沿海软土地区铁路框架涵设计应用

凌青松

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京　102600)

The Design and Application of Railway Frame Culvert in the Coastal Soft Soil Area

LING Qingsong

沿海软土地区铁路框架涵设计应用

凌青松

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)

The Design and Application of Railway Frame Culvert in the Coastal Soft Soil Area

LING Qingsong

摘要以新建铁路连云港至盐城为工程背景，对沿海软土地区铁路框架涵的设计原则及设计过程等若干问题进行分析，为后续铁路建设项目中同类设计提供有益的借鉴和参考。

关键词铁路工程软土地区框架涵

1工程背景概况

连盐铁路是规划沿海铁路运输通道的重要组成部分，是江苏沿海开发的重要基础设施。线路北自陇海铁路连云港站引出，南接新长铁路盐城北站，途经江苏省连云港市的赣榆县，连云港市区，东海、灌云、灌南县，盐城市的响水、滨海、阜宁、射阳、建湖县，盐城市区，正线长度234.03 km。连盐铁路沿线软土分布广泛，正线软土地基分布的段落长度合计183.5 km，占该段线路长度的77.5%，岩性为淤泥、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土，深灰色，软塑—流塑，厚度0.5～19.0 m。软土具有高含水率、低渗透性、高压缩性、低承载力等显著特性，工程性质极差。

近年来，框架箱涵广泛应用于软土地区的铁路工程建设。框架箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构，具有良好的整体性及抗震性能，并具有建筑高度小、刚度大、基底应力小、顶板薄等优势，一般仅在软土地基上采用。连盐铁路全线小桥涵约650座，根据勘测阶段与地方政府所签订的立交、灌溉协议，连盐铁路设置了较多的立交、灌溉涵洞，其中除圆涵外，其余设计均为框架箱涵结构。

2涵洞设计的一般原则

2.1　涵洞类型及孔径的选择

框架箱涵根据使用要求可以设计为单孔、双孔、三孔等，孔径常用的有，单孔：1-2.0～1-6.0 m；双孔：2-3.0 m、2-4.0 m、2-5.0 m、2-6.0 m；三孔：3-6.0 m。一般新建涵洞顶板填土高度应满足规范要求填土高(轨底至涵身顶板顶面的填方高度)不小于1.2 m。灌溉、排水涵洞，一般根据既有沟渠断面、过水流量以及路基填土高度确定，以不压缩既有沟渠为原则，一般选用孔径2.0～6.0 m框架涵。交通涵应根据现场调查情况及地方有关部门的要求，选用孔径4.0～6.0 m、立交净高3.0～4.5 m的框架涵。立交净高推算原则：轨底至涵洞顶板底高差按1.8 m来控制，进而根据顶板底高程与路面高程推算立交净高。框架箱涵结构净高分标准边墙、压低边墙后的净高两类，各种孔径的涵身结构需按填土高H分级设计，各种孔径填土高及分级详见表1。

2.2　涵洞基础设计

钢筋混凝土框架涵：出入口涵节采用整体式基础，出入口翼墙采用分离式基础，中间涵节无基础，做15 cm厚混凝土垫层，必要时基底可换填50 cm厚砂夹碎石。各类涵洞地基承载力不足时，当软弱层埋深、厚度≤3 m，采用换填1∶2砂夹碎石；对于埋深、厚度≥3 m的软土地段，采用桩基处理，处理措施与邻近路基段地基处理方式保持一致，具体处理措施参考路基专业。地基处理后确保复合地基承载力不小于150 kPa。

2.3　涵洞附属工程设计

(1)框架涵附属工程参考相关参考图进行设计。一般在有条件的情况下，本线首先考虑采用梯形槽铺砌，凡用于灌溉的涵洞上下游铺砌，其铺砌断面按协议或比照既有渠道断面设计，铺砌长度一般为涵洞出入口以外3～5 m或接至原沟渠、道路。铺砌材料、厚度、深度按《框架涵(2012)5401》进行设计。

(2)排水涵根据需要可增设施工过渡改沟土方，破坏原沟渠铺砌应计入拆除及恢复数量。

(3)对设计功能为立交兼排水的框架涵，在立交位置进行原路回填，回填高度根据测量数据确定，并在道路一侧或两侧设置排水侧沟，涵内设置水沟盖板，出洞口以外顺接原沟渠，并计列相关数量。

(4)桥涵基础施工，如与排水沟、灌溉渠有干扰时，应计算改沟、改渠数量，涵洞应计算出入口顺沟及顺路工程的数量。

2.4　涵洞耐久性设计

桥涵建筑材料的选择与耐久性设计按照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB 10005—2010)办理。

(1)框架涵主体按钢筋混凝土设计，八字翼墙按素混凝土设计(100年设计年限设计)。

(2)立交涵洞按无常流水设计。环境作用等级为T2，墩身混凝土采用C35，钢筋混凝土保护层厚度为35 mm。

(3)排洪、灌溉、排水框架涵洞，位于常流水的河沟、盐田、水塘中，设计中应考虑地表水的影响；环境作用等级为T3，考虑硫酸盐侵蚀、冻融和氯盐侵蚀影响并取最不利情况(见表2)。

环境作用等级为L3的混凝土表面喷涂聚氨酯防水涂料。

(4)当地下水具有侵蚀性时，框架涵混凝土标号及混凝土保护层厚度如表3。

(5)道路改移中涉及的公路桥涵混凝土标号比照铁路桥涵办理。

3设计中应注意的问题

(1)线路平、纵断面的使用：新建连盐铁路线路专业提供的纵断面图上，采用轨面高程作为设计依据，根据轨道结构参数，由轨面高程计算轨底高程、路肩高程。在线路变坡点处采用轨底、路肩高程时应考虑竖曲线的影响，对单线曲线段，路肩高程尚应考虑路基加宽值的影响。

(2)涵洞设计中的涵洞分节长度通常采用3～6 m。连盐铁路正线轨道采用重型轨道结构，一次铺设跨区间无缝线路，采用有砟轨道。路段旅客列车设计行车速度为200 km/h，列车速度较高，且对沉降要求也很高，需高度重视轨道的耐久性及运营养护等。此外，在涵洞勘察设计过程中，一般情况下，在涵位线路中心线处做好相应的地质钻探工作。如果沿涵轴方向的地质条件发生改变时，因涵节的长度比较短，涵节只能相对沉降，对相邻涵节的受力情况无明显影响，能够在某种程度上防止因地基不均匀沉降而导致的涵洞主体结构混凝土开裂等现象。考虑到涵节长度较短，在设计过程中，通常认为沿涵轴方向每个涵节均为刚性结构，且不考虑其受弯情况，应依据涵洞框架分析计算及配筋设计，在涵长方向上只配置相应的构造钢筋。

(3)做好框架涵的沉降缝、防水层的设计。连盐铁路框架涵防水层及沉降缝的处理措施按《通桥(2012)5401》办理。框架涵主体结构现场浇筑应连续进行，尽量避免施工缝，当涵身较长时，可沿涵长方向分段进行，每段应连续一次浇筑完成，施工缝应设在涵身沉降缝处。沉降缝的设置目的是避免结构物因荷载或地基承载力不均匀而发生不均匀沉陷，产生不规则的多处裂缝，而使结构物破坏。

(4)地基处理原则上采用与邻近路基段地基处理方式保持一致的原则，桩基布置应该满布，即：桩基在基础范围内(包含出入口和铺砌)均匀布置，基础纵横向轮廓外再扩大一排桩。对于涵长较长者，沿涵轴方向地质条件若发生改变，应考虑桩底是否落在持力层上，桩长应嵌入持力层一定深度。地基处理桩基参数及技术指标与相邻涵(桥)路过渡段路基所采用的桩基一致。

(5)对于孔径在2.0 m以上的框架涵，出入口翼墙基础宜采用分离式，不宜采用整体式。出入口翼墙若采用联合式整体基础，翼墙基础在洞口处不满足规范中混凝土刚性角的要求，宜增设钢筋。

(6)对立交净高小于5.0 m的框架涵，须在出入口两侧设置限高架防护设施，立交净高大于5.0 m的框架涵不需设置限高架设施。

(7)当斜交不可避免时，涵洞斜交角度(涵轴法线与线路方向的夹角)宜控制在±45°范围内，即面向线路大里程方向的右前角在45°～135°范围；斜交角度按0°、5°～15°、15°～25°、25～35°、35～45°分级设计。对于斜交涵洞，斜交角度若在20o及以上者，框架配筋设计需考虑在每个涵节框架顶、底板钝角部位配置加强钢筋。

(8)既有线接长涵洞尽量按原类型、原孔径接长，同时满足养护长度及孔径要求。拆除原涵洞锥体和铺砌，新旧涵洞相接处留3 cm沉降缝，并计列对既有线的防护数量。

参考文献

[1]TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京:中国铁道出版社，2012

[2]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，2009

[3]TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京: 中国铁道出版社，2013

[4]TB10005—2010铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京: 中国铁道出版社，2012

[5]新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2006

[6]铁道部第一勘测设计院、兰州铁道学院.涵洞与拱桥[M].北京：中国铁道出版社，1994

中图分类号：U442.5

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)05-0092-03

作者简介：凌青松(1987—)，男，硕士。

收稿日期：2015-05-15