离层→绑扎框构桥钢筋→立模板→浇筑框构桥混凝土→浇筑后背墙、制作防水层→开挖支撑桩→线路架空→框构桥顶进及就位→回填砂夹碎石及道砟→拆除架空设备→恢复线路→桥面栏杆及电缆槽→浇筑八字墙→其他附属工程。案
2.计算内容
1． 2． 3． 4．
架空装置摩擦桩和横向分配梁摩擦桩计算； 工作坑顶进方向放坡计算和两侧边坡计算； 箱涵顶进力计算、后背墙计算； 铁路路基排桩防护计算。
一、摩擦桩计算
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1．1设计荷载
1.施工荷载（机械和材料堆放荷载）； 2.人群荷载； 3.列车荷载； 4.结构自重。 1.2挖孔桩轴力计算 1.2.1铁路和在计算
架空装置主要支撑三条铁路行车荷载，
钢轨采用P60轨，则自重1 =60kg/m，轨枕采用预应力混凝土轨枕，起单根自重2 =263kg/m，重型钢轨按1667根/km布置。 1.2.2 架空装置自重计算
架空装置跨度为24.5m，架空装置纵梁采用24D型便梁，其自重为48904.8Kg（489.048KN），架空装置24.12m长。含纵梁两根，横梁37根。
其中扣件自重忽略。
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架空装置的荷载传递给两端横向分配梁下的桩基础，
=244.524kn
1.2.3架空装置反力计算
更具上一步计算可知，架空装置上共有轨枕
n≈ 40根G轨枕=40×263×10-2=105.2KN，由于两根
钢轨加载在架空装置上的重量G
钢轨
=2×g1×L×10-2=28.944KN，当中
活载全部作用在架空便梁时支座反力最大，其中荷载加载图如下，
据图可知，在活载加载图中架空梁上最大支反力计算如下：
D型便梁与桥墩为简支梁形式，桥墩上不受弯矩，则有下式： 在A点处弯矩为零
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F2*24.12=92*(24.12-7.5)^2/2+220*18.12*220+19.62*220+21.12*220+22.62*220+24.12*220
推导得出下式：
F2=（220×24.12+220×22.62+220×21.12+220×19.62+220×18.12+92×16.62^2/2）/24.12
F2=1489.98kn
F1=(220+220×1.5+220×3+220×4.5+220×6+92×16.62×15.81)/24.12
F2=1418.18 kn
根据荷载分配系数对荷载进行组合，其摩擦桩所受到的力计算。 F摩擦桩=（G轨枕+G钢轨+G便梁）/4+Fmax/2=900.79kn 计算便梁和钢枕在支座上产生的反力 G=
支
KN
对荷载进行组合计算
10m桩N端=1.2×（G轨枕+ G钢轨+W+W支座）/2+1.4×Fmax=1639.395KN 8m 桩N端=1.2×（G轨枕+ G钢轨+W+W支座）/2+1.4×Fmax=1523.511KN 端部采用橡胶支座，将重量传递到摩擦桩上。 1.3人工挖孔桩的计算
1.3.1 单桩承载力计算
架空装置采用摩擦桩抵触，初步拟定桩径1.25m，其桩材采用C25的混凝土，其弹性模型E=2.6×104Mpa。计算采用以下土层信息。
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便梁底距离0.675m，便梁底标高为704.465m。地下水位：694.53m，细圆砾为透水土层。
1、 标高 沿途性能如下表
岩土名称 厚度 极限摩擦力fi 696.33m 粉土（密实，稍湿） 3.7m 693.03m 中砂（中密，潮湿） 3.3m 689.23m 细圆砾（饱和，稍密，2-10mm（60%），40mm（5%），粗中砂（35%）） 2、
竖向抗压承载力
3.8m 90~150 300 55~70 45~70 承载力标准值（Kpa） 180 370 容重 （KN/m³） 根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002，5-2005）6.2.2-2，摩擦桩承载力计算如下式。 [P]=1/2(U×∑fi×li)+mo×A× [σ] 式中：[P]—桩的容许承载力（KN）； U—桩身截面周长U=π×d=3.927m fi—各层图的极限摩擦力（Kpa） A—桩底支撑面积，A=π*d^2/4=1.227㎡
[σ]—桩底地基土的容许承载力（Kpa），当4d＜h＜10d时， [σ]= σ0+k2×γ2×（4d-3）+ k2’γ2（h-4d）；当你、h＞10d时，[σ]=
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σ0+k2×γ2×（4d-3）+ k2’γ2（6d）。
K1、 k2：表示基础宽度，深度修正参数，按持力土层确定。（持力层为中砂中密，潮湿，k2=4，k2’=2.
γ1：基础以下持力层的天然容重（KN/m³），如持力层在水中，且为透水者。应该用浮重。
γ2：基础以上土层天然容重平均值（KN/m³），如持力层在水中，且为透水者。水中部分应该用浮重。如如持力层在水中，且为不透水者。水中部分应该用饱和容重。
名称 自重 备注 名称 自重 备注 粉土 19 湿 砂土 18 湿ф＝35°，压实 10
名称 自重 备注 砂夹卵石 18.9~19.2 湿
根据公式，计算其容许承载力，计算过程如下：
γ2=（3.7*19+1.8*18+0.8*1.5+9*0.565）/（3.3+3.7+0.565） γ2=15.403
[σ]= σ0+k2×γ2×（4d-3）+ k2’γ2（h-4d） [σ]=724.277KN 计算摩擦桩承载力
[P]=1/2(U×∑fi×li)+mo×A× [σ] [P]=1913.222KN
单根桩受力为1707.589KN 符合设计要求。
1.3.3人工挖孔桩护壁厚度计算 机算最深段的总压力：
P=γ*h*tg^2*(45°-φ/2)+( γ-γw)*(H-h)*tg^2*(45°-φ/2)+(H-h)*γw
P=18*8* tg^2*(45°-30/2)+( 18-10)*(8 -0)*tg^2*(45°-30/2)+(8-0)*10 P=120.9kn 计算厚度
T=1.65*120.9*125/(2*11.9*10^3)≈1cm
一般护壁最小厚度为8cm，建议采用8cm混凝土护壁。
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1.3.3摩擦桩钢筋配置
根据以上叙述，桩按8m，照轴心受压来配置钢筋，其最大轴力N=1523.511KN，由于采用C25混凝土，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），fc=11.9MPa，抗拉强度设计值为ft=1。27MPa。HRB335钢的强度设计值fy=300MPa，可得混凝土轴心受压构件计算公式如下。
N≤0.9φ(fc*A+fy’*As’)
由于l0/d=8/1.25=6.4，根据表7.3.1知，构件稳定系数为1，由于桩直径为1.25.其钢筋保护层厚为35mm，则有效混凝土面积A=π*d^2/2=1.094㎡。纵向钢筋采用HRB335钢筋，直径16mm均不8根。 N≤0.9*1.0*(11.9*1094000+300*1608.495)*10^-3=8245.453KN N=1532.511KN 配置满足要求。
钢筋配置表
序号 钢筋类型 1 2 3 纵筋 箍筋 加强钢筋 级别 HRB335 Q235 HRB335 钢筋 布置 8φ16 φ10@150 φ14@200
二、排桩防护计算
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2.1排桩布置
三、工作坑边坡计算 四、顶进涵结构计算
4.1顶力计算
根据《路桥施工计算手册》表20-6，框架涵顶力计算公式如下： P=K[N1f1+( N1+ N2) f2+2E f3+RA] P:最大顶力，KN； K:系数，一般采用1.2；
N1：涵顶面上荷载（包括线路加固材料中立），KN；
f1：涵顶部表面与其上荷载的摩擦系数，由试验确定；无试验资料时，可视顶上润滑处理情况，采用下列数值：涂滑石粉浆为0.30，涂机油调制的滑石粉浆为0.20，覆土较厚时采用0.7~0.8；
N2：结构自重， KN; N2=QL+q，式中Q为单位长度涵身自重（KN/m），L为顶进涵长（m），q（KN）为机具，人群，刃角以及未能及时运走的土重等施工荷重。
f2：框架底板与基底土的摩擦系数，由试验确定，无试验资料时，视基底土的性质可采用0.7~0.8；取f2=0.8；
E：结构两侧土压力（KN）；E=（e1+e2）HL/2，箱顶土压e1=ζγH2，式中ζ=0.3，γ=19KN/m³，H1为轨底至箱顶高度，取H1=0.561，H2为轨底至箱底高度，H2= H1+H=0.731m。
F3：侧面摩擦系数，由试验确定，无试验资料时，视基底土的性质可
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采用0.7~0.8；取0.8；
R：土壤对钢刃角正面的单位面积阻力，由试验确定，无试验资料时视刃角构造、挖土方法、土的性质对细粒土为500~550KPa，对粗粒土为1500~1700KPa；KN/m。 A：钢刃角正面积。
由图纸可知，28.2m框架涵混凝土为450.35m³， P=K[N1f1+( N1+ N2) f1+2E f3+RA]
顶进前框架涵范围内的土体已经完全开挖，框架涵上部无覆土，侧面也不计算土体的摩擦力，仅需考虑自重产生的影响。 N2= 450m³*23KN/m³+713.7KN+4.06*23=11165.13KN。 K取值1.2
P=K[N1f1+( N1+ N2) f1+2E f3+RA] P=13398.165KN 4.2顶进设备选择
由于油压千斤顶具有操作简单、便于控制进程的特点，因此，框架涵的顶进设备采用油压千斤顶。根据《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）16.4.3可知，千斤顶按额定顶力的60%~70%进行计算，千斤顶的配置台数按照以下公式8-2进行计算。NN：需用的千斤顶台数； P：最大计算顶力 K：千斤顶效率系数
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T：每台千斤顶的额定推力。 根据上式，N
=4.85≈5台，配置5台400t的液压千斤顶，
其中要另外配置1台400t的千斤顶备用，则每个千斤顶承受推力F千斤顶=13398.165/5≈2679.633KN,满足设计要求，每台千斤顶最小间距为180cm。
4.3后背墙结构尺寸拟定
采用顶进法施工框架涵，后背墙是顶推的一个关键的临时构造物，它必须能够童工充足的抗力，满足顶推过程各阶段的抗力要求。其后背墙的结构尺寸拟定未、如下。
分配梁的尺寸为900cm（长）*50cm（厚）*100cm（高）。后背墙2.0m厚*9m宽*8.0m高，（深3.0m），
本次施工中放弃钢轨桩式后背墙，采用钢筋混泥土结构的重力式挡土墙，根据相关资料《顶进涵计算》中浆砌片石式挡土墙计算方法计算。
4.3.1挡土墙尺寸拟定
挡土墙拟定结构为钢筋混凝土结构，结构高分两部分，工作基
坑标高以上和基坑标高一下。
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将图中钢轨桩换做钢筋混凝土结构，设计桩长为8m，填埋深3m，填土与挡土桩平齐。桩后填土采用挖出的粉土，容重为19，内摩擦角为30°。
4.3.2 桩后土压力计算
1、桩后土破裂角θ。 4.3.3挡土墙入土深度计算
1、工作坑底面以下填土被动土压力系数 Kp=tg^2（45°+φ/2）=3
2、工作坑面以下桩后填土主动土压力系数 Ka=tg^2（45°-φ/2）=0.3333
3、工作坑底面以下桩后产生主动土压力的土层升读y
设工作坑底面以上桩后所受主动土压力强度σa；工作坑底面以下桩前同一高度内的被动土压力为σp；同一高度为h。则被动土压力与主动土压力强度只差为： 4、顶产生的力矩
M1是主动土压力产生弯矩，M2是被动土压力产生弯矩
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M1=1/2*Ka*λ*H2 *2/3 M2=1/2* Kp*λ*H2*(H2/3+H1) ∑MA=M1+M2=0KN*m
H^2*λ*Ka/3=0.5*λ*H1*H2*Kp+Kp*λ*H2^2/3 H=H1+H2，H2=0.5m 现采用H2=3m满足要求。 4.3.4挡土墙尺寸计算
1摩擦力计算
顶进力为13398KN,分布到9m长的分配梁后，每米受到顶进力F1=1489KN。挡土墙前主动土压力为F4= Ka*λ*h^2/2=57KN。挡土墙后被动土压力为F2= Kp*λ*H^2/2=1824KN。挡土墙自身摩擦力F3=G*μ=0.8*7*d*λ
砼 。
挡土墙与地面摩擦力系数选0.6，混凝土重度取25。
F3+F2≥F1+F4 此时F3≥-278
既d≥0m。我们选取厚度为2m。
2稳定性分析
为保证挡土墙自身的稳定性和受力后的稳定性需要对挡土墙的
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抗倾覆稳定性，抗滑动稳定性，墩身稳定性等进行验算。选取路桥施工计算手册中P109页相关要求进行验算。
抗滑动系数Ks=墩身摩擦力加墙后产生被动土压力与顶进力加墙前主动土压力之比。
Ks= (G*μ+ Kp*λ*H^2/2)/（Ka*λ*H^2/2+F1） Ks=（0.6*7*2*25+1824）/（57+1489） Ks=2034/1546
Ks=1.316＞1.3抗滑动稳定性满足设计要求。
抗滑动系数Kt=墩身摩擦力加墙后产生被动土压力对墙趾的弯矩与顶进力加墙前主动土压力对墙趾的弯矩之比。既E点处抗力产生弯
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矩与倾覆力产生弯矩之比。千斤顶作用点在地面上0.3m处。
Kt=F2*L2/(F1*L1+F3*L3+G*L4)
Kt=(1824*16/3)/(1489*3.3+57*2+400*1) Kt=9728/1137.4
Kt=8.5＞1.5抗倾覆稳定性满足设计要求。
五、结论
经过计算后，该工程的各项施工流程中结构均能满足设计要求。其中桩基础采用人工挖孔桩，直径为1.25m，长8m。顶进采用5个千斤顶顶进施工。挡土墙采用钢筋混凝土结构，尺寸为2m*8m*9m。
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