高覆土、大框架頂進(jìn)涵在軟土路基頂進(jìn)過(guò)程中翹頭與下沉問(wèn)題的處理技術(shù)

在既有鐵路改造建設(shè)中，頂進(jìn)施工較為常見(jiàn)，與其他施工方法相比，采取頂進(jìn)方式施工具有投資少、建設(shè)周期短、對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響時(shí)間短等特點(diǎn)，但在施工過(guò)程中經(jīng)常遇到因既有路基填筑標(biāo)準(zhǔn)低，穩(wěn)定性差，基底情況不明等導(dǎo)致頂進(jìn)過(guò)程中框架發(fā)生扎頭、翹頭等偏移問(wèn)題，給施工帶來(lái)很大的困難，嚴(yán)重影響施工安全和施工質(zhì)量。以下結(jié)合參建石長(zhǎng)鐵路增建二線頂進(jìn)涵工程施工的體會(huì)，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，并探討高覆土、大框架頂進(jìn)涵在軟土路基頂進(jìn)過(guò)程中翹頭與下沉問(wèn)題的處理方法和措施。

1、工程概況

石長(zhǎng)鐵路增建二線工程K175+985頂進(jìn)涵為地方交通涵兼排水涵，斷面較大，孔徑5.0×5.3m，涵洞外輪廓為6.2米×7.1米，涵頂覆土厚度8.3m，頂進(jìn)長(zhǎng)度32m，分3節(jié)中繼頂進(jìn)，每節(jié)長(zhǎng)度10.67米，設(shè)計(jì)最大頂力30173KN，頂進(jìn)過(guò)程中實(shí)際頂力超出設(shè)計(jì)一倍值以上。在帶土頂進(jìn)了19米后，涵洞前端已穿過(guò)既有線左側(cè)路肩，第一節(jié)框架前端翹頭高出設(shè)計(jì)90cm，后端比設(shè)計(jì)低80cm，前后端高差達(dá)170cm；第二節(jié)前端比設(shè)計(jì)低18cm，第二節(jié)后端正常，第三節(jié)正常。

2、原因分析

經(jīng)調(diào)查，該處原為水塘，在上世紀(jì)90年代修建石長(zhǎng)線時(shí)未將基底淤泥清除到位，該處15m高的填方路基在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中多次發(fā)生滑坡與塌方，在經(jīng)過(guò)近20年的沉降后已基本趨于穩(wěn)定，本次頂進(jìn)涵施工時(shí)，在開(kāi)始頂進(jìn)時(shí)，路基邊坡涵頂覆土厚度較小，頂進(jìn)施工能夠順利進(jìn)行，在穿過(guò)既有線到達(dá)出口邊坡時(shí)，框架前端覆土厚度變小，后端正好處于既有下方，框架前端土壓力遠(yuǎn)小于后方土壓力，加上基底已經(jīng)呈硬塑狀的黑色淤泥在滲水的作用下變軟（經(jīng)測(cè)定承載力為75kpa，達(dá)不到設(shè)計(jì)的承載力150kpa），導(dǎo)致頂進(jìn)涵節(jié)呈現(xiàn)出“蹺蹺板式”的翹頭與下沉。為保證既有鐵路路基的穩(wěn)定，減少施工對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，最大限度的降低既有線運(yùn)營(yíng)安全隱患，變更設(shè)計(jì)后采用工字鋼縱橫抬梁加固線路，大開(kāi)挖頂進(jìn)框架的施工方法。

3、處理措施

3.1臨時(shí)回填

將頂進(jìn)出口端已坍塌的路基邊坡采用臨時(shí)土回填夯實(shí)至軌底以下1m，恢復(fù)至開(kāi)挖前坡面，軌底部分補(bǔ)填道碴，保證既有路堤穩(wěn)定，并對(duì)該段線路進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控測(cè)量?；靥顣r(shí)用挖掘機(jī)將涵洞內(nèi)填土夯實(shí)并修整為1：1～1：1.5的坡度，坡腳采用土袋堆碼。

3.2挖孔樁防護(hù)

在涵洞兩側(cè)沿縱抬梁主樁線路橫向分別布置4根Φ1.25m的挖孔輔樁共8根，新增加的挖孔樁輔樁底深入到頂進(jìn)涵底板以下4m，沿涵身軸線方向樁間距2.05m；既有抬梁主樁線路橫向間距為3m。樁頂預(yù)留凹形槽以便于沿線路方向安裝雙拼I45a工字鋼支撐，縱抬梁主樁在樁頂以下2m沿線路方向設(shè)一道鋼管支撐。

3.3樁間鋼筋混凝土擋板

為防止樁間間隙土坍塌，在所有沿線路橫向樁間設(shè)C25鋼筋砼擋板，擋板厚度50cm，擋土板內(nèi)鋼筋布置為雙層Φ20鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔間距15×15cm。開(kāi)挖時(shí)，在既有樁身上沿豎向每隔45cm進(jìn)行鉆孔植筋，植入深度不小于60cm，預(yù)埋鋼筋與擋土板鋼筋焊接連接，形成橫向網(wǎng)格。既有主樁間鋼筋混凝土擋板施工至頂進(jìn)涵頂部，其他樁間擋板施工至頂進(jìn)涵基底，每開(kāi)挖卸載0.5m施工一層擋板。

縱抬主樁在樁頂以下2m沿線路方向設(shè)置Φ300鋼管支撐一根。卸土至安裝高度時(shí)，采用在樁身上開(kāi)鑿安放槽口后安裝，鋼管長(zhǎng)度略長(zhǎng)于槽口間距，安裝時(shí)將鋼管打入槽口，安裝完成后再進(jìn)行下層土方開(kāi)挖。

3.4卸載、頂進(jìn)

在線路兩側(cè)挖孔輔樁施工完成，砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上后，分層分段卸載出口段及第一節(jié)、第二節(jié)涵身頂部土體，卸載完成后，在出口段頂進(jìn)涵基底采用1m厚級(jí)配砂礫石摻加10%的水泥進(jìn)行換填，再澆筑20cm厚C20混凝土至涵洞設(shè)計(jì)基底；換填完成后進(jìn)行頂進(jìn)施工，頂進(jìn)采用中繼頂法，頂進(jìn)時(shí)控制每節(jié)間凈距不大于1m，并利用涵身間隙挖除換填涵底松軟土，換填厚度1m，采用摻加10%水泥的級(jí)配砂礫石；依以上順序循環(huán)頂進(jìn)涵洞至設(shè)計(jì)位置。

3.5回填路基、恢復(fù)道碴

待涵洞頂進(jìn)到位后，即時(shí)進(jìn)行回填施工，首先在框架頂部回填0.3m厚細(xì)砂層，再用摻加3%水泥的B組填料回填至道床底部，回填時(shí)采用小型機(jī)械分層夯實(shí)，分層厚度不超過(guò)0.35m；在涵頂5m高處鋪設(shè)雙向土工格柵（25kn/m）三層，每層厚度0.2m；最后回填道碴并搗固密實(shí)。

4、施工中的預(yù)防措施

4.1施工處地基承載力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)承載力是可能出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象的原因之一。不同的土質(zhì)由于內(nèi)摩擦角不同其土壓力對(duì)箱涵周邊產(chǎn)生的摩阻力也不同；由側(cè)面摩阻力形成的對(duì)箱涵夾持力也直接影響頂進(jìn)高程的變化；更重要的是基底土壤由于地下水位的高低，影響基底土壤含水量的大小，進(jìn)而直接影響到基底承載力的大小。

4.2根據(jù)施工處基底土質(zhì)狀態(tài)來(lái)分析是否可能出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象，施工中要注意核查基底地質(zhì)，并在開(kāi)挖過(guò)程時(shí)要隨時(shí)注意土質(zhì)變化。如某個(gè)斷面前后土質(zhì)差異很大，涵體就會(huì)在這個(gè)地方因受力不均而出現(xiàn)扎（抬）頭現(xiàn)象；當(dāng)土質(zhì)為砂質(zhì)土發(fā)生扎頭現(xiàn)象可能性很大，對(duì)這種地質(zhì)就必須提前采取措施，為以后的工作減小難度。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況一定后，在涵體行徑過(guò)程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量，如忽略這些細(xì)節(jié)并未在施工中采取措施，必然給以后工作造成難度。

4.1勤觀測(cè)、勤分析、勤發(fā)現(xiàn)、勤治理

在整個(gè)頂進(jìn)施工過(guò)程中，需要勤測(cè)量，勤分析測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確掌握框架狀態(tài)，并預(yù)測(cè)框架以后的狀態(tài)。如通過(guò)水平測(cè)量記錄發(fā)現(xiàn)低頭現(xiàn)象并有加劇趨勢(shì)，要立即分析原因，采取措施。如趨勢(shì)比較穩(wěn)就需繼續(xù)觀察；如趨勢(shì)變緩說(shuō)明框架行進(jìn)正常。在頂進(jìn)過(guò)程中疏于觀測(cè)，出現(xiàn)大幅度的低頭與抬頭，治理起來(lái)就要花費(fèi)巨大代價(jià)。

4.2 嚴(yán)格控制開(kāi)挖質(zhì)量

在利用機(jī)械開(kāi)挖時(shí)，由于機(jī)械擾動(dòng)，不可避免的存在松軟土層，再加上框架巨大重量的擠壓，很容易出現(xiàn)低頭。因此，在利用機(jī)械出土?xí)r，底板挖土保留20～30cm采用人工清底，根據(jù)具體地質(zhì)情況確定吃土深度。在開(kāi)挖的過(guò)程中，因害怕坍塌，涵洞頂板前方往往會(huì)欠挖，但一旦欠挖，受土體擠壓，框架會(huì)出現(xiàn)快速抬頭。在出現(xiàn)輕微的低頭與抬頭時(shí)，改變吃土深度是首選。加大底板吃土深度可治理低頭，降低基坑地面高度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抬頭的治理。尤其需要注意的是在進(jìn)行人工清土?xí)r，要做好防護(hù)措施，嚴(yán)密監(jiān)視開(kāi)挖面及鋼刃腳狀況，以防路基坍塌造成人員傷亡。

4.3改善地質(zhì)情況

頂進(jìn)中，根據(jù)地質(zhì)狀況的不同，可依次采用往框架底塞廢棄混凝土枕（混凝土枕底面朝上，塞入涵內(nèi)側(cè)1m并有一定坡度）、改善土質(zhì)（換填碎石）、澆筑混凝土來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)抬頭與低頭的預(yù)防與治理。為實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的快速解決，在施工中多采用澆筑混凝土方法。在滑板前方距單個(gè)頂進(jìn)框架長(zhǎng)度1/3處澆筑混凝土帶，防止滑板在箱涵重心遷移過(guò)程中造成滑板斷裂，以免箱體前傾、低頭，給后續(xù)頂進(jìn)節(jié)施工造成困難。發(fā)現(xiàn)低頭現(xiàn)象時(shí)框架橋體離到位還有一段距離，施工中可以采用打混凝土薄帶來(lái)逐漸調(diào)整；如距離很短時(shí)可采用打混凝土通帶方法來(lái)調(diào)節(jié)?；炷翈?，一般為寬2m、厚度在80cm左右的混凝土帶。分別設(shè)置在框架橋頭兩邊，中間用碎石換填。在混凝土薄帶中一般設(shè)置兩根短軌（長(zhǎng)度深入框架橋內(nèi)50cm，軌底朝上）來(lái)減小混凝土帶與涵底的摩擦，防止頂進(jìn)中混凝土帶跟隨框架橋一起向前移動(dòng)。根據(jù)情況可以在混凝土帶中增加錨固墩來(lái)加強(qiáng)帶與土的結(jié)合。頂進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)土質(zhì)有變化，混凝土帶的厚度和大小可以做調(diào)整?；炷镣◣Вm用于要求在較短時(shí)間內(nèi)將框架橋體姿態(tài)調(diào)整的情況?；炷镣◣б话銥殚L(zhǎng)度與涵跨度相當(dāng)、寬度在2～4米（根據(jù)頂進(jìn)框架孔徑調(diào)整）、深度在1米以上的混凝土構(gòu)造物。為了加強(qiáng)其整體性一般配設(shè)鋼筋。混凝土帶一般設(shè)計(jì)成反楔型，防止在頂進(jìn)中隨框架一起移動(dòng)?；炷镣◣Э稍诙虝r(shí)間內(nèi)將框架橋體調(diào)整到要求，并在以后頂進(jìn)中提供一個(gè)支點(diǎn)。

4.4做好臨時(shí)排水

框架頂進(jìn)掌子面內(nèi)必須保持干燥無(wú)水，如遇地下水位高的情況，必須采取措施把水位降至底板以下1m，以免帶水頂進(jìn)造成基底土質(zhì)軟化造成箱

涵低頭。富水地區(qū)應(yīng)短挖勤頂，以保證既有線運(yùn)營(yíng)安全及施工質(zhì)量。

4.5合理設(shè)計(jì)滑板仰坡和框架的船頭坡

在框架橋預(yù)制時(shí)預(yù)留滑板仰坡，以防框架在頂進(jìn)出滑板時(shí)因地質(zhì)的變化，土質(zhì)承載力降低造成低頭。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)滑板仰坡一般取5‰左右，主要視土質(zhì)情況而定，土質(zhì)密實(shí)且開(kāi)挖得當(dāng)，取5‰即可；土質(zhì)松軟、含水量大，坡度應(yīng)略微放大，一般以8‰為宜。船頭坡一般采用1：10的坡度。

4.6強(qiáng)制性措施

當(dāng)在軟弱地基中頂進(jìn)時(shí)，在根據(jù)設(shè)計(jì)要求改良地質(zhì)框架橋體到位后尚不能滿足使用要求時(shí)，在最后幾頂（2米左右）可以先用千斤頂將框架橋體頂起，而后用木枕支撐框架橋，再往框架橋體與木枕架之間安置鐵板，再繼續(xù)頂進(jìn)。其具體方法如下：首先在涵尾、在邊墻及中心分別挖三個(gè)基坑。分別澆筑鋼筋混凝土，將兩個(gè)千斤頂安置在邊墻下方，并在基坑周圍擺放支撐用的木枕和鐵板。當(dāng)千斤頂向上頂時(shí)，要隨時(shí)注意框架橋的變化。施工中要預(yù)留適當(dāng)?shù)某两抵怠?/p>

5、結(jié)論與體會(huì)

頂進(jìn)法作為下穿式立交通道一種主要的施工工藝，已逐步被推廣應(yīng)用，預(yù)防和處理橋涵“扎頭”與“抬頭”的各種措施都應(yīng)根據(jù)每個(gè)橋址的具體情況而定，不能生搬硬套。在施工中注重施工工序，合理制定施工方案，加強(qiáng)跟蹤測(cè)量，及時(shí)準(zhǔn)確分析、預(yù)測(cè)“抬頭” 與“扎頭”的趨勢(shì)，正確選擇安全預(yù)防措施，才能使橋涵頂進(jìn)施工達(dá)到安全優(yōu)質(zhì)的預(yù)期效果。

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