軟土地基上頂進框架涵標高、方向的控制技術(shù)

鄭志強

[摘要] 通過工程實例論述在軟土地基上，地基承載力低、地下水位高的條件下，要頂進1045t重的涵節(jié)，克服涵體受力復(fù)雜，極易產(chǎn)生扎頭和方向偏差的頂進技術(shù)控制，確保頂進涵節(jié)的施工質(zhì)量，從而對以后類似在軟土地基上頂進涵節(jié)的工程起到一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 軟土地基 鐵路框架涵 沉降控制 枕頭梁 方向和標高

1 工程概況

寶城路立交橋是上海南站—春申復(fù)線工程的一個新增城市道路下的立交工程。寶城路立交橋位于上海市閔行區(qū)既有寶城路的北延伸段，南接寶城路與莘朱路十字路口，北通莘建東路。立交橋為5－8－8－5四孔鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計頂進采用5+8和8+5兩孔，分兩次頂進，下穿老滬杭鐵路三股道，設(shè)計Ⅰ道（既有（Ⅱ）道）、Ⅱ道（既有(Ⅰ)道）和既有（3）道(拆除)下方部分框架為頂進節(jié)，長度18.1m，南北兩側(cè)設(shè)計增建3、4道下方部分框架為現(xiàn)澆，共計12.5m長，頂進節(jié)基礎(chǔ)和北側(cè)現(xiàn)澆節(jié)基礎(chǔ)采取φ60cm高壓旋噴樁處理；其余部分采取φ70cm雙頭攪拌樁處理基礎(chǔ)。預(yù)制基坑地質(zhì)自上而下依次為：素填土、粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，承載層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基承載力為75kpa，地下水位為地面下2m，基坑開挖深度為8.1m，由于預(yù)制基坑土質(zhì)較軟，基坑開挖深度深，基坑兩側(cè)圍護設(shè)計采用SMW工法樁。

2 工程特點

根據(jù)本工程的實際情況，有以下幾個特點：

2.1 每孔涵節(jié)重，頂力大，按計算最大頂力為1334t，需要設(shè)置6個300t的油頂。

2.2 地下水位高，基底承載層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基承載力為75kpa，而且地下水位高，對頂進高程控制不利，基坑及線路下頂進段范圍內(nèi)的降水極為重要。

2.3 本涵主體與鐵路斜交77度，分東西兩側(cè)分別頂進，西側(cè)涵節(jié)先行頂進到位后，東側(cè)箱體還要根據(jù)西側(cè)涵節(jié)頂進的情況進行調(diào)整，方向和標高不易控制。

2.4 涵節(jié)后靠背，緊靠在地方既有的一座叫梅隴橋的橋墩，基坑開挖及頂進時要防止既有橋墩的位移。

2.5 本涵高5.8m，前端鋼刃角寬為1.9m，頂進時前端開挖坡度僅1:0.3，又是在軟土帶，頂進施工中路基邊坡極易坍塌，所以控制好坍方是保證頂進方向及路基、線路安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。同時，根據(jù)以前頂涵的施工經(jīng)驗，在軟土地區(qū)，一旦涵節(jié)出現(xiàn)低頭，就很難控制，而且扎頭會越來越嚴重。

3 頂進方案的設(shè)計

3.1 頂進涵前的準備工作

施頂前應(yīng)對參加作業(yè)人員進行施工技術(shù)交底和施工安全交底，分工明確，責(zé)任分明。全體作業(yè)人員均應(yīng)樹立起較強的安全、質(zhì)量意識，確實做到安全生產(chǎn)；“責(zé)任重于泰山，質(zhì)量就是生命”，通過全方位的努力達到工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)的目標。

頂進前的工作檢查：框架防水層做完，達到養(yǎng)護期；后背安設(shè)滿足要求；頂具設(shè)備，各種人員及其他設(shè)備全部到位；線路加固安全可靠，限速45km/h生效，設(shè)專人防護等。

頂進前扣軌加固線路時，有關(guān)線路封鎖、要點、限速運行及恢復(fù)通車等事項，均應(yīng)按鐵道部現(xiàn)行的《鐵路行車線路施工技術(shù)安全規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定辦理。

3.2 開挖基坑

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和基坑開挖情況，基坑開挖總深度8.1m、長22.2m、寬31.7m，由于預(yù)制場基坑和頂進段土質(zhì)較軟，基坑開挖深度深，基坑兩側(cè)圍護設(shè)計采用SMW工法樁，頂進段基礎(chǔ)采取φ60cm高壓旋噴樁；其余部分采取φ70cm雙頭攪拌樁處理基礎(chǔ)。在施工φ60cm高壓旋噴樁時，為了能讓旋噴樁起到滑道作用，必須在頂進段路基下施工六排連續(xù)重疊三根的高壓旋噴樁，使涵節(jié)在頂進過程中從六排高壓旋噴樁上行走；同時因本工程的地下水位較高，應(yīng)采用井點降水方案進行降低地下水位，確保涵節(jié)的下沉量。

3.3 頂進涵的技術(shù)控制

3.3.1 設(shè)好觀測點

首先是設(shè)立固定可靠的觀測點。在后背漿砌片石墻上方約0.5～0.8m的橋面上設(shè)置能滿足置鏡要求的觀測點，在工作坑后部的砼面上再設(shè)一個點，也是能夠置鏡的點，在此點上置經(jīng)緯儀前視頂進方向再左右撥偏角900，于二側(cè)邊坡上各設(shè)置固定測點并做好記錄。工作坑內(nèi)設(shè)置臨時水準點，在涵節(jié)的前端涵內(nèi)頂部設(shè)置中心點，用木條固定在涵內(nèi)孔徑上，以測量頂進方向誤差。在前端二側(cè)邊墻高度1.0m處用沖擊鉆打出二個眼，用膨脹螺栓上緊，作為水平測量點。

3.3.2 頂進期間的技術(shù)控制

開始頂進期間，技術(shù)組也和其它組一樣，三班作業(yè)，在剛頂進時，要每頂進一鎬測一次方向水平。在進入固定的軌道時，原則上每頂進二鎬測量一次。基底地質(zhì)堅硬且穩(wěn)定時，可適當(dāng)?shù)巾斶M四鎬測量一次，但不得大于1.0m測一次。要把每次測量的結(jié)果用書面材料報給頂進組，并互相簽字留底備查。在現(xiàn)場設(shè)一個《涵節(jié)頂進走勢圖》，由當(dāng)班的技術(shù)員填寫標明測量的方向和水平點，其偏差點等情況，這樣就能直觀地反映出頂進的狀況，要求技術(shù)人員本著認真負責(zé)的精神，填寫好各種的原始記錄，如實地反映出現(xiàn)場的實際情況。

3.4 工作坑前端枕頭梁設(shè)計

根據(jù)基坑開挖寬度和為了保護既有路基邊坡穩(wěn)定的需要，要在預(yù)制場前進方向設(shè)置枕頭梁（枕頭梁采用2～3排φ70cm的雙頭攪拌樁）。一般只有一道，但由于在軟土上頂進，有條件施工時最好設(shè)置二道，第一道緊靠預(yù)制場邊設(shè)置，第二道要根據(jù)頂進涵的長度，按其重心剛要離開第一道枕頭梁時的位置設(shè)置（見圖1）。這樣當(dāng)涵節(jié)重心剛要出預(yù)制場底板進入軟土?xí)r，其前方已到達第二道枕頭梁上，此時涵節(jié)受力點在預(yù)制場、第一道、第二道的枕頭梁上，涵節(jié)前端就不會因為重心進入軟土而低頭；而且這二道枕頭梁在基坑開挖和涵節(jié)頂進時對防止路基邊坡坍塌起了重要的作用。

3.5 頂進及油頂?shù)牟贾?/p>

在涵節(jié)頂進前，必須對工作坑四周用φ70的雙頭攪拌樁、SMW工法樁及拉森鋼板樁進行圍護，之后在施工的范圍內(nèi)進行井點降水，在頂進框架涵就位處的四角線路外側(cè)設(shè)置50cm寬的拉森鋼板樁，防止頂進過程中側(cè)面坍塌，在涵節(jié)頂進上方的線路采用24m鋼便梁進行加固；同時做好對便梁支墩、后靠鉆孔樁、基坑圍護的SMW工法樁，后靠背旁邊的梅隴橋橋墩等關(guān)鍵部位的水平位移、沉降監(jiān)測點，以便在頂進過程對它們的觀察監(jiān)控。

千斤頂及頂柱布置：根據(jù)計算，涵節(jié)最大頂力為1334T，計劃采用6臺300T的油頂按斜交正頂在涵節(jié)左右兩側(cè)及中測各布置2臺，后靠背做成鋸子形（見圖2），頂鎬位置預(yù)埋千斤頂后座板固定螺栓，安裝好油頂和傳力柱，傳力柱方向與頂進方向一致，并與橫向聯(lián)系梁垂直（為確保頂力柱的穩(wěn)定，每6m長加橫系梁一道）。

4 頂進過程的標高和方向控制

4.1 涵節(jié)標高控制

在涵節(jié)頂進過程中，重點是控制涵節(jié)前端的標高，確保它在頂進過程中按一定的坡率上坡行走，嚴控扎頭。因此在制作滑板時，做成3‰的仰坡。頂進初期，因滑板按3‰的坡度上坡，涵節(jié)重心后移，涵節(jié)前端不會出現(xiàn)明顯的變化，但會按上坡的趨勢前進。當(dāng)涵節(jié)重心離開滑板進入第一道2.4m寬的枕頭梁時，因枕頭梁是用水泥攪拌樁制作，故不會沉降過多，涵節(jié)還是按抬頭的趨勢前進，當(dāng)涵節(jié)重心要出第一道枕頭梁時，涵節(jié)的前端已搭在第二道3.6m寬的枕頭梁上，此時涵節(jié)受力可理解為是連續(xù)梁受力，所以涵節(jié)重心出第一道2.4m寬枕頭梁時，涵節(jié)前端也不會扎頭，還是按原預(yù)定的3‰坡度仰頭前進，當(dāng)涵節(jié)重心要出第二道枕頭梁時，此時頂程為22m，還剩7.5m就頂進到位，涵前端標高比設(shè)計高3.6cm，涵后端比設(shè)計高4cm。因涵節(jié)重心一旦出第二道枕頭梁時，涵節(jié)前端肯定會低頭，所以在剩余的7.5m長頂程中，前端按比設(shè)計標高高4cm控制挖土,涵節(jié)前后相對高差為平坡。使涵節(jié)在整個頂進過程中都是處于稍為仰頭和平坡的前進趨勢，有效地控制了整個涵節(jié)的標高，同時考慮到涵節(jié)在頂進就位后還會下沉1.8cm，故頂進標高要控制在比設(shè)計標高高3~4cm。

4.2 涵節(jié)的中線控制

涵節(jié)在頂進過程采取如下措施：

4.2.1 在滑板上設(shè)導(dǎo)向墩：為保證箱體入土前方向正確，滑板施工時在箱體外側(cè)做鋼筋砼導(dǎo)向墩，導(dǎo)向墩間距為6m，距墻外側(cè)0.3m。從頂進過程看，涵節(jié)在剛啟動時的頂力為1334T，啟動系數(shù)為1.1，啟動后在滑板上的頂力僅為470T，其摩擦系數(shù)為0.45。這是因為在滑板頂面有一層石蠟潤滑層，箱體在潤滑層上頂進時方向較難控制，因而要用鋼筋砼導(dǎo)向樁控制其入土前的方向，涵前端入土?xí)r，方向前端偏左5mm,后端偏右4mm。

4.2.2 利用油頂不對稱加力來調(diào)整、控制方向

斜交框架涵在斜向正進時，由于偏轉(zhuǎn)力偶的作用，入土越深，涵體的偏轉(zhuǎn)就越大，也就是框架軸線的偏心距隨著入土長度的增加而增加。這就要根據(jù)涵節(jié)的斜向，在純角處頂力布置小一點，在銳角處頂力布置多一點，有效地克服涵節(jié)因斜向而偏轉(zhuǎn)；在頂進過程中，涵節(jié)在入土前，因其頂力比較小，涵兩側(cè)沒有土阻力，所以只有同時開啟涵節(jié)左右各2臺油頂即行，其頂力僅為470T；當(dāng)箱體開始入土?xí)r，由于受涵兩側(cè)的側(cè)面土阻力的作用，頂力為680T，此時必須同時開啟左側(cè)純角處的2臺和銳角處的4臺油頂，根據(jù)頂進過程軸線的偏心情況（由于計算和現(xiàn)場實際的總摩阻力因假定條件不能完全吻合，存在一定的誤差，同時前端鋼刃角左右側(cè)頂進時吃土長度也不一樣，仍難以避免使箱體偏轉(zhuǎn)），隨時調(diào)整左右側(cè)的頂力，前端涵壁側(cè)面的挖土要根據(jù)實際情況采取超挖或欠挖，使方向軸線控制在偏差5cm的范圍內(nèi)。

4.2.3 采取短開挖、勤頂進、勤測量，及時調(diào)整方向的辦法，做到每鎬開挖50cm測量一次，根據(jù)測量結(jié)果隨時調(diào)整方向，將方向和水平的偏差控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。

4.3 涵底地質(zhì)不良時的應(yīng)急處理

根據(jù)鉆探的地質(zhì)資料來看，頂進入口處的涵底地質(zhì)置于砂夾卵石層上，穿過砂夾卵石層后的地質(zhì)以淤泥為主。我們把頂進工作坑底板設(shè)置在3‰上坡。如果遇到地質(zhì)不良時，水平方向是難以控制，最大的可能性就是頂進前端扎頭下沉，這時就要采?。?/p>

4.3.1 扎頭坡率①在1.0～1.5％時，前端應(yīng)挖土深0.3～0.5m，換填塊體較大的片石（最好是條石），并用砂夾碎石嵌縫或灌水泥砂漿。

4.3.2 扎頭坡率在≥1.5％時，前端除采用（1）項不能揚起扎頭時，再用舊木枕橫排、短鋼軌縱向排列，再加沙夾碎石夯填密實后再頂進。

4.3.3 遇到地質(zhì)不良時，首先應(yīng)加強技術(shù)測量工作，及時提供情況，不能等到明顯扎頭時再來處理，那將提高處理難度。所以當(dāng)班人員一經(jīng)發(fā)現(xiàn)土質(zhì)明顯變化，可能扎頭時，應(yīng)立即停止頂進作業(yè)，及時通知工地負責(zé)人。工地負責(zé)人應(yīng)立即召集相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)，共同研究處理方案。任何人不得私自處理、盲目頂進。

如果頂進涵出現(xiàn)明顯揚頭時，前端基底采取逐步超挖的辦法進行處理。鋼刃角上部與前進的土層夾緊時，應(yīng)用人工下部挖除，不能把鋼刃角當(dāng)作導(dǎo)向墩來使用，以免鋼刃角過度受力而扭曲變形。

4.3.4 頂進涵內(nèi)滲水和流沙層的處理方法

雖然采用井點降水, 但是不可能抽干全部的地下水，積水在前端不能自排，水不排干，土方無法進行開挖及運輸，為此應(yīng)采取以下處理方法：

配置小型抽水設(shè)備，從前端及涵節(jié)鎬鍋內(nèi)進行抽水，排水管視水量大小而配備，管路材料最好用PVC管, 順涵一側(cè)松架布置。隨著涵的頂進，管道在工作坑出口處不斷地接長，把水排入工作坑的集水井內(nèi)，再往上排水。這樣的排水設(shè)置一定要注意安裝漏電保護裝置。同時應(yīng)把電纜線架高布設(shè), 不得拖放在地上。

當(dāng)掘進前方碰到流沙層時，應(yīng)本著暫時停止頂進，先處理，再頂進的程序。如果是正面出現(xiàn)流沙層時，要控制掘進土方的進度，根據(jù)情況，用木料、短鋼筋打入易于坍塌的土層，待砂層的水排出穩(wěn)定后再施工。如果是二側(cè)出現(xiàn)流沙層時，待流沙層排水穩(wěn)定后，再往流沙層內(nèi)填塞稻草、水泥袋、木料、竹編等，外側(cè)上下再用短鋼筋或木樁釘住，護住填塞物，注意二側(cè)的填塞物或木樁不能影響二側(cè)的頂進。涵二側(cè)及涵頂?shù)奶w空隙禁止用草袋內(nèi)裝土填塞，因為填草袋后，在涵頂進時造成草袋滾動會使空隙越滾越大。

5 結(jié)語

從本次在寶城路軟基頂涵中，通過采取了以上有效的措施，涵節(jié)頂進到位后的情況是：涵前端標高比設(shè)計高1.9cm，方向偏杭州方向1.8cm；涵后端標高比設(shè)計高3.6cm，方向偏杭州方向1.8cm。經(jīng)過幾天的運營后，涵節(jié)下沉2.4cm，目前涵前端標高比設(shè)計低0.5cm, 涵后端標高比設(shè)計高1.2cm。

（1）通過這次軟基上的頂進，我們從中得到，在整個頂進過程中，始終要保證涵節(jié)前端處于稍有仰頭和相對平坡狀態(tài)，這樣就極容易控制涵節(jié)的水平按我們預(yù)先設(shè)想的軌跡前進。當(dāng)然要使涵節(jié)保持稍有仰頭，首先就要處理好頂進段的滑道樁和預(yù)先設(shè)計好在預(yù)制場前端的二道枕頭梁，使它既能有效地防護路基邊坡，又能在涵節(jié)頂進過程中起到支點作用。

（2）控制涵節(jié)方向的關(guān)鍵在于分配好左右油頂，使它在頂進過程中通過導(dǎo)向墩和調(diào)整左右不對稱的頂力控制涵節(jié)前進的軸線方向。由于軟基地質(zhì)情況復(fù)雜多變，頂進前要先掌握好地基的承載力，地下水位標高、地下有無障礙物等情況，預(yù)先對它們進行處理（比如封閉工作坑后進行井點降水，降低地下水的水位；挖攔水溝，防止表面水流入工作坑內(nèi)，及時抽走部分剩余的地下水，使基坑保持干燥，提高地基的承載力等）。同時頂進時做到短開挖、勤頂進、勤測量，及時調(diào)整方向和水平，就能較好地控制涵節(jié)的頂進質(zhì)量。通過這次頂進，我們積累了一些在軟基上頂涵和在涵底地質(zhì)不良時的應(yīng)急處理的經(jīng)驗，對以后類似在軟土地基上頂進涵節(jié)起到借鑒作用。