軟塑淤泥地層中繼間頂進(jìn)框架橋施工技術(shù)

高玉蘭

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

1 工程概況

1.1 工程位置、結(jié)構(gòu)形式

本工程位于天津市塘沽區(qū)中心路，下穿京山線塘沽站編組場，現(xiàn)狀為18股既有鐵路線，2條規(guī)劃鐵路線。地下鐵路、市政管線密布，地面有數(shù)棟居民樓位于橋區(qū)附近。橋涵結(jié)構(gòu)形式為(11.5-11.5)m雙孔框架橋，頂進(jìn)段長度 96.781 m(第 1 節(jié) 34.907 m，第 2 節(jié)30.907 m，第3 節(jié) 30.907 m)，現(xiàn)澆段長度23.94 m(第1 節(jié)16.47 m，第2 節(jié)7.47 m)，全橋總長120.781 m，總寬25.4 m，總高6.7 m，橋體中線與鐵路正交(圖1)。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

橋址處地層自上往下概述如下。

(1)人工填土層:層厚1.0 ～3.3 m;

(2)新近沉積土層:主要為亞黏土，可塑偏軟，層厚 1.3 ～ 3.0 m，滲透系數(shù) 1.9×10-7，容許承載力90 kPa;

(3)第Ⅰ海相沉積土層:③-1為軟土，流塑狀態(tài)，以淤泥質(zhì)土為主，局部夾淤泥及亞黏土層，屬高壓縮性土，層厚6.0 ～12.8 m，滲透系數(shù) 1.12×10-7，容許承載力75 kPa;③Ⅰ夾為亞黏土，軟塑狀態(tài)，層厚 0.6～1.6 m，容許承載力80 kPa;③Ⅱ夾為亞黏土，軟塑狀態(tài)，層厚3.6 ～8.0 m，容許承載力80 kPa;

(4)第Ⅱ陸相層:亞黏土，可塑偏軟，層厚1.5～3.4 m，容許承載力120 kPa;

本橋底板位于土層③，勘察期間場區(qū)靜止地下水位埋深1.1～1.3 m，屬第四系潛水，主要為大氣降水補(bǔ)給。

2 基坑工程

圖1 框架橋平面(單位:mm)

由于該工程地理位置特殊，施工制約因素較多，施工場地狹小，只能將基坑布置于鐵路東北側(cè)(順鐵路線方向)，為確?；邮┕み^程中鐵路線的安全運(yùn)營，防止降水引起鐵路線及周邊3棟居民樓不均勻沉降產(chǎn)生下沉、裂縫，基坑施工過程中采取了以下幾項(xiàng)技術(shù)措施［1～3］。

2.1 基坑圍護(hù)樁

待地下管線拆改移工作完成后，對(duì)施工場地進(jìn)行圍擋，基坑后背采用雙排 φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長25 m?；泳鄸|北側(cè)居民樓僅10 m，采用單排φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長22 m。其他圍護(hù)樁采用單排φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁間距均為1.4 m。為防止鉆孔過程中塌孔，泥漿控制指標(biāo)為:黏度18～20 s，含砂率不大于8%，膠體率不大于90%。因地質(zhì)條件較差，施工采用隔2鉆1法，靠近鐵路側(cè)施工鉆孔樁時(shí)，在鉆機(jī)后15 m位置橫向埋設(shè)一排地錨，鉆機(jī)架子頂部用風(fēng)纜繩與地錨拉緊，防止施工時(shí)鉆機(jī)傾倒影響鐵路行車安全，移動(dòng)鉆機(jī)時(shí)，后側(cè)地錨松繩，前進(jìn)方向地錨緊繩。鋼筋籠吊裝采用25 t吊車，并在鋼筋籠頂圈箍筋系兩根風(fēng)纜繩，人工拉緊，防止吊車脫鉤或鋼絲繩斷裂，導(dǎo)致鋼筋籠向鐵路方向傾倒。樁身采用C25商品混凝土灌注，坍落度(18±2)cm，含砂率 40% ～50%［4～8］。

2.2 樁外止水帷幕

因水泥攪拌樁具有工藝簡單、施工速度快、質(zhì)量可靠、環(huán)境污染小、噪聲低、適合居民密集區(qū)施工等特點(diǎn)，結(jié)合本工程地質(zhì)特性，止水、擋淤采用圍護(hù)樁外設(shè)置2排深層水泥攪拌樁，樁長17 m，樁徑600 mm，樁間距450 mm，等邊三角形搭接布置，采用切割搭接法施工，使樁身之間互相咬合緊密，利用密實(shí)的樁體結(jié)構(gòu)在基坑四周形成截水帷幕，阻斷基坑內(nèi)外水的流動(dòng)，達(dá)到止水目的。水泥攪拌樁采用32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥，每米樁長水泥摻入量為 55 kg［6～8］。

2.3 基坑內(nèi)降水

圍護(hù)樁及止水帷幕施工完成后，采用φ600 mm大口井進(jìn)行基坑內(nèi)降水作業(yè)，依據(jù)土壤滲透系數(shù)、潛水層厚、水位降深、抽水影響半徑等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，坑內(nèi)需布設(shè)降水井97眼，井深11 m，使地下水位降至基坑滑板1 m以下。降水過程中，沿鐵路線設(shè)置3個(gè)觀測點(diǎn)，附近3座居民樓各設(shè)置2個(gè)觀測點(diǎn)，依據(jù)觀測數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整降水參數(shù)［6～8］。

2.4 基坑內(nèi)支撐

基坑開挖采用分段分層開挖、隨開挖隨支撐的方法，依照“分段開挖、由上而下、先撐后挖、分層開挖”的原則進(jìn)行作業(yè)。主坑5道角隅斜撐，副坑12道橫支撐及8道角隅斜撐，橫支撐采用φ1 000 mm、壁厚16 mm鋼管，間距3 m。角隅斜撐采用φ800 mm、壁厚12 mm 鋼管，間距 2.7 m(圖 2)［6～8］。

圖2 基坑圍護(hù)平面(單位:mm)

3 頂進(jìn)段路基注漿固化工程

3.1 注漿固化范圍

框架橋結(jié)構(gòu)位于軟塑淤泥土層內(nèi)，其容許承載力僅80 kPa，不能滿足地基承載力要求，為防止橋體頂進(jìn)過程中鐵路路基坍塌、橋體不均勻沉降、扎頭等現(xiàn)象，確保橋體頂進(jìn)過程中鐵路線的安全運(yùn)營和橋體頂進(jìn)質(zhì)量，需對(duì)橋體正面及兩側(cè)路基進(jìn)行加固處理，使其地基承載力達(dá)到120 kPa。根據(jù)其土層地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)，加固范圍確定為軌底面以下深12.5 m，沿鐵路方向?qū)?1.4 m，沿頂進(jìn)方向長75.2 m，從鐵路南側(cè)向北分段推進(jìn)作業(yè)，共分 8 段，每段長 9.4 m［6～8］。

3.2 注漿加固及止水原理

根據(jù)土質(zhì)特性選擇合適的漿液，在不改變地層組成的情況下，將土層顆粒間存在的水強(qiáng)迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液并固結(jié)，達(dá)到改良土層性狀的目的，使其土層黏結(jié)力、內(nèi)摩擦角值增大。從而使地層粘結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加，起到加固土體的作用。土體顆粒間隙中充滿了不流動(dòng)且固結(jié)的漿液后，使土層透水性降低，形成相對(duì)隔水層。土層注漿加固后強(qiáng)度:卵石層達(dá)到250～300 kPa、細(xì)中砂層達(dá)到150～200 kPa、黏土層達(dá)到100～120 kPa;止水系數(shù)可達(dá)到1×10-7～1×10-8cm/s。

3.3 注漿參數(shù)

3.3.1 漿液的選擇

根據(jù)以往地下工程注漿施工經(jīng)驗(yàn)，在軟塑淤泥質(zhì)土中宜選用無收縮注漿液，采用二重管無收縮WSS工法帷幕超前注漿，無收縮注漿液屬于高安全性、高滲透性的注漿材料，其特點(diǎn)為:漿液強(qiáng)度、滲透性能、固結(jié)硬化時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要任意調(diào)整，滲透性良好，地層中有流動(dòng)水時(shí)也具有很強(qiáng)的固結(jié)性能，漿液不流失，固結(jié)后不收縮，硬化劑無毒，對(duì)地下水無污染。目前無收縮注漿液分A、B、C液3種(表1)，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)并組織專家論證，該工程最終確定深12.5 m區(qū)域進(jìn)行放射性帷幕注漿，0 ～-0.8 m 不注漿，-0.8 ～ -5.7 m 注 AB漿液，-5.7～-6.7 m 為 AB、AC 漿液重疊部分，-6.7～-12.5 m 注 AC 漿液(圖3)。

表1 無收縮注漿液標(biāo)準(zhǔn)配比

圖3 頂進(jìn)段路基注漿加固剖面(單位:mm)

3.3.2 注漿量的計(jì)算

因漿液的擴(kuò)散半徑、土層孔隙率難以精準(zhǔn)確定，按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行注漿量估算

式中，Q為總注漿量，m3;A為注漿加固土體體積，m3;n為孔隙率，%;μ為漿液填充系數(shù);β為注漿材料損耗系數(shù)。

為簡化計(jì)算，式中nμ(1+β)統(tǒng)稱為填充率，淤泥土層填充率取25%。

注漿量 Q=12.5×41.4×75.2×25%=9 729.0 m3

3.3.3 注漿壓力的確定

注漿壓力是注漿施工中的重要參數(shù)，它關(guān)系到注漿施工的質(zhì)量以及是否經(jīng)濟(jì)合理。因此，正確確定注漿壓力、合理運(yùn)用注漿壓力有著重要的意義。

注漿壓力與土層孔隙發(fā)育程度、涌水壓力、土層深度、漿液材料黏度和凝膠時(shí)間長短等有關(guān)，目前均按現(xiàn)場試驗(yàn)及類似工程經(jīng)驗(yàn)確定。

3.4 注漿關(guān)鍵技術(shù)

(1)嚴(yán)格控制配合比與凝膠時(shí)間，初選配合比后，用凝膠時(shí)間控制調(diào)節(jié)配合比，并測定注漿結(jié)實(shí)體的強(qiáng)度，選定最佳配合比。

(2)注漿工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿終壓必須達(dá)到規(guī)定要求并穩(wěn)壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現(xiàn)串漿、冒漿等現(xiàn)象，危及地下、地面建(構(gòu))筑物。如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)采取以下控制措施。

①降低注漿壓力或采取間隙注漿，改變注漿材料配比或縮短漿液凝膠時(shí)間。

②出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時(shí)，可采取多臺(tái)注漿機(jī)同時(shí)注漿或?qū)⒋疂{孔擊實(shí)堵塞，輪到該孔注漿時(shí)再拔掉堵塞物，清除管內(nèi)雜物，并用高壓風(fēng)沖洗后再注漿。

③出現(xiàn)壓力突然升高現(xiàn)象時(shí)，需關(guān)停注漿，待正常后再繼續(xù)注漿。

④如注漿量很大，壓力長時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間以便凝膠，但停留時(shí)間不能超過混合漿的凝膠時(shí)間。

⑤注漿次序?yàn)橛蓛蓚?cè)對(duì)稱向中間進(jìn)行，自下而上逐孔注漿。

⑥注漿過程應(yīng)有專人記錄，注漿完成后檢驗(yàn)注漿效果，不合格者進(jìn)行補(bǔ)注，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。

3.5 橋體頂進(jìn)

頂進(jìn)段共分 3節(jié)，第 1節(jié)重65 000 kN，頂程108.6 m。第2節(jié)重64 500 kN，頂程109.07 m。第3節(jié)重64 500 kN，頂程 109.54 m。配備3 200 kN頂鎬共98臺(tái)，前2節(jié)各設(shè)置頂鎬30臺(tái)，后背32臺(tái)，備用6臺(tái)。橋體頂進(jìn)施工是本工程的關(guān)鍵，直接影響工程質(zhì)量，中繼間法頂進(jìn)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是前后節(jié)高程和方向的控制，本工程采取了以下幾項(xiàng)技術(shù)措施［9～10］。

(1)在前兩節(jié)后端預(yù)留鎬窩位置，為保證每節(jié)出鎬速度相同，3節(jié)橋體共用1套頂進(jìn)控制設(shè)備，鎬窩間預(yù)埋3條鋼管，2條穿油管，1條穿電控線。前節(jié)后端底板預(yù)埋1.5 m長、20 mm厚鋼板，后節(jié)前端底板預(yù)留20 mm深凹槽，便于前后節(jié)插入。

(2)在中繼間接縫處，箱體外四周圍20 mm厚、1 m寬護(hù)套鋼板，以防止周圍土體進(jìn)入橋內(nèi)。為防止頂進(jìn)扎頭，在第一節(jié)橋體前端側(cè)刃角支座周邊加設(shè)鋼刃角。

(3)因場地限制，基坑為沿鐵路方向布置，副坑內(nèi)的2、3節(jié)橋體需空頂橫移至主坑位置方可正常頂進(jìn)。工序?yàn)?主坑內(nèi)第1節(jié)正常頂進(jìn)時(shí)，用兩側(cè)導(dǎo)向墩控制橋體方向，達(dá)到第2節(jié)橫移條件后，將活動(dòng)導(dǎo)向墩和第1節(jié)后頂鐵拆除，第2節(jié)橫移就位后，安裝活動(dòng)導(dǎo)向墩、護(hù)套鋼板和頂進(jìn)設(shè)備，連續(xù)正常頂進(jìn)第1、2節(jié)橋體，達(dá)到第3節(jié)橫移條件后，按上述方法將第3節(jié)橫移就位，再連續(xù)正常頂進(jìn)3節(jié)橋體直至就位。

(4)就位后拆除中繼間護(hù)套鋼板及頂進(jìn)設(shè)備，粘結(jié)遇水膨脹橡膠止水棒，鎬窩處恢復(fù)主體底板鋼筋并澆筑混凝土，在主坑位置澆筑兩節(jié)現(xiàn)澆段［9～10］。

(5)頂進(jìn)期間鐵路線路采用扣軌縱橫梁加固體系，限速45 km/h，且必須利用列車運(yùn)行間隔時(shí)間頂進(jìn)，加強(qiáng)監(jiān)控量測，每頂1鎬觀測1次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，以免造成更大的偏差［1～3］。

4 結(jié)語

目前在軟塑淤泥地層中頂進(jìn)框架橋工程日趨增多，本文以天津市塘沽區(qū)中心路下穿鐵路編組場框架橋工程為例，針對(duì)該類工程施工過程中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)及關(guān)鍵工藝，總結(jié)出以下幾點(diǎn)體會(huì)，供類似工程借鑒。

(1)位于市區(qū)內(nèi)的框架橋基坑受地理位置的制約，大多施工場地狹小，地面建(構(gòu))筑物較多，基坑開挖及降水必然對(duì)其產(chǎn)生不利影響。這就要求設(shè)計(jì)人員充分考慮各種不利因素，制定出1套確保施工安全的基坑圍護(hù)、降水、止水方案。

(2)軟塑淤泥地層加固效果的好壞直接影響到鐵路運(yùn)營的安全及橋涵的頂進(jìn)質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)土層地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)淖{加固材料，確定合理的注漿參數(shù)。

(3)中繼間法橋涵頂進(jìn)施工是本工程又一關(guān)鍵工序，施工中應(yīng)采取措施使頂進(jìn)前后節(jié)橋體高程及方向保持一致，并應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，確保中繼間法橋涵頂進(jìn)施工的工程質(zhì)量。

［1］鐵建設(shè)［2009］226號(hào) 鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)指南［S］.

［2］京鐵師［2010］249號(hào) 關(guān)于公布《營業(yè)線施工安全管理實(shí)施細(xì)則補(bǔ)充辦法》的通知［S］.

［3］鐵道部工務(wù)局工橋［1998］2號(hào) 既有繁忙干線橋梁改造暫行技術(shù)條件［S］.

［4］TB10203.1—2002 鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.

［5］TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］鐵道部第三勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)《橋梁地基和基礎(chǔ)》［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［7］劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京:海潮出版社，2006.

［8］地基處理手冊(cè)編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［9］TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［10］TB10002.4—2005 鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.