袁宾
中铁八局集团有限公司勘察设计研究院
【摘要】公路与市政工程下穿高速铁路桥梁时，为防止道路车辆荷载对铁路桥梁基础造成偏压，可采用桩板结构形式下穿。桩板结构形式灵活，对变宽道路适用性强，但结构计算复杂，本文探讨桩板结构的设计和计算方法，为类似工程提供了设计参考和实践经验。
关键字：桩板结构 承台板
一、引言
随着我国地方经济的快速发展，新建或改建公路与市政工程下穿高速铁路的数量日益增多，与此同时，对下穿工程的安全要求高，设计和施工难度大，下穿结构物的建设已成为影响高速铁路运营安全的主要因素之一。为适应新的形势，确保下穿构筑物及使用时期高速铁路桥梁运营安全，一般情况下，非岩石地基且高速铁路桥下净空满足设置桥梁条件时，应优先采用桥梁下穿；当高速铁路桥下不具备设置桥梁条件时，且地质条件不适宜采用路基结构下穿时，宜采用桩板结构下穿。
二、工程实例分析
2.1工程概况
某一级公路扩能改造项目，设计车速80km/h，双向六车道，标准路幅宽度为60m，道路需下穿成贵客专铁路桥。道路下穿铁路桥后与既有省道相接，考虑平面交叉口处平面线形、高程等因素，采用桩板结构形式分四幅下穿成贵客专铁路桥。
根据地质调查资料，新建桩板结构处工程地质由上至下分别为：人工填土、粉质粘土、卵石、粉砂质泥岩，其中卵石层透水性较好。场地地下水类型主要为松散层孔隙水及基岩孔隙裂隙水，松散层孔隙水，主要赋存于卵石层中，接受降水、河水的补给。该含水层水力联系密切，具有含水层厚，分布较广，补给源近，富水性、透水性好的特征，渗透系数k值一般40～60m/d。
2.2方案设计
为防止道路车辆荷载对铁路桥梁基础造成偏压，对铁路桥梁边缘两侧各20m范围内桥下道路采用独立墩柱式桩板结构。承台板厚0.8m，板上设10cm厚钢筋混凝土铺装层+10cm厚沥青混凝土铺装层。桩基采用行列式对称布置形式，直径1.0m，桩基长度12m，与铁路桥墩桩间最小距离为5.06m。
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成乐扩容松江连接线下穿成贵客专立面图
三、桩板结构计算分析
3.1内力计算
桩板结构属于空间超静定结构，本计算模型采用条件假设有：①材料在荷载作用下处于小变形和线弹性阶段；②各种荷载对结构的作用符合线形叠加原理的条件。
桩板结构上部承台板采用板单元模拟，下部桩基采用实体单元模拟。根据规范要求，本工程考虑荷载主要有：结构自重、二期恒载、汽车荷载、温度梯度（升温温差T1=14℃,T2=5.5℃；降温温差T1=-7℃,T2=-2.75℃）、基础变位（按1mm不均匀沉降考虑）。
采用MIDAS CIVIL建立桩板结构模型，上部承台板采用板单元，采用C40混凝土，板厚0.8m；下部桩基采用实体单元模拟，采用m法模拟桩周土层的力学性质对结构受力的影响。选择桩基间距最大的桩板进行计算分析，Z线桩板采用双排桩，桩基横向间距8m，纵向间距7m；L线桩板采用三排桩，桩基横向间距7.5m，纵向间距7m；对此两种类型桩板分别建立模型进行受力分析。
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3.2桩顶弯矩折减分析
考虑到桩板结构受力特点，桩顶负弯矩大，负弯矩区域较小，本节采用单独模型对桩顶负弯矩折减系数进行对比分析。模型采用板厚为0.8m，长4m、宽4m，桩基分别采用杆单元、实体单元（桩基直径0.8m、1.0m、1.2m）进行模拟，对比桩顶弯矩值，其结果如下表所示。
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3.3承台板配筋计算
承台板配筋计算包括抗弯、抗剪、裂缝宽度、抗冲切验算等，均可按双筋截面进行计算。经过计算，本设计采用如下配筋方法：顶底板非加密区采用HRB400钢筋，直径25cm，间距15cm；对桩顶3m范围内承台板顶面进行配筋加密，加密区采用HRB400钢筋，直径25cm，间距7.5cm。
桩间抗弯承载力805KN.m，大于计算弯矩485.1KN.m，满足要求；桩顶抗弯承载力1495KN.m，大于计算弯矩840.4KN.m，满足要求；桩间及桩顶最大计算裂缝0.16mm，小于规范限值0.2mm，满足要求。
四、桩板结构方案选择建议
鉴于以上计算分析结果，桩板结构与常规连续梁结构的受力特征有明显区别，且桩板结构桩基较密集，地质条件、地下水、高速铁路桥下净空等因素均影响到施工方案，甚至会导致无法施工从而方案不成立。本节结合以往工程经验，对桩板结构受力特征进行总结，对方案选择提出建议。
（1）板结构桩顶负弯矩远大于桩间正弯矩，甚至负弯矩值超过2倍的正弯矩值。
（2）板结构桩顶负弯矩区域较小，桩基边缘1m范围内，板的负弯矩值相对较大，因此需对桩基边缘1m范围区域的板配筋加密布置。
（3）若场地地下水较贫乏或无地下水，土层为不透水层，为减小桩基施工对高速铁路桥梁的影响，建议优先选用人工挖孔桩，桩基直径可选择为1.2m。
（4）若场地地下水较丰富，根据《铁路安全管理条例》，铁路桥梁外侧起向外各200m范围内禁止抽取地下水，无法进行人工挖孔，应考虑铁路桥下净空是否受限，可选择采用小型机械钻孔施工，桩基直径可选择为0.8m、1.0m。
（5）桩板结构的桩基与高速铁路桥梁桩基的中心距应符合下列规定：软黏土及饱和粉、细砂土层等不良土层，不宜小于6倍下穿工程桩径；其他良好土层，不宜小于4倍下穿工程桩径。桩板结构桩基施工时应对称、间隔施工。
五、结语
桩板结构具有整体性好、刚度大、变形小等特点，将路面荷载通过桩板传至地基，有效减小车道路荷载对既有铁路桥梁的影响，可有效应用于公路与市政道路下穿高速铁路桥梁工程中。桩板结构为超静定结构，计算复杂，可通过有限元方法进行仿真模拟分析，结合受力特征进行有效配筋。本文对桩板结构的受力特征进行分析，并结合以往工程经验对方案选择提出建议，为今后类似工程提供了设计参考和实践经验。
参考文献
[1] 廖超 沪杭客运专线桩板结构路基现场试验研究及数值仿真 成都交通大学，2012
[2] 白楷 桩板结构在下穿既有桥梁工程中的应用，中铁上海设计院 上海，200070
[3] 罗照新?客运专线桩板结构设计方法和探讨?铁道工程学报，2008，（8）