關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 1 論文摘要 ： 本文 對于 板樁式和重力式后背在實際施工遇到的問題和應注意的事項，及最大設計頂力計算、小角度斜架橋后背的做法的幾點看法 進行了介紹。 采用頂進法施工的橋涵，后背是重要的施工組成部分。它承受頂進時的水平頂力，雖然是一項臨時結構，但對施工順利與否關系極大。如果后背不牢固，頂進時發生較大的位移，就可能把橋頂偏，甚至不能頂進其后果更為嚴重。另外后背造價占整個工程投資的比例較大，如果后背做的過于安全，不能充分發揮其潛力，顯然也是浪費。因此，必需因地制宜的作出既保證安全，又經濟合理的后背方案。 關鍵詞： 剛性后背 剛彈性后背 理論最大設計頂力 小角度斜交 目 錄 關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 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際施工中的對比 5 2.1 剛彈性后背 在施工中的 應用 5 2.2 剛性后背 在施工中的 應用 6 三、小角度斜交框架地道橋后背的設計與施工 7 關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 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成。 3、拼裝式后背，主要有鋼筋混凝土預制塊（抵座）或鋼筋混凝土預制樁、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，因為其后背梁的剛度相對較小，在頂進過程當中后背梁實際發生的位移較大。鋼筋混凝土重力式后背屬于剛性后背，頂進 時實際發生的位移相對較小。 二、 兩種后背在實際施工中的對比 在實際施工中剛彈性后背，當其后背填土高度不高時，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；當其填土高度較大時一般采用 40b 或更大型號的工字型鋼樁式后背。 1、板樁式后背在實際應用中有一定的局限性。首先，在板樁式后背施工時，與理論計算的假設條件、模型存在一定的出入。其中最嚴重的是理論設計計算時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生的抗力（被動土壓力）的合力的作用線作用在同一直線上，而實際施工時很難控制其兩個合力的作用線作用在同一 直線上，而只能盡量減少兩個作用線間的距離 h。當兩條作用線間的距離 h 逐漸增大時，會改變后背梁的受力狀況，使得其實際工作原理與理論計算時的假定的工作原理產生較大的不同。當 h 較大時，在頂進時會加大后背梁的位移量。在進行糾偏時或布鎬不均勻（實際工作的鎬）時后背梁兩側受力大小不一樣，從而會產生一個扭矩，當扭矩較大，而后背梁截面尺寸較小關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 4 時，這時后背梁受彎剪作用同時還受扭矩作用，后背梁在頂進中頂力較大時會出現 45的斜裂縫，這對頂進十分不利，施工應盡量避免。 理論計算簡圖如圖 1 兩作用線不 在一直線上如簡圖 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，雖然能節省后背后面的大量填土，又可以保證樁后土壤的密實度，但這勢必會延長施工工期。框架地道橋的施工，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，這種施工方法對保證工期不利。還有框架地道橋的施工相對于道路施工進場較早，施工場地往往較小，拆遷不到位的情況下進行施工，很有可能沒有打樁作業的條件。采用打樁方法施工必須動用大型起吊設備、打樁設備、運輸設備等，而且耗鋼量很大，造價相 對較高。若采用埋樁的方法施工時，樁后填土的密實度較差，還有鋼板樁或型鋼與后背梁之間也難以保證嚴密接觸，造成頂進時鋼軌或型鋼傳遞到后背梁上的被動土壓力不均勻，這對頂進不利。當后背處的原始地面高度到滑板的高差較小時，不宜采用板樁式后背。因為在這種關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 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，密實度不易控制，被動土壓力傳遞不均 勻，后背梁出現豎向和 45方向的斜裂縫等情況。實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、在實際施工當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，施工時不需要大型起吊設備、打樁設備和運輸設備等，而且易于保證后背填土的密實度，由于鋼筋混凝土后背剛性大頂進時的位移量小。但實際施工當中鋼筋混凝土后背往往結構設計尺寸過大，頂進過程中不能完全發揮后背潛力。鋼筋混凝土后背設計偏于保守的原因是多方面的，下面就理論最大設計頂力計算公式談幾點看法。 理論最大設計頂力計算公式： F= K（ G1.f1+ G2.f2+E.L.f3+F.A） 其中： F-理論最大設計頂力 K-安全系數 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 E-邊墻土的側壓力 L-橋體沿軸線長 F-單位面積吃土阻力 A-吃土面積 關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 6 其中邊墻土的側壓力計算公式： E=1/2 .H2. ， H 一般在計算中取基坑邊的地面到框架橋底板底的高差。在實際頂進過程中 H的實際值遠小于理論計算的取值。因為頂進過程中為了能有一定的空間對橋 體進行糾偏，一般在出土時都會把刃角兩側掏空一定的距離，所以能對邊墻產生側壓力的土壤高度 H 值很小，當橋體沿軸線長度越長即 L 值越大，底板底離地面的高差越大即 H 值越大，則邊墻土的側壓力的理論計算值偏離其實際值就越大。 f1 為橋體底板與底板下的土壤間的摩擦系數，為滑動摩擦系數，在理論計算中一般取 0.8。根據頂進過程中實際頂力的分析，對于粘土、亞粘土、粉土、砂土、亞砂土等土質情況下 f1 取值 0.8 有些偏大。 f2 為線路加固系統與橋體頂面間的摩擦系數，實際施工中一般都采用小滑車，使滑動摩擦變為滾動摩擦進行減阻。在理論計算中 f2 一般取值 0.8，實際經驗表明滾動摩擦系數 0.8 取值偏大。以上幾個方面共同導致理論最大設計頂力值偏大，從而使得后背截面尺寸和配筋篇大，在頂進過程中后背不能完全發揮潛力。 后背抗力（被動土壓力）一般采用朗金理論計算，根據朗金土壓力理論的：墻背豎直而且光滑（ =0），填土與墻頂平齊。在完全滿足條件時，朗金被動土壓力公式： P= r.h.tg2(45 + /2),應用該式，計算比較簡便，但由于實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，因而所得的結果偏小。換句話說按朗金被動土壓力理論及公式計算的土 壓力是相當保守的。據蘇聯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行的試驗表明 :當 =30， =1/2時，被動土壓力系數 4.39，而按朗金公式計算的被動土壓力系數為 3.0，兩者相差 1.46 倍。如果 =2/3時，則兩者相差約 1.6 倍。故按朗金公式計算的被動土壓力值相對精確值而言，相當于包括了一個關于頂進框架地道橋后背的幾點淺析 7 1.46 1.6 倍的安全系數，因此設計后背抗力（被動土壓力）時不必再另加安全系數，而可以直接采用。而實際計算理論最大設計頂力時是加了一個安全系數 K 的，這使得實際后背更偏于保守了，同時也增加了施 工成本。 三、小角度斜交框架地道橋后背的設計與施工 當框架橋是小角度斜交時，橋體在頂進過程中會產生很大的扭轉力矩，為克服扭轉力矩及實現對橋體的糾偏保證橋體的頂進方向，須通過對橋體兩側不均勻布鎬來實現，這就造成兩個后背（當后背分開做時）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（就橋體前段而言）的后背受力較小。這側后背在整個頂進過程中，一般在橋體啟動和空頂時受力最大。總之，小角度斜交橋采用兩個后背分開做時，銳角側的后背受力遠小于鈍角側的后背受力。而實際施工中，一般只計算理論最大設計頂力， 然后根據最大設計頂力計算設計后背截面尺寸和配筋，兩個后背一般都按最大設計頂力計算所得的截面尺寸和配筋進行施工，這樣銳角側后背的頂力儲備太大，而且還增加了施工成本。根據銳角側后背在實際頂進過程中受力相對較小的情況，應該在計算完最大設計頂力和偏心距后確定頂鎬數量及分布情況，再根據銳角側實際布置的頂鎬數量對這側后背進行計算設計確定截面尺寸和配筋，這樣既能滿足施工要求又能節約施工成本。 在頂進法施工的橋涵工程中，后背雖然是一個臨時