旋噴樁側(cè)面防護(hù)在粉土地層橋涵頂進(jìn)施工中的應(yīng)用

何金陽(yáng)

(鄭州鐵路局 工務(wù)檢測(cè)所，鄭州 450052)

新建城市道路、管線與既有鐵路交叉時(shí)，為了減小對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，常采用橋涵預(yù)制，頂進(jìn)下穿鐵路的施工方法。橋涵的頂進(jìn)作業(yè)頂進(jìn)前需要按照橋涵外圍尺寸把橋涵前方一定進(jìn)深的土體挖去，這就使橋涵兩側(cè)邊墻及刃腳前方出現(xiàn)較大范圍無(wú)支護(hù)的臨空面。頂進(jìn)施工中臨空面出現(xiàn)土體松動(dòng)、坍塌會(huì)在鐵路路基、地基中形成軟弱區(qū)域，導(dǎo)致道砟下陷、軌枕懸空;在雨水的作用下這種擾動(dòng)土極易吸水，雨水的浸入又加快了土體的軟化并形成裂隙，使土體強(qiáng)度大大降低，導(dǎo)致道床道砟呈漏斗下陷，形成軌枕空吊，損害列車(chē)運(yùn)行的平順性，甚至影響行車(chē)安全［1］。

1 工程概況

鄭州市中牟縣建設(shè)大道延長(zhǎng)段工程在K534+106處為框構(gòu)橋下穿隴海鐵路，中牟縣建設(shè)大道延長(zhǎng)段工程下穿隴海鐵路框構(gòu)橋?yàn)槿捉Y(jié)構(gòu)，中孔凈寬17 m，凈高7 m，兩邊孔凈寬8 m，凈高為3.5 m。隴海鐵路為雙線電氣化繁忙干線，列車(chē)最高時(shí)速200 km/h?？驑?gòu)橋下穿隴海線K534+106處線路狀態(tài)為直線平坡。此處路堤填土高度1.0～1.5 m，路基頂面寬度約16 m。框構(gòu)橋中心線與隴海鐵路的夾角為65°，橋頂面距鋼軌底面約1 m。

該區(qū)域地貌單元屬黃河沖積泛濫平原，地貌形態(tài)單一，地形平坦開(kāi)闊。地下水位距地面4.0 m，主要受大氣降水補(bǔ)給。

該處地層自上向下依次為:①層，粉土夾粉砂，粉土稍濕，稍密，夾植物根系;粉砂，黃褐色，稍濕，松散，砂質(zhì)不純，主要礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主。該層平均厚度為4.0 m，承載力特征值 fak=120 kPa。②層，粉質(zhì)黏土，淺灰色，軟塑～可塑，平均厚度2.6 m，承載力特征值fak=110 kPa。③層，粉土，淺灰色，濕，稍密 ～中密，砂質(zhì)含量高，局部近粉砂，平均厚度10.5 m，承載力特征值fak=150 kPa。

框構(gòu)橋高度范圍內(nèi)土體以粉土地層為主。土的直立性差，且易受擾動(dòng)，擾動(dòng)后強(qiáng)度損失嚴(yán)重。擬建框構(gòu)邊墻直立，高度9.3 m，尺寸較大，若不采取側(cè)面防護(hù)將發(fā)生大范圍坍塌。同時(shí)，框架橋與隴海鐵路為65°斜交，若施工后框構(gòu)橋兩側(cè)土體不密實(shí)，不僅將導(dǎo)致線路的高低不平順，而且容易出現(xiàn)三角坑，對(duì)行車(chē)平順性和安全性更為不利。

2 旋噴樁側(cè)面防護(hù)方案的確定

2.1 側(cè)面防護(hù)措施

目前，我國(guó)橋涵頂施工中的側(cè)面防護(hù)主要采用注漿加固土體［2-3］。旋噴樁是水泥漿從噴嘴中高速噴射出來(lái)形成能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌希谕林行纬梢欢ㄖ睆降闹鶢罟探Y(jié)體［4］。與注漿相比，具有造價(jià)低、施工效率高、質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)。在土中垂直線路方向施工具有一定強(qiáng)度的斜旋噴樁，兩側(cè)樁體交叉咬合，從而改善和提高路基的力學(xué)特性，成為能夠支撐外力和自重的結(jié)構(gòu)體。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，框構(gòu)橋頂進(jìn)前在橋兩側(cè)施工斜旋噴樁可以有效穩(wěn)定路基和保證施工安全。

由于在施工過(guò)程中不允許中斷行車(chē)，限界內(nèi)采用斜旋噴樁加固路基，限界外采用豎向樁。

2.2 旋噴樁側(cè)面防護(hù)的設(shè)計(jì)

旋噴樁施工的工藝參數(shù)可參照《鐵路工程地基處理規(guī)程》(TB10106)［5］進(jìn)行選擇。首先，根據(jù)旋噴樁施工工藝和機(jī)具類(lèi)型大致確定樁徑和樁身強(qiáng)度。然后，利用滑動(dòng)面內(nèi)滑動(dòng)土體重量G、滑動(dòng)體范圍內(nèi)軌道及行車(chē)荷載Q、滑動(dòng)面上土體間的摩擦力R，以及旋噴樁提供的抗剪力T組成平衡力系［6］，即可以求得所需的旋噴樁抗剪力，進(jìn)而進(jìn)行布樁和樁身工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。φ為土體的內(nèi)摩擦角;α為粉土中開(kāi)挖臨空面?zhèn)让嫱馏w的滑動(dòng)面與水平面夾角，按下式計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，建設(shè)大道延長(zhǎng)段工程下穿隴海鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中的側(cè)面防護(hù)旋噴樁設(shè)計(jì)樁徑為60 cm。單側(cè)采用32根旋噴樁進(jìn)行防護(hù)，見(jiàn)圖1和圖2，框構(gòu)橋兩側(cè)各平行布置四排旋噴樁，排間距1.5 m，行間距為1.0 m。其中豎向樁兩排(5#～8#)，用于加固路基兩側(cè)地基土體;斜樁兩排(1#～4#)，用于加固路基中部軌道下地基土體。豎向樁和斜樁交叉布置。

圖1 旋噴樁側(cè)面防護(hù)斷面(單位:cm)

圖2 旋噴樁側(cè)面防護(hù)平面(單位:cm)

旋噴樁樁端深入框構(gòu)橋底板平面以下1.7 m。為了防止旋噴樁施工中，噴漿壓力造成孔口附近路基土體擾動(dòng)，孔口1.5 m不旋噴，僅以流出的漿液填充。

在水泥漿中加入1%的膨脹劑，可以增加樁體對(duì)周?chē)馏w的支持力，保證路基不變形。

2.3 旋噴樁在既有線施工要點(diǎn)

在既有線施工旋噴樁與新建工程有較大不同，旋噴產(chǎn)生的高壓水泥漿容易造成上部路基變形，軌道幾何尺寸不良。需要采取一些措施和特殊的工藝來(lái)保證鐵路運(yùn)營(yíng)的安全。

1)旋噴樁有單管、雙重管、三重管三種施工工藝，單管工藝靠高壓水泥漿均勻沖切土形成樁體，常規(guī)的雙重管和三重管都需要高壓空氣來(lái)增強(qiáng)水泥漿對(duì)土體的切割，工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)周?chē)馏w影響大，在既有運(yùn)營(yíng)鐵路上不宜使用。但對(duì)普通雙重管工藝進(jìn)行改進(jìn)，將噴射高壓空氣改為噴射水玻璃或三乙醇胺，可以在30～120 s時(shí)間內(nèi)將樁體強(qiáng)度提高到不低于土體強(qiáng)度。采用改進(jìn)的雙重管可以在施工路基下斜旋噴樁時(shí)最大限度地降低對(duì)路基的影響。

采用改進(jìn)的新雙重管工藝，并將常規(guī)的清水下鉆變?yōu)樗酀{下鉆，減少對(duì)路基的影響。旋噴施工時(shí)及時(shí)清理孔口流出的廢漿，保證孔內(nèi)與外界的聯(lián)通，避免壓力在孔內(nèi)的積聚，影響路基的穩(wěn)定。

2)在施工順序上跳躍隔樁施工，要隔2個(gè)施工1個(gè)，嚴(yán)禁連續(xù)施工，這樣可以保證在施工一根樁時(shí)附近樁體已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)土體強(qiáng)度。

3)施工路基下斜旋噴樁時(shí)要求行車(chē)條件為限速60 km/h，并加強(qiáng)對(duì)線路幾何尺寸的觀測(cè)，如有變化應(yīng)立即中止施工或調(diào)整工藝參數(shù)，并與鐵路工務(wù)部門(mén)及時(shí)溝通，確保鐵路運(yùn)營(yíng)的安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用旋噴樁預(yù)處理措施后，頂進(jìn)時(shí)路基穩(wěn)定，開(kāi)挖面整齊，保證了周?chē)馏w與涵體的緊密接觸。該工程現(xiàn)已竣工，竣工后運(yùn)營(yíng)期間，軌道平順，行車(chē)正常。

旋噴鉆施工設(shè)備小，施工速度快，以及對(duì)周?chē)馏w干擾小，可以有效解決框構(gòu)橋頂進(jìn)過(guò)程中路基加固難題，是一種有效的、可行的施工方法。

［1］丁增強(qiáng)，于進(jìn)學(xué).既有線頂進(jìn)橋涵路橋結(jié)合部軌枕空吊的改善對(duì)策［J］.鐵道建筑，2008(4):26-27.

［2］趙潔.加筋土在頂進(jìn)橋側(cè)面路基防護(hù)中的應(yīng)用［J］.遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009(3):9-11.

［3］劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)［M］.北京:海潮出版社，2000.

［4］池永壽，楊英瑜，劉昆山，等.高壓噴注水泥土樁基的設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1994.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10106—2010 鐵路工程地基處理規(guī)程［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［6］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10025—2001 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2001.