框架橋頂進(jìn)施工中“抬頭”和“扎頭”的分析與糾偏

袁 偉 上海鐵路局建設(shè)管理處

頂進(jìn)法施工是目前框架橋穿越鐵路既有線普遍采用的一種施工方法。這種施工方法具有不中斷鐵路運(yùn)營(yíng)、對(duì)鐵路行車干擾小、投資少、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。頂進(jìn)法自推廣應(yīng)用以來(lái)，施工技術(shù)已經(jīng)趨向成熟。但是在框架橋施工時(shí)，由于地質(zhì)、水文等環(huán)境因素不同，以及施工隊(duì)伍的技術(shù)、設(shè)備差異等促使框架橋頂進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)"抬頭"、"扎頭"問(wèn)題，造成頂進(jìn)就位后高程達(dá)不到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和安全，遺留下永久性的施工缺陷，造成橋前積水，反坡倒流，甚至影響框架橋的正常使用。

1 原因分析

1.1 工程地質(zhì)

主要是指地基土質(zhì)的影響，一般常見(jiàn)的地基填土多為碎石類土、砂類土、黏性土。但因我國(guó)的鐵路分布地域的不同，實(shí)際工程中遇到的地基填土多具有地域特色，又分為黃土、紅黏土、軟土、凍土、膨脹土、鹽漬土等。各類地基土質(zhì)的不同，致使地基承載力千差萬(wàn)別。在框架橋施工中，設(shè)計(jì)容許承載力雖然大于地基容許承載力，但由于在框架橋頂進(jìn)過(guò)程中，對(duì)地基土的擾動(dòng)因素很多，從而會(huì)引起地基承載力的瞬間變化，如果線路兩側(cè)地基承載力差值較大，易出現(xiàn)"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象。另外，對(duì)于鐵路路基（特別是站場(chǎng)）而言，線路多、線間距小，設(shè)計(jì)時(shí)不能進(jìn)鉆機(jī)鉆探，往往是在路基兩側(cè)鉆探，連線進(jìn)行地質(zhì)判斷，遇到地質(zhì)突變地段，判斷結(jié)果往往與實(shí)際地質(zhì)情況相差很大，也容易造成"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象。

1.2 地下水

地下水位高，降水處理不合理，降水效果不好，受到行車干擾、機(jī)械開(kāi)挖等因素的影響，容易形成破壞性病害。對(duì)于砂性土，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，引起路基塌方，危及鐵路行車安全。對(duì)于黏性土，會(huì)突發(fā)觸變現(xiàn)象，造成地基承載力的下降，從而使箱體在頂進(jìn)中出現(xiàn)"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象。

1.3 施工因素

施工單位在框架橋頂進(jìn)時(shí)開(kāi)挖方式不合理；技術(shù)把關(guān)不嚴(yán)，船頭坡設(shè)計(jì)不合理；滑床板仰坡設(shè)計(jì)不合理；施工遇強(qiáng)暴雨等惡劣天氣，應(yīng)急措施不到位；在發(fā)現(xiàn)箱體偏移時(shí)，不及時(shí)采取糾正措施；頂鎬距過(guò)長(zhǎng)，在每次更換頂鎬后，糾偏太遲；底板與箱體分離不理想，底板蠕滑、破損引起的"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象等。

1.4 其它因素

地鐵橋頂進(jìn)過(guò)程中發(fā)生抬頭、扎頭現(xiàn)象除了上面提到的原因外，像刃角構(gòu)造形式、箱涵長(zhǎng)度、頂程長(zhǎng)度、頂鎬位置、頂進(jìn)方式等也會(huì)引起"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象。

2 預(yù)防措施

在編制設(shè)計(jì)和施工方案時(shí)，我們可以結(jié)合框架橋的具體情況，從方案上進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)防頂進(jìn)時(shí)出現(xiàn)"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象。

2.1 前期準(zhǔn)備

查明路基土的類別、密實(shí)度、排水條件、預(yù)計(jì)的擾動(dòng)力大小和持續(xù)的時(shí)間，評(píng)判出現(xiàn)液化的可能性；計(jì)算地基容許承載力大??；在地基承載力較低地段進(jìn)行頂進(jìn)施工時(shí)，嚴(yán)禁超挖，特別注意不要造成超挖后再回填；線路兩側(cè)地基承載力差別較大時(shí)，應(yīng)在地基承載力較大一側(cè)設(shè)置工作坑預(yù)制箱體，由地基承載力較大的一側(cè)向較小的一側(cè)進(jìn)行頂進(jìn)。

2.2 降水控制

地下水以及自然降水往往是影響頂進(jìn)過(guò)程中抬頭、扎頭主要因素。對(duì)于跨度小于6 m 的箱涵，根據(jù)地下水情況，雙線可在線路兩側(cè)布設(shè)井點(diǎn)或設(shè)2～4口管井井點(diǎn)降水，多線可適當(dāng)增設(shè)降水井點(diǎn)。盡量避開(kāi)雨季施工，避免不了時(shí)，合理設(shè)置降排水設(shè)施。

2.3 合理設(shè)置船頭坡

在箱體頂進(jìn)方向的前端底部設(shè)長(zhǎng)度為 1 m，坡度為 1∶0.15的倒坡，通常稱為"船頭坡"。一般來(lái)說(shuō)，箱體在頂進(jìn)過(guò)程中超挖易扎頭，欠挖易抬頭，但從工程實(shí)際頂進(jìn)過(guò)程中，這種界定是很模糊的。一般在軟土類地基承載力較低的地質(zhì)條件下，扎頭現(xiàn)象比較多，抬頭一般是沒(méi)有的。在箱身前端安裝好鋼質(zhì)引導(dǎo)船頭后再頂進(jìn)，并適量欠挖，就可以利用"船頭坡"的引導(dǎo)，較有效地防止"扎頭"。

2.4 合理設(shè)計(jì)刃腳

設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用鋼質(zhì)拆裝式刃腳，鋼刃腳可以減輕箱身前的重量，既能避免加大箱身頂進(jìn)時(shí)的傾覆力矩，保持箱身平衡，還有防止土方坍塌的作用。

2.5 合理設(shè)置滑板坡度

根據(jù)地質(zhì)和箱體的長(zhǎng)度確定預(yù)制滑板的坡度。承載力較大，箱體越長(zhǎng)，滑板的坡度越趨近于平坡；相反，承載力較小，箱體越短，滑板的坡度越大。按頂進(jìn)行程、坡度、設(shè)計(jì)高程，計(jì)算滑板預(yù)留坡度，一般情況下以不影響立交今后交付使用，滿足設(shè)計(jì)高程要求，以不大于0.5%坡度為宜。

2.6 設(shè)置過(guò)渡段

在滑板的前端澆筑混凝土設(shè)置過(guò)渡段，起到延長(zhǎng)滑板的作用，也延長(zhǎng)了框架橋重心"下坑"的距離，可以有效預(yù)防"扎頭"。

2.7 設(shè)置配重

對(duì)于軟弱土層地段，在框架橋尾部設(shè)置配重，將框架重心盡量向框架橋尾部方向偏移，延遲框架橋重心"下坑"的時(shí)間，可以有效預(yù)防"扎頭"。

2.8 頂鎬

千斤頂頂鎬位置的布置對(duì)框構(gòu)"抬頭"和"扎頭"有一定的影響。要根據(jù)阻力合力作用線及垂直合力作用線的情況決定，盡量使頂力接近阻力合力的作用線，一般將千斤頂設(shè)于底板靠上部的位置。

2.9 開(kāi)挖

在頂進(jìn)過(guò)程中，箱體前方開(kāi)挖路基應(yīng)控制在1 m以內(nèi)，兩側(cè)做到掏空不擠壓箱體，減小頂進(jìn)時(shí)的摩阻力；在地基承載力較低地段進(jìn)行頂進(jìn)施工時(shí)，禁止超挖；當(dāng)出現(xiàn)抬頭時(shí)，可適量超挖；如因挖土量不夠，吃土量過(guò)大而抬高箱體時(shí)，可在兩側(cè)適當(dāng)?shù)爻?；?dāng)出現(xiàn)扎頭時(shí)，可適量欠挖；如因土質(zhì)松軟造成扎頭現(xiàn)象時(shí)，可在底板前換鋪片石加碎石等，邊換鋪邊頂進(jìn)，必要時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)，換填灌注混凝土，等混凝土達(dá)到一定承載力時(shí)再頂進(jìn)。

2.1 0監(jiān)測(cè)

頂進(jìn)時(shí)，每頂一鎬進(jìn)行一次高程和中線復(fù)核，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)掌握箱體高程的變化，為箱體前端土方的超挖、欠挖做出準(zhǔn)確的判斷，達(dá)到信息化施工。

3 糾正措施

頂進(jìn)過(guò)程中糾正抬頭或扎頭，應(yīng)控制在≤0.2 m范圍內(nèi)進(jìn)行，超過(guò)0.2 m時(shí)，一般難以糾正。在頂進(jìn)過(guò)程中，如遇地質(zhì)條件太差或者太復(fù)雜出現(xiàn)"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象，無(wú)法在頂進(jìn)過(guò)程中調(diào)整到位時(shí)，可以在頂進(jìn)后進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.1 頂進(jìn)過(guò)程中糾正"抬頭"措施

（1）不切土頂進(jìn)法：即將箱身兩側(cè)土壤各挖空3～5 cm ，使箱身外壁沒(méi)有摩擦阻力，箱身底板前的土壤要挖空至底板面下0.1～0.15 m，利用箱身自重來(lái)阻止抬頭。當(dāng)箱身前進(jìn)1/2時(shí)，箱身標(biāo)高會(huì)明顯下降。

（2）加載法頂進(jìn)：即在箱體前部底板上或者頂板上加壓重物，運(yùn)用挖掘的棄土或者施工機(jī)械自重等外力作用強(qiáng)迫箱身標(biāo)高降低下落。

3.2 頂進(jìn)過(guò)程中糾正"扎頭"措施

（1）帶土頂進(jìn)，即在箱身底板前預(yù)留0.2 m高的土擋，兩側(cè)不全部挖空，此時(shí)箱身前進(jìn)時(shí)，除有摩擦阻力上托外，還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)克服土擋阻力的上升力矩，來(lái)共同抬起箱身。

（2）在箱身前超挖2 m～3 m土坑道(配合相應(yīng)的防護(hù)安全措施)，用枕木或短鋼軌鋪好上行坡道，其坡度以不過(guò)分增加千斤頂頂力為宜，利用頂進(jìn)推力逐步引導(dǎo)箱身爬高，糾正"扎頭"。

（3）加載法頂進(jìn)，即在箱體尾部加壓重物，按實(shí)際情況，可放在箱身頂板或底板上，頂進(jìn)時(shí)利用重量強(qiáng)行抬起前端。

（4）底板預(yù)留隔縫，當(dāng)箱體重心超出滑板時(shí)，滑板即開(kāi)裂，使滑板前部下沉，這樣可減少箱體前端"扎頭"量。

3.3 頂進(jìn)就位后糾正措施

（1）引道順坡：框架橋就位后，如能滿足凈空要求，一般不對(duì)框架橋進(jìn)行"抬頭"、"扎頭"處理，可采取調(diào)整引道坡度的方法，將引道和框架橋內(nèi)道路順接處理。對(duì)于"抬頭"引起鐵路道床厚度不足的時(shí)候，可以采用進(jìn)行抬道，橋兩端線路進(jìn)行順坡處理。

（2）千斤頂起抬：框架橋就位后出現(xiàn)"扎頭"不能滿足規(guī)范及使用要求時(shí)，可以采用千斤頂起抬解決。在框架橋箱體4個(gè)角設(shè)置支墩，主梁從箱身頂板下橫穿，主梁與頂板間加橫向分配梁，支點(diǎn)處主梁下安裝分配梁，支承點(diǎn)處放置千斤頂進(jìn)行頂抬。主梁、分配梁、支點(diǎn)處傳立柱、千斤頂以及支墩基礎(chǔ)均箱體情況通過(guò)計(jì)算確定。

（3）鑿除接高："扎頭"過(guò)大，調(diào)整困難，可考慮架空線路，鑿除頂板，接高邊墻，重做頂板。

（4）回頂：框架橋頂進(jìn)就位后"扎頭"過(guò)大，采用頂抬無(wú)法糾正，在條件允許的情況下，可以在線路另一側(cè)制作后背，將框架橋頂回原位，處理基底后再次頂進(jìn)。

（5）鑿除重建：如果采用以上方法均無(wú)法解決，可以鑿除箱體，重新預(yù)制箱體并處理地基后進(jìn)行頂進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

既有線頂進(jìn)箱涵施工已經(jīng)在路內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用，但是因施工方案不細(xì)，施工組織考慮不全，地質(zhì)資料調(diào)查不詳，而造成施工隱患仍然大量存在。為此，在進(jìn)行箱涵施工時(shí)，應(yīng)充分考慮可能出現(xiàn)的情況和問(wèn)題，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行認(rèn)真分析，必要時(shí)，在開(kāi)工前再進(jìn)行一次地質(zhì)鉆探，以確保地質(zhì)資料的可靠。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境和條件，制定切實(shí)可行的施工應(yīng)急預(yù)案，防患于未然，切實(shí)避免"抬頭"、"扎頭"現(xiàn)象的發(fā)生。