既有線橋梁基礎(chǔ)施工挖孔防護樁的應(yīng)用
1、引言
為了適應(yīng)我國全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)要求，緩解鐵路對經(jīng)濟社會發(fā)展的制約作用，減輕鐵路運力緊張的矛盾，2008年，國務(wù)院通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008調(diào)整）》，規(guī)劃提出，至2020年，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道、“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統(tǒng)，這標(biāo)志著我國的鐵路建設(shè)進入了跨越式發(fā)展新時期，全國高速鐵路建設(shè)開工建設(shè)階段。新建鐵路與既有鐵路線間不可避免產(chǎn)生了交叉跨越。本文以新建津秦鐵路跨越既有津山鐵路為例探討臨近既有線橋梁基礎(chǔ)施工防護樁設(shè)計、挖孔樁施工及鉆孔樁、承臺施工，講述如何在保證既有鐵路線安全運營的前提下，順利開展新建鐵路項目橋梁跨越既有線施工。
2、工程概況
新建天津至秦皇島鐵路客運專線豐南跨津山鐵路特大橋在該鐵路施工里程DK115+421.77～DK115+620.87處跨越既有津山鐵路，設(shè)計113m系桿拱+5-16m連續(xù)梁跨越，113m系桿拱與津山鐵路下行線于K254+681處以15o相交。
113m系桿拱P771、P772墩分別位于既有津山鐵路下行線和豐胥聯(lián)系線兩側(cè)，5-16m連續(xù)梁的P774、P775、P776墩為框架墩分別位于既有津山鐵路上行線的線路兩側(cè)。津秦鐵路客運專線與津山鐵路位置關(guān)系見圖1《跨津山鐵路橋跨布置圖》。
113m系桿拱墩和5-16m連續(xù)梁墩均為鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，113m系桿拱墩P771墩20根樁，樁徑1.50m，樁長67.0m；P772墩20根樁，樁徑1.50m，樁長68.0m。
5-16m連續(xù)梁P773墩6根樁，樁徑1.5m。P774～P776墩為框架墩，每墩兩個分離式承臺和墩柱，每承臺6根樁，樁徑1.5m。P777墩6根樁，樁徑1.5m，共計48根樁。
表1112m系桿拱+5-16m連續(xù)梁基礎(chǔ)主要技術(shù)參數(shù)表
施工場地氣候?qū)倥瘻貛啙駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明。大風(fēng)集中在3、4月份，年平均降雨量在560~800mm左右，70%的降雨量主要集中在7、8月份，年平均溫度在11~14℃。
經(jīng)過地區(qū)主要濱海沖海積平原，地形平坦開闊，地層分布由上至下為全新統(tǒng)雜填土、素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、黏土、粉砂及細(xì)砂。所處范圍地下常水位位于原地面10米以下，施工不需進行降水處理。
圖1跨津山鐵路橋跨布置圖
3、防護樁設(shè)計施工方案
3.1防護樁設(shè)計
本文主要以系桿拱主墩P771、P772#墩防護為例。
3.1.1主墩P771防護樁布置
承臺施工時，距離既有線近、開挖深度大，影響既有線行車安全，必須采取防護措施。采用人工挖孔灌注樁進行防護，P771、P772以及P773～P776左側(cè)墩柱基礎(chǔ)、P778墩采用挖孔樁防護。挖孔樁凈距為0.1m，混凝土采用C30鋼筋混凝土；鋼筋籠主筋φ20、φ25、φ28鋼筋，挖孔時根據(jù)樁徑分別采用內(nèi)徑為1.0m、1.2m預(yù)制混凝土管護壁。樁位設(shè)在新建承臺與既有線之間，與新建橋墩承臺邊凈距離0.1m。經(jīng)對挖孔樁進行受力計算，確定樁長為18.0m，承臺基坑開挖后入土深度為9.142m。P771墩挖孔防護樁見圖2《P771墩防護樁布置圖》。
對于離防護柵欄較近的挖孔樁，施工前對對應(yīng)的防護柵欄進行向外斜支撐加固處理，然后再進行挖孔樁施工，對于P771墩挖孔樁對應(yīng)的接觸網(wǎng)支柱采取向天津側(cè)遷移，遷移完成后該接觸網(wǎng)支柱5米范圍內(nèi)的挖孔樁方可施工。
靠近鐵路路基一側(cè)挖孔樁防護施工完成后，進行鉆孔平臺的平整、壓實，方可進行鉆孔樁和承臺施工。承臺施工完畢，分層夯實及時將基坑回填。
圖2P771墩防護樁布置圖
3.1.2夾心地帶內(nèi)挖孔樁布置
P772墩位于豐胥聯(lián)絡(luò)線和改津山上行線之間，挖孔防護樁布置見圖3所示。
圖3P772墩防護樁布置圖
3.2、挖孔防護樁施工
根據(jù)該工程所處的地質(zhì)條件及周圍的環(huán)境條件，挖孔樁采用間隔三樁跳躍法開挖，利用人工用鐵鍬或風(fēng)鎬開挖，松碴裝入吊筒后，采用電動葫蘆提升架提升。護壁采用預(yù)制內(nèi)徑為Φ1.0m與Φ1.2m混凝土管。鋼筋籠在車間下料，運到現(xiàn)場人工放入孔中綁扎，采用自拌混凝土，由混凝土攪拌車運至現(xiàn)場輸入孔中。
挖孔樁防護施工完成后，進行鉆孔樁和承臺施工。承臺施工完畢，分層夯實及時將基坑回填。
3.2.1測量定位
采用GPS或全站儀根據(jù)設(shè)計樁位進行放樣，確保樁位準(zhǔn)確。樁體放樣誤差≤20mm，基坑外放10cm，既要保證內(nèi)襯墻的厚度，也要保證內(nèi)襯墻不侵入限界，同時要把超挖量控制到最小值。
3.2.2人工挖孔
采用間隔挖孔法，按樁位編號跳挖，間隔三樁，避免施工時相互影響，保持孔壁土體的穩(wěn)定。樁孔開挖采用分節(jié)挖土法，人工手持風(fēng)鎬或十字鎬從上到下逐層挖掘，鐵鍬鏟土裝入吊桶，簡易電動提升架提升。每節(jié)開挖深度為1m，在地質(zhì)條件較差時可視具體情況縮短為0.5m～0.75m。
孔內(nèi)挖土次序為先中間后周邊。機架采用型鋼焊成的簡易角式機架，其上安置單軌手動葫蘆?？變?nèi)棄碴采用電動葫蘆提升，小推車運至指定的臨時碴土堆放場地。安裝提升設(shè)備時，使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔軸線位置一致，以此為挖土?xí)r粗略控制中心線。在每節(jié)護壁上設(shè)十字控制點，吊線錘控制中心線，用水平尺桿控制樁徑。
當(dāng)孔內(nèi)的二氧化碳含量超過3‰時，采用機械通風(fēng)。為防止雜物在開挖時落入孔中，及便于第一節(jié)砼護壁施工，防止地表水滲入井內(nèi)，開挖前要以樁中心點為中心，護壁混凝土管高出井周圍地面150～200mm，同時通過樁中心引兩條垂直直徑線與井圈相交得四點，在這四點處設(shè)置四個鋼釘，或用油漆在這四點作標(biāo)記，作為控制中心點及施工中控制垂直度的依據(jù)。要求每節(jié)砼管都進行吊中，及時修正，做到中心偏差在10mm以內(nèi)。
3.2.3護壁砼管
護壁采用預(yù)制內(nèi)徑為Φ1.0m與Φ1.2m混凝土管，混凝土管節(jié)段長度為1m，每向下挖進一段距離后，由人工抬到孔口入孔。由混凝土管自重或外力作用，將混凝土管向下沉進，直到達到設(shè)計孔底標(biāo)高。
護壁施工的注意事項：
①護壁厚度、拉結(jié)鋼筋或配筋、砼強度等級要符合設(shè)計要求。
②樁孔開樁后盡快下護壁砼管。
③施工中隨時注意孔壁情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，防止事故發(fā)生。如果發(fā)現(xiàn)護壁有漏水現(xiàn)象要及時加以堵塞或?qū)Я?，防止孔外水通過護壁流入樁孔內(nèi)。
④同一水平面上的孔圈兩正交直徑的徑差不大于50mm。
⑤嚴(yán)格控制樁徑尺寸和樁的垂直度，開挖時隨時檢查，出現(xiàn)偏差及時糾正，保證樁位準(zhǔn)確。
3.2.4成孔驗收
挖孔至設(shè)計深度時，孔底不應(yīng)有積水，終孔后及時清理好護壁上的淤泥和孔底殘碴，做到平整，無松碴、淤泥、沉淀物及無擾動過的軟土，并對成樁孔徑、樁底標(biāo)高、樁身厚度、樁位中線、井壁垂直、虛土厚度進行全面測定，做好施工記錄，辦理隱蔽驗收手續(xù)。如地質(zhì)情況與設(shè)計不符，應(yīng)會同監(jiān)理、設(shè)計研究處理。以上各項自檢合格后報監(jiān)理工程師檢查，監(jiān)理工程師檢查合格后可進行鋼筋籠吊裝。
3.2.5鋼筋籠制作與安裝
根據(jù)施工設(shè)計，P771墩挖孔樁鋼筋籠總長度為17.9m，總重量為1.91t。在鋼筋籠制作時，主筋不設(shè)彎鉤，為防止阻礙導(dǎo)管工作，鋼筋頭不向內(nèi)圈彎曲，主筋的搭、焊接相互錯開。鋼筋籠均采用在孔內(nèi)綁扎，鋼筋外圈設(shè)置足夠數(shù)量的保護層墊塊，以使鋼筋籠居中，為保證吊裝時鋼筋籠不變形，主筋與箍筋點焊，并且采用千斤繩將鋼筋籠吊裝入孔，在孔內(nèi)接長鋼筋籠。
鋼筋接頭車間內(nèi)采用雙面搭接焊，現(xiàn)場上下節(jié)鋼筋籠對接時采用單面搭接焊或直螺紋，同一斷面接頭數(shù)量不超過鋼筋總數(shù)的1/2，且相鄰接頭之間必須錯開87.5cm以上。鋼筋籠每隔2m沿4個方向均勻設(shè)定位鋼筋，以保證整個鋼筋骨架與孔壁間的砼保護層厚度。
鋼筋籠制作、就位的注意事項：
①直徑嚴(yán)格按設(shè)計要求制作，外徑比設(shè)計孔徑小140mm。
②主筋凈保護層不小于70mm，允許偏差為±20mm。
③鋼筋籠就位后固定牢固。
3.2.6挖孔樁混凝土灌注
樁身采用C30鋼筋混凝土，鋼筋籠安裝完畢，混凝土由設(shè)于DK114+400處8#攪拌站用混凝土攪拌車運送至灌注點，通過地泵泵送入孔。
混凝土塌落度控制在16cm～18cm，砼連續(xù)灌注不得中斷，井口用漏斗并連接砼串筒，串通出口離砼面高度不超過2.0m。為保證砼的密實度，采用振動棒分層振實，每段灌注高度小于0.5m。振動棒操作做到“快插慢拔”，在震搗過程中將振動棒上下略作抽動，以便上下震搗均勻。每點震搗時間為20～30秒。
4、鉆孔樁施工（以P771#墩鉆孔樁施工為例）
4.1鉆孔施工
（1）、施工前將場地平整壓實后修筑鉆孔平臺，修筑時靠路基側(cè)挖路基邊坡土至+3.62m左右，靠外側(cè)標(biāo)高不足+3.6m的分層填土均勻壓實，以保證鉆孔平臺承載力滿足施工機械要求；平臺頂面設(shè)2%單面坡，內(nèi)高外低，以利排水。
圖4P771鉆孔樁平臺準(zhǔn)備示意圖
（2）、承臺需開挖施工時，靠既有路基側(cè)采用人工挖孔樁防護，人工挖孔樁可以作為樁基施工期間路基穩(wěn)定防護，更主要的是在承臺基坑開挖時作為基坑支護。
（3）、P771墩靠路基側(cè)一排鉆孔樁中心最近距護欄為3.25m，第2排鉆孔樁中心最近距護欄為7.2m，因此要求第一排鉆孔樁采用回旋鉆機成孔，為提高成孔效率，其余樁采用旋挖鉆機成孔。
⑷、鉆孔樁護筒埋設(shè)深度要求不小于3米，以保證護筒底口低于列車振動明顯影響深度，鉆孔作業(yè)施工順序為由靠近鐵路側(cè)向遠(yuǎn)離鐵路側(cè)進行，各樁鉆孔順序如下圖所示。
圖5P771鉆孔樁位置及順序圖
⑸、由于P771墩位于津山鐵路跨基半坡上，鉆孔平臺待挖孔防護樁施工完成后，采取半挖半填，鉆孔平臺與進場便道緩坡順接，并設(shè)置向鐵路外側(cè)的橫向排水坡。
⑹、根據(jù)回循鉆機側(cè)向傾覆的概率最大特點，最內(nèi)側(cè)一排鉆孔樁采用循環(huán)鉆機成孔時，采用在外側(cè)設(shè)地錨在鉆機上設(shè)置向外側(cè)拉防內(nèi)傾覆鋼絲繩。
4.2鋼筋籠吊裝
⑴、P771墩每樁鋼筋籠總長為21.25m，總重為4.9t，鋼筋籠采用在鋼筋車間集中分節(jié)制作，最內(nèi)側(cè)一排鉆孔樁鋼筋籠分3節(jié)制作，其余鉆孔樁鋼筋籠分2節(jié)制作，從底節(jié)往上分節(jié)長度分別為：8.1m+7.6m+7.6m、12.0m+10.25m。
⑵、鋼筋籠運至現(xiàn)場后，采用25t汽車吊分節(jié)吊裝入孔，25t汽車吊站位采用側(cè)平行鐵路路基方向。
⑶、孔口接長鋼筋籠時，要求至少安排3臺電焊機焊接，以縮短孔口接頭時間。
4.3混凝土灌注
⑴、混凝土由設(shè)于DK114+400m處的8#混凝土拌和站集中生產(chǎn)、混凝土運輸車運輸，并采用垂直導(dǎo)管法水下灌注，一次連續(xù)完成。
⑵、最內(nèi)側(cè)一排鉆孔樁灌注混凝土采用灌注架下、拆導(dǎo)管，不使用吊機，鉆孔平臺面到路肩高差為4.6m，混凝土灌注架高度為6.0m，灌注架安裝要求穩(wěn)固并通過地錨設(shè)置拉向外側(cè)的纜風(fēng)鋼絲繩。
圖7混凝土灌注架施工及防護示意圖
⑶、導(dǎo)管單節(jié)長度為2.6m，要求拆除導(dǎo)管時每次分節(jié)拆除1節(jié)，不允許一次拆除2節(jié)和2節(jié)以上，拆除導(dǎo)管套箍前先用纜風(fēng)繩拴住要拆除的導(dǎo)管節(jié)，防止脫開后晃動。
⑷、夾心地帶內(nèi)鉆孔樁、承臺混凝土施工，若攪拌車不能進到孔口或現(xiàn)場，則采用混凝土地泵泵送。
5、承臺施工
5.1基坑開挖
P771～P779墩均采用臺階式承臺，P771～P776靠路基側(cè)采用挖孔樁支護，承臺基坑采用挖掘機開挖，施工順序為從靠近鐵路側(cè)向遠(yuǎn)離鐵路側(cè)開挖。P771、P772墩因靠路基側(cè)防護樁高出鉆孔平臺4米以上，因此防護樁可有效防止挖掘機旋轉(zhuǎn)時誤操作侵限或撞到護欄，盡管如此，在開挖施工時仍要設(shè)置機械防護人員并向挖掘機操作手作相關(guān)安全交底，務(wù)必高度重視、集中精神、認(rèn)真操作。
開挖時先利用挖掘機開挖至地面以下1.0m，觀察路基及挖孔支護樁（或鋼板樁）穩(wěn)定情況，確認(rèn)沒有影響路基安全后，繼續(xù)開挖并每隔1h或每開挖1米進行一次路基沉降觀察，直至設(shè)計標(biāo)高。為防止樁間泥土掉落，若需要時基坑開挖時用噴射混凝土進行防護。
5.2承臺施工
鋼筋采用在鋼筋車間下料成形，汽車運至現(xiàn)場利用汽車吊機配合綁扎。靠路基側(cè)利用挖孔樁樁身作為承臺模型，其余三面采用定型鋼模板，上下設(shè)置短拉桿與主筋焊接，外側(cè)采用方木支撐。使用前在模板與混凝土的接觸面上涂刷隔離劑，模板底口用水泥砂漿找平，模板底部外側(cè)用水泥砂漿封口。
混凝土采用混凝土攪拌車運輸，泵送入模，插入式振動棒振搗，承臺混凝土一次澆筑完成。大體積混凝土澆筑承臺內(nèi)埋設(shè)冷卻管，利用循環(huán)水冷卻。
5.3基坑回填
承臺施工完成先拆除模板，再回填基坑，回填采用粘土分層填筑，保證密實度。
5.4施工注意事項
⑴、承臺基坑開挖前在既有線側(cè)布置用于路基穩(wěn)定觀察的測量點，并向相關(guān)行車組織單位匯報備案，必要時申請列車減速慢行，并協(xié)助行車組織等單位做好列車減速等措施，保證路基穩(wěn)定、行車安全。
⑵、在基坑頂四周設(shè)置排水溝，防止雨水匯流入基坑內(nèi)。
⑶、基坑開挖先采用人工四周開挖探測溝，確認(rèn)沒有電纜和管線后再采用機械開挖，開挖控制在測量放線范圍內(nèi)進行。開挖、排水過程中須派專人全程監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)電纜、不明埋設(shè)物等地下設(shè)施，或土壁不穩(wěn)定，果斷采取相應(yīng)防護措施，重大問題及時上報處理。
⑷、承臺模板和鋼筋起吊時安排專人負(fù)責(zé)，施工作業(yè)不得侵入鐵路限界。
6、結(jié)論
臨近既有線施工受鐵路運營安全的制約，施工方案、工藝工法和施工機械設(shè)備選擇均以保證營業(yè)線安全為基本前提。經(jīng)路基、鋼軌沉降觀測驗證，隨后的鉆孔樁施工、基坑開挖及承臺澆筑施工對路基穩(wěn)定均未造成影響，基礎(chǔ)施工挖孔防護樁的設(shè)計運用取得了良好的效果，該施工方法也為今后類似環(huán)境下的施工積累了經(jīng)驗。
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