高速公路下穿铁路U型槽施工工艺研究

高速公路下穿铁路 U型槽施工工艺研究

李忻

江苏雷威建设工程有限公司，江苏 南京 210000

摘要：近些年来，我国经济和科技发展迅速，交通日益发达，各个地区的高速公路数量也随之增加。U型槽是当前一种较为新型的公路接口，逐渐被广泛应用于道路、铁路、高速公路和地铁的建设当中，并且得到了良好的社会效益和经济效益。本文针对高速公路下穿铁路U型槽施工工艺进行深入分析和探讨，供读者参考。

关键词：高速公路；穿铁路U型槽；施工工艺

近年来，我国经济飞速发展，城市的规模不断扩大，城市当中的规划和布局也在不断调整。而早期建成的铁路成为许多城市建设的控制要素和影响因素，为了在确保城市发展的同时，也能够使行车安全舒适，很多城市将道路交叉处改为高速公路下穿铁路。如果下挖路潜沿线地下水水位比较高，而道路设计线低于地下水位线，而且周边不能永久性降水时，一般都会采用封闭式路堑U型槽结构。U，型槽结构具有稳定性好、变形小、刚度大、防水效果好等一系列优点，能够广泛应用于高速公路下穿铁路建设当中。

一、封闭式U型槽结构设计

根据相关工程经验，U型槽的左右侧边墙顶宽均取0.5米左右，边墙外侧墙面坡率一般为1：0.15。应用这种随深度增加而增加边墙尺寸的边墙形式，可以更好地适应边墙外水压力和土压力的作用^[1]。U型槽底板一般会采用矩形断面，而且底板的厚度也会根据不同挖深结合水位来确定。

（一）抗浮检算

在U型槽设计当中，抗浮稳定性的验算是一项极其重要的内容。由于U型槽一般都是永久性工程，而且使用周期都较长^[2]。大部分的工程项目当中一般都会采用管井降水时施工阶段地下水位低于基坑挖深0.5至1.0米，其实这些对U型槽运营阶段的抗浮稳定性进行验算。运营阶段设计水位采用的是抗浮设计水位，抗浮荷载当中，包括底板上面层自重、交通荷载以及结构自重。在实际过程中，可以采用相应的抗浮验算公式进行验算。U型槽可以通过自重来实现抗浮稳定性要求，而且还需要对U型槽底板进行换填处理，应用50厘米厚的碎石垫层进行换填工作。碎石垫层能够起到有效的削减水压力作用和排水作用，还能够有效提高地基的承载力。

（二）边墙设计

将U型槽边墙视为固定在底板的悬臂梁，其主要受到边墙墙背水、土压力和边墙自重的影响。而且有新槽边墙外回填碎石能够有效减少冻藏对边墙主体结构的影响，所以要对边墙水土压力采用分算法，同时还要考虑到边墙上护栏对边墙的作用力，如果冰墙墙顶外部存在辅道，就需要运用均部土柱来代替辅导汽车荷载。运用荷载作用组合计算能够得到边墙个部分的最大弯矩和最大剪力，以此来设计边墙配筋，同时，由斜截面受剪承载力计算配置受剪钢筋^[3]。除此之外，钢筋设计还需要满足正常使用极限状态下的相关构造配筋要求和裂缝宽度验算。为了能够方便施工，受力钢筋间距需要小于最小间距要求。经过相关计算，典型断面处边墙所受的最大剪力应为251KN。

（三）底板设计

将U型槽底板视为支撑在地基上的地基梁，按照弹性地基梁来进行计算，作用在弹性梁上的荷载除了结构自重、地基反力、浮力和边墙背侧配重以外，还包括边墙传质底板的剪力、弯矩、行车核载以及竖向力等，为了更好的计算，可以运用土柱来换算行车荷载^[4]。边墙背侧配重和结构自重可以根据U型槽结构的材料容重和断面尺寸来进行计算，将底板和边墙底部相连接，可以视作为刚性连接，边墙底部截面的弯矩施加在边墙与底板的连接处，可以作为底板的集中弯矩考虑。在U型槽底板下换碎石，地基和U型槽板完全接触，因此，底板的计算可以采用弹性地基梁中梁与地基的共同作用。

二、U型槽防水设计

U型槽一直处于地下水位之下，为了能够有效提高U型槽主体结构的坚固性和耐久性，必须要对U型槽进行防水设计。在防水设计当中，需要遵循相关原则，如果所在地区的地下水位较高，地层渗透系数较大，而且补给来源丰富，就需要采用以下防水方案：封闭式路堑U型槽主体结构采用防水混凝土现浇，同时附加防水层全包防水，还要针对伸缩缝和变形缝等部位进行专门的防水设计，并且在结构饮水测的分外增加柔性防水。

（一）主体结构防水设计

如果U型槽主体结构防渗等级为二级，那么U型槽的边墙和结构底板均可以采用c40防水钢筋混凝土现场浇筑，防水混凝土的抗渗等级能够达到P8。背水面和迎水面的钢筋混凝土保护层净厚度不小于一定厚度，只有这样才能够有效减少混凝土当中的裂缝^[5]。而被水面钢筋混凝土保护层的厚度不能小于50毫米。为了能够有效提高U型槽主体结构的防水性，请迎水面都需要增加防水层。附加的防水层需要采用自粘式高聚物改性沥青防水卷材柔性防水层，高层卷材的厚度不能小于四毫米。所采用的卷材也应该严格符合国家规定和招标技术文件当中的相关标准。

（二）细部构造防水设计

U型槽的变形缝和伸缩缝等迎水面一侧，应该加强防水工作。确保外层全包防水材料和防水材料的一致性，加强层需要铺设咱变形缝和伸缩缝等各个缝隙的外侧和全包防水层的内侧，而且连续通铺，中点还应该与各缝的中点对齐。应该连续浇筑U型槽防水混凝土，减少施工缝，水平施工缝也不应该留在边墙和底板的交接处，应该留在高于底板表面，大于300毫米的墙体上。变形缝和垂直施工缝应该设置在同一断面上

^[6]。用于U型槽伸缩的变形缝，应该需要满足施工方便、适应变形和密封防水等一系列要求，每条变形缝都因位于底板和墙边的位置，而且应该平顺、连续，不能有偏移和错位，而且要确保结构尺寸的准确性。变形缝应该采用防水材料、防水加强层和止水带。U型槽后浇带应该设在变形较小的部位和受力较小的部位，其间距和位置应该按照相关结构设计的要求来确定。在施工过程中后，浇带部位和外贴式止水带应该加强保护，避免外贴止水带损伤，而且后浇带混凝土应该需要有充足的养护时间。

三、施工步骤

在U型槽施工过程中，首先需要测量放样，在施工之前需要对U型槽周围的地方道路和水系等进行详细调查，了解地下管线、地下水位和一些其他的构造，以此来确保施工安全。还要进行深井降水工作，如果施工地区的海拔较低，地下水位较高，而且年降水量较大，考虑到施工进度和施工安全，需要在边线外两米至三米处设置深井进行大面积的降水^[7]。通常都是在基坑挖坑前三天开始降水工作，一直到水位降至U型槽基坑底50厘米以下以后才能够进行基坑开挖工作。根据相关经验，深井的作用半径应该与井深相符合。陷阱应该分布在基坑的两侧，其间距和井深都为20米，全天降水。其次，要进行基坑开挖工作。在基坑开挖之前，应该进行精准放样，用白灰画出开挖边界，采用人工和挖机相配合的方法进行开挖。在现场需要设置专门的工作人员，对开挖深度进行监督和管理，开外面横向和纵向都为五米设置一个高程控制点，预留十米左右的距离用人工来平整和清理，避免影响基底土，严禁机械超挖。在承载力满足相关要求时，人工整平基地需要符合高程要求以后，再由压路机压实，否则需要进行地基处理。再次进行基础施工，U型槽的基础是由15厘米的碎石和10厘米的c20混凝土垫层而构成的。地基承载力验收合格以后，沿着U型槽纵向每隔五米设一对高程控制桩，在两侧控制桩上标出碎石垫层的松铺标高。在对侧装上悬挂施工线，机械配合人工铺设15厘米厚的碎石垫层，人工进行整理后，再用压路机将其压实，使其符合相关要求。碎石垫层施工结束以后，在两侧用槽钢或方木作为侧膜进行10厘米厚的c20混凝土垫层浇筑，在混凝土浇筑结束以后，需要注意混凝土的养护工作，做好洒水和覆盖，保持混凝土当中的水分，避免混凝土出现开裂的情况。然后做好钢筋的加工和绑扎工作。钢筋在加工场都是统一加工和制作的，在成型以后再应用钢筋切断机和弯曲机。钢筋绑扎工作主要分两次进行，首先绑扎底板钢筋，然后再绑扎侧墙钢筋。在钢筋的接头主要采用搭接焊，两搭接钢筋轴线必须在同一轴线上，而且搭接长度还要符合相关规定和标准。为了能够有效确保钢筋位置的准确性，在主机位置处弹出墨线，做好标识。最后，要做好混凝土浇筑工作。混凝土要分三次浇筑，第一次的浇筑厚度大约为80厘米的底板和高度为40厘米的集水槽，第二次浇筑给水槽上沿至压顶底，最后一次浇筑压顶，在浇筑过程中，需要预留护栏底座孔。

四、注意事项

U型槽和顶进箱体之间需要设置一个宽度约为3厘米的沉降缝，沉降缝贯通整个底板和墙身，同时还要在沉降缝处设置钢剪销连接，而且还需要设置双层复合式止水带隔水。在沉降缝当中比较填充一些密度较高的泡沫板，在沉降缝的表面用密封嵌缝胶来止水。而且还要做好墙身水平施工缝处理，在施工缝的表面应做凿毛处理，但不能伤及到接缝和集料的边棱。做好凿毛工作以后，应该将其表面处理干净，将上面松散的颗粒去除，在混凝土还未完全凝固时，尽可能地将混凝土表面的松散材料和浮浆去除。

五、高速公路下穿铁路U型槽的优点

能够有效降低公路填土的高度，占地较少，而且能够有效提高社会效益和经济效益。而且施工工艺相对较为简单，而且U型槽工程也能在很大程度上降低高空作业的风险，对铁路运营的影响较小。

图1 高速公路下穿铁路U型槽

结束语

总体而言，高速公路下穿铁路U型槽具有风险小、工期短、造价低、风险小等一系列特点，而且对当前铁路运营的影响也较小，就在我国当前高速公路建设当中能够有效促进我国交通事业的发展。

参考文献：

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