關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 1 論文摘要 ： 本文 對(duì)于 板樁式和重力式后背在實(shí)際施工遇到的問題和應(yīng)注意的事項(xiàng)，及最大設(shè)計(jì)頂力計(jì)算、小角度斜架橋后背的做法的幾點(diǎn)看法 進(jìn)行了介紹。 采用頂進(jìn)法施工的橋涵，后背是重要的施工組成部分。它承受頂進(jìn)時(shí)的水平頂力，雖然是一項(xiàng)臨時(shí)結(jié)構(gòu)，但對(duì)施工順利與否關(guān)系極大。如果后背不牢固，頂進(jìn)時(shí)發(fā)生較大的位移，就可能把橋頂偏，甚至不能頂進(jìn)其后果更為嚴(yán)重。另外后背造價(jià)占整個(gè)工程投資的比例較大，如果后背做的過于安全，不能充分發(fā)揮其潛力，顯然也是浪費(fèi)。因此，必需因地制宜的作出既保證安全，又經(jīng)濟(jì)合理的后背方案。 關(guān)鍵詞： 剛性后背 剛彈性后背 理論最大設(shè)計(jì)頂力 小角度斜交 目 錄 關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 2 一、 后背形式的分類 1.1 后背形式按組成分類 3 1.2 后背形式按 剛度分類 4 二、 剛性后背和剛彈性后背在實(shí)際施工中的對(duì)比 5 2.1 剛彈性后背 在施工中的 應(yīng)用 5 2.2 剛性后背 在施工中的 應(yīng)用 6 三、小角度斜交框架地道橋后背的設(shè)計(jì)與施工 7 關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 3 一、 后背形式的分類 后背類型有： 1、板樁式后背，其主要由鋼板樁或型鋼（鋼軌、槽鋼、工字鋼等）、后背梁和后背填土三部分組成。 2、重力式后背，按所用材料不同又可分為鋼筋混凝土后背和漿砌片石后背，其主要有后背墻、分配梁和后背填土三部分構(gòu)成。 3、拼裝式后背，主要有鋼筋混凝土預(yù)制塊（抵座）或鋼筋混凝土預(yù)制樁、墊層和后背填土三部分組成。其中，按后背的剛度分類可分為剛性后背和剛彈性后背。其中板樁式后背屬于剛彈性后背，因?yàn)槠浜蟊沉旱膭偠认鄬?duì)較小，在頂進(jìn)過程當(dāng)中后背梁實(shí)際發(fā)生的位移較大。鋼筋混凝土重力式后背屬于剛性后背，頂進(jìn) 時(shí)實(shí)際發(fā)生的位移相對(duì)較小。 二、 兩種后背在實(shí)際施工中的對(duì)比 在實(shí)際施工中剛彈性后背，當(dāng)其后背填土高度不高時(shí)，本著便于取材、降低施工成本的原則一般采用鋼軌樁式后背；當(dāng)其填土高度較大時(shí)一般采用 40b 或更大型號(hào)的工字型鋼樁式后背。 1、板樁式后背在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性。首先，在板樁式后背施工時(shí)，與理論計(jì)算的假設(shè)條件、模型存在一定的出入。其中最嚴(yán)重的是理論設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)假定頂柱傳給后背梁的頂力的合力的作用線和后背填土產(chǎn)生的抗力（被動(dòng)土壓力）的合力的作用線作用在同一直線上，而實(shí)際施工時(shí)很難控制其兩個(gè)合力的作用線作用在同一 直線上，而只能盡量減少兩個(gè)作用線間的距離 h。當(dāng)兩條作用線間的距離 h 逐漸增大時(shí)，會(huì)改變后背梁的受力狀況，使得其實(shí)際工作原理與理論計(jì)算時(shí)的假定的工作原理產(chǎn)生較大的不同。當(dāng) h 較大時(shí)，在頂進(jìn)時(shí)會(huì)加大后背梁的位移量。在進(jìn)行糾偏時(shí)或布鎬不均勻（實(shí)際工作的鎬）時(shí)后背梁兩側(cè)受力大小不一樣，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩，當(dāng)扭矩較大，而后背梁截面尺寸較小關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 4 時(shí)，這時(shí)后背梁受彎剪作用同時(shí)還受扭矩作用，后背梁在頂進(jìn)中頂力較大時(shí)會(huì)出現(xiàn) 45的斜裂縫，這對(duì)頂進(jìn)十分不利，施工應(yīng)盡量避免。 理論計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 1 兩作用線不 在一直線上如簡(jiǎn)圖 2 頂力合力 抗力合力滑板后背填土型 鋼后背梁頂力合力抗力合力滑板后背填土型 鋼后背梁h圖 1 圖 2其次，如果采用打樁后再開挖工作坑的施工方法時(shí)，雖然能節(jié)省后背后面的大量填土，又可以保證樁后土壤的密實(shí)度，但這勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)施工工期?？蚣艿氐罉虻氖┕?，由于在既有鐵路線上施工的特殊性，一般施工工期都十分緊張，這種施工方法對(duì)保證工期不利。還有框架地道橋的施工相對(duì)于道路施工進(jìn)場(chǎng)較早，施工場(chǎng)地往往較小，拆遷不到位的情況下進(jìn)行施工，很有可能沒有打樁作業(yè)的條件。采用打樁方法施工必須動(dòng)用大型起吊設(shè)備、打樁設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等，而且耗鋼量很大，造價(jià)相 對(duì)較高。若采用埋樁的方法施工時(shí)，樁后填土的密實(shí)度較差，還有鋼板樁或型鋼與后背梁之間也難以保證嚴(yán)密接觸，造成頂進(jìn)時(shí)鋼軌或型鋼傳遞到后背梁上的被動(dòng)土壓力不均勻，這對(duì)頂進(jìn)不利。當(dāng)后背處的原始地面高度到滑板的高差較小時(shí)，不宜采用板樁式后背。因?yàn)樵谶@種關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 5 情況下，為了滿足抗力的要求和施工的要求，使得后背填土的方量會(huì)成倍的增加，而且效果不是很好。 08 年 6 月份我單位承建的大同市御河西路框架橋 工程，屬于高路基段，后背處的原始地面與滑板基本平齊，采用 40b 工字鋼板樁式后背，此工程后背填土量很大，密實(shí)度不易控制，被動(dòng)土壓力傳遞不均 勻，后背梁出現(xiàn)豎向和 45方向的斜裂縫等情況。實(shí)踐說明這種情況下不宜采用板樁式（剛彈性）后背，采用剛性后背比較合適。 2、在實(shí)際施工當(dāng)中采用剛性后背的較多，而剛性后背又以鋼筋混凝土后背為主。鋼筋混凝土后背施工方便且不需要占用大量鋼材，施工時(shí)不需要大型起吊設(shè)備、打樁設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備等，而且易于保證后背填土的密實(shí)度，由于鋼筋混凝土后背剛性大頂進(jìn)時(shí)的位移量小。但實(shí)際施工當(dāng)中鋼筋混凝土后背往往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸過大，頂進(jìn)過程中不能完全發(fā)揮后背潛力。鋼筋混凝土后背設(shè)計(jì)偏于保守的原因是多方面的，下面就理論最大設(shè)計(jì)頂力計(jì)算公式談幾點(diǎn)看法。 理論最大設(shè)計(jì)頂力計(jì)算公式： F= K（ G1.f1+ G2.f2+E.L.f3+F.A） 其中： F-理論最大設(shè)計(jì)頂力 K-安全系數(shù) G1 -橋體自重 G2 -橋位處線路加固體系的重量 f1、 f2、 f3-摩擦系數(shù) E-邊墻土的側(cè)壓力 L-橋體沿軸線長(zhǎng) F-單位面積吃土阻力 A-吃土面積 關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 6 其中邊墻土的側(cè)壓力計(jì)算公式： E=1/2 .H2. ， H 一般在計(jì)算中取基坑邊的地面到框架橋底板底的高差。在實(shí)際頂進(jìn)過程中 H的實(shí)際值遠(yuǎn)小于理論計(jì)算的取值。因?yàn)轫斶M(jìn)過程中為了能有一定的空間對(duì)橋 體進(jìn)行糾偏，一般在出土?xí)r都會(huì)把刃角兩側(cè)掏空一定的距離，所以能對(duì)邊墻產(chǎn)生側(cè)壓力的土壤高度 H 值很小，當(dāng)橋體沿軸線長(zhǎng)度越長(zhǎng)即 L 值越大，底板底離地面的高差越大即 H 值越大，則邊墻土的側(cè)壓力的理論計(jì)算值偏離其實(shí)際值就越大。 f1 為橋體底板與底板下的土壤間的摩擦系數(shù)，為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，在理論計(jì)算中一般取 0.8。根據(jù)頂進(jìn)過程中實(shí)際頂力的分析，對(duì)于粘土、亞粘土、粉土、砂土、亞砂土等土質(zhì)情況下 f1 取值 0.8 有些偏大。 f2 為線路加固系統(tǒng)與橋體頂面間的摩擦系數(shù)，實(shí)際施工中一般都采用小滑車，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦進(jìn)行減阻。在理論計(jì)算中 f2 一般取值 0.8，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.8 取值偏大。以上幾個(gè)方面共同導(dǎo)致理論最大設(shè)計(jì)頂力值偏大，從而使得后背截面尺寸和配筋篇大，在頂進(jìn)過程中后背不能完全發(fā)揮潛力。 后背抗力（被動(dòng)土壓力）一般采用朗金理論計(jì)算，根據(jù)朗金土壓力理論的：墻背豎直而且光滑（ =0），填土與墻頂平齊。在完全滿足條件時(shí)，朗金被動(dòng)土壓力公式： P= r.h.tg2(45 + /2),應(yīng)用該式，計(jì)算比較簡(jiǎn)便，但由于實(shí)際上后背的墻背并不光滑，也就是后背與填土間的外摩擦角 0，因而所得的結(jié)果偏小。換句話說按朗金被動(dòng)土壓力理論及公式計(jì)算的土 壓力是相當(dāng)保守的。據(jù)蘇聯(lián)索柯洛夫斯基及德國賈克 .奧德的精確解，以及北京市政工程研究所進(jìn)行的試驗(yàn)表明 :當(dāng) =30， =1/2時(shí)，被動(dòng)土壓力系數(shù) 4.39，而按朗金公式計(jì)算的被動(dòng)土壓力系數(shù)為 3.0，兩者相差 1.46 倍。如果 =2/3時(shí)，則兩者相差約 1.6 倍。故按朗金公式計(jì)算的被動(dòng)土壓力值相對(duì)精確值而言，相當(dāng)于包括了一個(gè)關(guān)于頂進(jìn)框架地道橋后背的幾點(diǎn)淺析 7 1.46 1.6 倍的安全系數(shù)，因此設(shè)計(jì)后背抗力（被動(dòng)土壓力）時(shí)不必再另加安全系數(shù)，而可以直接采用。而實(shí)際計(jì)算理論最大設(shè)計(jì)頂力時(shí)是加了一個(gè)安全系數(shù) K 的，這使得實(shí)際后背更偏于保守了，同時(shí)也增加了施 工成本。 三、小角度斜交框架地道橋后背的設(shè)計(jì)與施工 當(dāng)框架橋是小角度斜交時(shí)，橋體在頂進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)力矩，為克服扭轉(zhuǎn)力矩及實(shí)現(xiàn)對(duì)橋體的糾偏保證橋體的頂進(jìn)方向，須通過對(duì)橋體兩側(cè)不均勻布鎬來實(shí)現(xiàn)，這就造成兩個(gè)后背（當(dāng)后背分開做時(shí)）受力相差較大，角度越小，兩后背受力相差就越大。小角度斜交橋銳角側(cè)（就橋體前段而言）的后背受力較小。這側(cè)后背在整個(gè)頂進(jìn)過程中，一般在橋體啟動(dòng)和空頂時(shí)受力最大。總之，小角度斜交橋采用兩個(gè)后背分開做時(shí)，銳角側(cè)的后背受力遠(yuǎn)小于鈍角側(cè)的后背受力。而實(shí)際施工中，一般只計(jì)算理論最大設(shè)計(jì)頂力， 然后根據(jù)最大設(shè)計(jì)頂力計(jì)算設(shè)計(jì)后背截面尺寸和配筋，兩個(gè)后背一般都按最大設(shè)計(jì)頂力計(jì)算所得的截面尺寸和配筋進(jìn)行施工，這樣銳角側(cè)后背的頂力儲(chǔ)備太大，而且還增加了施工成本。根據(jù)銳角側(cè)后背在實(shí)際頂進(jìn)過程中受力相對(duì)較小的情況，應(yīng)該在計(jì)算完最大設(shè)計(jì)頂力和偏心距后確定頂鎬數(shù)量及分布情況，再根據(jù)銳角側(cè)實(shí)際布置的頂鎬數(shù)量對(duì)這側(cè)后背進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)確定截面尺寸和配筋，這樣既能滿足施工要求又能節(jié)約施工成本。 在頂進(jìn)法施工的橋涵工程中，后背雖然是一個(gè)臨時(shí)