鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)

夏智華 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)

夏智華 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

根據(jù)寧波市北環(huán)快速路工程上跨蕭甬鐵路工程特點(diǎn)，總結(jié)鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工中作業(yè)平臺設(shè)置、護(hù)筒埋設(shè)、泥漿循環(huán)、清孔、鋼筋籠制安以及混凝土灌注等施工方法。

鄰近鐵路；軟土地基；大直徑樁基施工

1 工程概況

寧波市北環(huán)快速路工程在橋梁里程K8+063處以50 m跨徑跨越蕭甬鐵路，鐵路里程為蕭甬線下行K139+935，杭深線K306+869。新建橋梁在跨越線路處的兩側(cè)為左右幅既有莊橋立交，既有莊橋每幅總寬13 m，兩幅橋凈間距11 m?？缭骄€路橋址地處寧波市莊橋站內(nèi)，正線4條，到發(fā)線2條（含道岔）。鐵路側(cè)樁基礎(chǔ)分別設(shè)計(jì)為2根φ2.5 m鉆孔灌注樁，樁間距6.5 m。鐵路西側(cè)PM248#墩樁長為99 m，樁邊距離線路（正線）中4.42 m，鐵路東側(cè)PM249#墩樁長為100.5 m，樁邊距離線路（到發(fā)線）中6.76 m。樁基礎(chǔ)均設(shè)計(jì)為C30水下混凝土。樁位與鐵路位置關(guān)系見圖1。

圖1 工程平面布置圖

寧波市地處東海之濱，杭州灣南岸，屬濱海淤積型平原。鐵路西側(cè)地質(zhì)為3.5 m厚雜填土，20.3 m厚淤泥質(zhì)粘土，22.2 m厚粘土，47 m厚砂礫石，2.5 m厚全風(fēng)化凝灰?guī)r，3 m厚強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，7.2 m厚中風(fēng)化凝灰?guī)r。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為摩擦樁，持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。

2 主要方案

樁基礎(chǔ)采用GPS-30型回旋鉆機(jī)施工，配備四翼合金刮刀鉆頭，ZX-200泥漿凈化器等設(shè)備，泥漿循環(huán)系統(tǒng)在樁深60m以上采用正循環(huán)，60m以下采用氣舉反循環(huán)。為加強(qiáng)線路路基安全，在地表下淤泥質(zhì)黏土層范圍采用28m深φ內(nèi)2.7m鋼護(hù)筒支護(hù)，在線路路基上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)。樁機(jī)和鋼筋籠集中荷載較大，采用鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)作為作業(yè)平臺。樁頂部鋼筋籠間距較密，采用較長整節(jié)制作，多臺吊機(jī)吊裝方法。

3 施工方法

3.1 管線調(diào)查和保護(hù)

樁基礎(chǔ)施工前，先進(jìn)行管線探查和遷改。

本工程鐵路西側(cè)PM248樁基位于鐵路電纜槽位上，施工前聯(lián)系鐵路設(shè)備管理單位進(jìn)行管線遷改，在樁邊10 m以外重新開挖電纜槽埋設(shè)管線。

本工程鐵路東側(cè)PM249樁基東側(cè)有寧波市政φ2m自來水管，樁邊距離自來水管邊0.9 m，自來水管底埋設(shè)深度為2.8 m，為防止28m長鋼護(hù)筒振沉施工時擠壓土體會影響自來水管，采用4 m深φ內(nèi)3.2 m鋼護(hù)筒預(yù)先支護(hù)，鋼護(hù)筒采用2 cm厚鋼板制作。埋設(shè)時，先進(jìn)行樁位放樣，人工開挖2 m深，吊機(jī)吊裝鋼護(hù)筒入孔，挖掘機(jī)輔助拍打，再用挖掘機(jī)在孔內(nèi)開挖并拍打鋼護(hù)筒入孔，使鋼護(hù)筒頂高出地表0.3 m為止。埋設(shè)后的淺護(hù)筒在其內(nèi)頂?shù)撞亢附愉摪遄鳛橹箝L鋼護(hù)筒振沉?xí)r垂直度控制的限位裝置。

3.2 作業(yè)平臺

因樁機(jī)設(shè)備自重較大，混凝土灌注前的樁機(jī)、鋼筋籠、導(dǎo)管、料斗以及首灌混凝土等合計(jì)重約200 t左右，集中荷載過大，地基的不均勻沉降會對線路路基安全帶來安全隱患，因此根據(jù)每個橋墩2根樁的樁機(jī)作業(yè)范圍采用C30鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)作為樁機(jī)作業(yè)平臺，硬化基礎(chǔ)長13 m，寬6 m，厚0.3 m，底層采用Φ16@25 cm配筋。硬化平臺與埋設(shè)的φ內(nèi)3.2 m鋼護(hù)筒使用鋼筋焊接連接，以30°夾角布置12根1 m 長Φ25“L”形鋼筋，焊接長25 cm。作業(yè)平臺布置詳見圖2。

3.3 鋼護(hù)筒振沉

為防止樁基施工期間，孔口和淤泥質(zhì)土層塌孔，對其頂部28 m深范圍使用鋼護(hù)筒支護(hù)，鋼護(hù)筒內(nèi)徑2.7 m，鋼板厚18 mm，底部4.5 m范圍設(shè)置16 mm厚鋼板包裹加勁。鋼護(hù)筒分2節(jié)振沉，第一節(jié)15 m，第二節(jié)13 m。

鋼護(hù)筒采用DZJ300振動錘振沉，150 t履帶吊配合。振沉前，進(jìn)行樁位放樣，根據(jù)鋼護(hù)筒外徑（2700+18+16+18+16=2 768 mm）加22 mm誤差，在孔內(nèi)設(shè)置直徑為2 790 mm的限位鋼板，鋼板豎向焊接在鋼護(hù)筒內(nèi)的底部，根據(jù)限位尺寸在孔內(nèi)切割呈三角形。

第一節(jié)鋼護(hù)筒采用履帶吊吊裝至孔位后，靠其自重使底部4.5 m加勁范圍沉到孔口以下0.3 m處，采用呈垂直方向的2臺全站儀進(jìn)行觀測，并調(diào)整至垂直狀態(tài)后，在內(nèi)外層鋼護(hù)筒之間焊接鋼板限位，留設(shè)10 mm空擋，鋼護(hù)筒振沉?xí)r主要依靠鋼護(hù)筒頂?shù)撞康南尬讳摪暹M(jìn)行垂直度控制。鋼護(hù)筒振沉采用封鎖點(diǎn)內(nèi)作業(yè)，振沉一半高度時，再利用全站儀觀測局部調(diào)整方向。

第一節(jié)鋼護(hù)筒振沉后，再吊裝第二節(jié)鋼護(hù)筒對接，連接處沿4處在接縫處焊接豎向鋼板進(jìn)行限位，并使用2臺全站儀進(jìn)行觀測調(diào)整垂直度，調(diào)整好后進(jìn)行焊接連接，并割除接縫處限位鋼板。

鋼護(hù)筒完成振沉后，將外鋼護(hù)筒頂部的限位鋼板與內(nèi)鋼護(hù)筒進(jìn)行焊接連接成整體，并將其之間空隙采用C20混凝土灌注填充。鋼護(hù)筒振沉詳見圖2。

圖2 樁基礎(chǔ)作業(yè)平臺及鋼護(hù)筒振沉

3.4 泥漿循環(huán)與清孔

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，樁位處進(jìn)入46m時為砂層，進(jìn)入60m深時為粗礫，根據(jù)這一地質(zhì)狀況，在孔深60 m以上時泥漿采用正循環(huán)方式，60 m以下時使用氣舉反循環(huán)。

泥漿正循環(huán)時依靠泥漿自身濃度和粘度可將鉆孔細(xì)砂攜帶排至孔外，鉆孔過程中泥漿性能控制指標(biāo)為濃度1.3，粘度22Pa·s，含砂率4%。

氣舉反循環(huán)時通過利用空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，在鉆具內(nèi)與循環(huán)泥漿形成混合液體，在大氣壓力作用下，使孔內(nèi)的泥漿連同巖渣一起排出孔外，空壓機(jī)規(guī)格為20 m3，鉆孔過程中泥漿性能控制指標(biāo)為濃度1.4，粘度20Pa·s，含砂率8%。

為保證清孔時，有效控制孔底沉渣厚度和泥漿含砂率指標(biāo)，采用ZX-200型高頻振動泥漿篩，經(jīng)氣舉反循環(huán)抽出的泥漿經(jīng)過泥漿篩，可將0.5 mm以上的大顆粒篩出，剩下混有0.5 mm以下砂粒的泥漿再進(jìn)一步用旋流除砂器凈化，凈化后的泥漿經(jīng)循環(huán)池流入孔內(nèi)。凈化后的泥漿性能指標(biāo)達(dá)到濃度1.08，粘度18Pa·s，含砂率1%。

3.5 鋼筋籠制安

本工程φ2.5 m樁基礎(chǔ)鋼筋籠為全籠，主筋規(guī)格為Φ28 和Φ32，頂部35 m范圍主筋數(shù)量為104根，35 m～55 m范圍主筋數(shù)量為52根，55 m以下主筋數(shù)量為13根。鋼筋籠在樁位處的既有莊橋立交橋面上加工分節(jié)制作，鋼筋連接全部采用機(jī)械螺紋套筒連接，制作前在橋面上設(shè)置呈直線線型的作業(yè)平臺。

該樁基礎(chǔ)鋼筋籠頂部35 m長范圍為加密區(qū)，主筋數(shù)量104根，按等距布置鋼筋間距僅為3.5 cm左右，該間距布置在進(jìn)行混凝土灌注時混凝土無法流動至保護(hù)層處，故該范圍只能采用將2根鋼筋緊靠排列，使鋼筋籠主筋空擋間距調(diào)整至6.8 cm，考慮到鋼筋連接時套筒需要一定的作業(yè)空間范圍，故該范圍只能采用整體制作方法。其余節(jié)段按照12 m一節(jié)制作。

為保證鋼筋籠連接時，保證每個接頭連接質(zhì)量，減小接頭空隙，在加工時，每加工一節(jié)需與前一節(jié)預(yù)先使用接頭連接，主筋與內(nèi)加強(qiáng)筋焊接完成后解除接頭，再點(diǎn)焊外螺旋箍筋。

鋼筋籠頂部整節(jié)制作總長為36 m，自重約25 t，為減小鋼筋籠吊裝過程中變形，采用3臺汽車吊機(jī)設(shè)置多吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝，鋼筋籠加強(qiáng)筋采用Φ25@2 000，設(shè)置為2個Φ25鋼筋呈三角形支撐，在鋼筋籠加強(qiáng)箍內(nèi)焊接連接1根通長I20工字鋼，在工字鋼上焊接“U”型φ28鋼筋作為吊點(diǎn)，在鋼筋籠頂主筋上對稱焊接4根“U”型φ28鋼筋作為吊點(diǎn)。

吊裝時，1臺200 t吊機(jī)連接鋼筋籠頂處4個吊點(diǎn)；1臺160 t吊機(jī)連接鋼筋籠身4個吊點(diǎn)，該吊點(diǎn)采用2根鋼絲繩穿插連接4個吊點(diǎn)，再采用1根鋼絲繩連接吊裝用2根鋼絲繩；1臺70 t吊機(jī)連接鋼筋籠尾處1個吊點(diǎn)，各吊點(diǎn)布置詳見圖3。吊裝時200 t和160 t吊機(jī)?？吭趯γ鏄蛎娴臉蚨仗?，70 t吊機(jī)停在鋼筋籠加工的橋面處。

圖3 鋼筋籠吊裝時吊機(jī)及吊點(diǎn)布置示意圖

吊裝時3臺吊機(jī)整體起吊，先整體水平將鋼筋籠整體抬吊至老橋范圍外，然后200 t吊機(jī)提升，70 t吊機(jī)下放，160 t吊機(jī)不動，靠上部鋼絲繩滑移調(diào)整鋼筋籠方向，使其豎立后以200 t吊機(jī)吊裝入孔內(nèi)安裝。

3.6 混凝土灌注

本工程樁基礎(chǔ)混凝土方量在530 m3左右，采用汽車泵澆筑，為縮短混凝土澆筑時間，采用2臺泵車分別?？吭趦勺鶚蛏贤瑫r灌注。施工時，組織好混凝土罐車，保證了樁基礎(chǔ)混凝土能夠連續(xù)供應(yīng)。按混凝土首灌時導(dǎo)管埋置深度為2 m控制，經(jīng)計(jì)算混凝土首灌方量為14.8 m3，施工現(xiàn)場配備了3 m3和14 m3的兩個儲料斗同時灌注，控制在8 h內(nèi)完成了灌注。

4 線路路基沉降觀測及線路養(yǎng)護(hù)

本工程在30 m鐵路保護(hù)區(qū)內(nèi)施工時，由我部負(fù)責(zé)該段區(qū)域的線路養(yǎng)護(hù)，由專職線路工每日對線路進(jìn)行日常檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時養(yǎng)護(hù)。檢查項(xiàng)目有軌道幾何狀態(tài)（沉降和平面變形），鎖扣松緊，道床道砟等。

施工前在影響范圍內(nèi)的線路路肩處設(shè)置沉降觀測樁，沿橋?qū)?5.5 m范圍，按5 m間距布置。對觀測樁進(jìn)行編號，并讀取原始數(shù)據(jù)。在鋼護(hù)筒振沉前后以及樁基礎(chǔ)鉆孔期間進(jìn)行觀測。

本工程鋼護(hù)筒振沉期間，線路路基最大沉降值為3 mm，鋼護(hù)筒振沉?xí)r經(jīng)對鋼護(hù)筒內(nèi)土體至孔口高度進(jìn)行量測，土體抬高約1.1 m，其抬起的土體體積與鋼護(hù)筒體積基本一致。樁基鉆孔周期在12 d左右，樁基鉆孔期間線路路基繼續(xù)發(fā)生沉降，與鋼護(hù)筒振沉?xí)r合計(jì)最大沉降值累計(jì)為8 mm＜10 mm，在此施工期間每日對線路進(jìn)行檢查和及時補(bǔ)充道碴養(yǎng)護(hù)，線路安全受控。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）施工作業(yè)前編制專項(xiàng)方案，審批后組織安全技術(shù)交底，并在施工過程中加強(qiáng)技術(shù)測量控制和安全檢查控制。

（2）吊裝作業(yè)時，吊機(jī)在老橋上作業(yè)，吊機(jī)馬腿盡量設(shè)置在橋墩處，并保持吊機(jī)水平，設(shè)置專人指揮。吊裝前核對吊裝重量、吊距、吊機(jī)額定吊裝能力等參數(shù)。

（3）夜間施工時，設(shè)置好充足的照明。

（4）在距離最外側(cè)線路中以外3 m處按照鐵路相關(guān)文件要求設(shè)置硬隔離裝置，嚴(yán)格控制施工機(jī)具、路材路料，防止侵限。硬隔離上及現(xiàn)場危險(xiǎn)區(qū)域懸掛各類安全警示標(biāo)牌。

（5）在樁基礎(chǔ)施工期間，在硬隔離上掛彩條布，防止泥漿管爆管時泥漿噴射到線路上污染道床。

（6）涉及既有線安全的慢行和封鎖施工，按照有關(guān)規(guī)定設(shè)置防護(hù)。封鎖施工結(jié)束后，線路狀態(tài)未恢復(fù)到準(zhǔn)許放行列車的條件，禁止拆除防護(hù)。施工防護(hù)信號的設(shè)置與拆除由施工負(fù)責(zé)人決定。

6 結(jié)束語

綜上所述，本工程鄰近鐵路大直徑樁基礎(chǔ)施工采用上述一系列的施工方法后，對線路路基沉降影響較小，施工過程中安全受控，成樁后樁身質(zhì)量經(jīng)超聲波檢測均為Ⅰ類樁，既保證了線路運(yùn)營及施工安全，又保證了施工質(zhì)量,運(yùn)用是比較成功的。深護(hù)筒埋設(shè)一般在深水地段樁基施工運(yùn)用比較廣泛，在陸地上，尤其是在鄰近營業(yè)線處運(yùn)用比較少，實(shí)踐證明，采用該法對軟土地基處的線路路基安全穩(wěn)定控制具有較好的參考價(jià)值。

[1]中鐵三局集團(tuán)有限公司 TB 10203-2002鐵路橋涵施工規(guī)范［S］北京：中國鐵道出版社.2002.

[2]中鐵三局集團(tuán)有限公司 TB 10415-2003鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］北京：中國鐵道出版社.2004.

[3]中國建筑科學(xué)研究院 JGJ 79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］北京：中國建筑工業(yè)出版社.2013.

[4]濟(jì)南大學(xué)等 GB 50497-2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］北京：中國計(jì)劃出版社.2009.

[5]標(biāo)準(zhǔn)定額研究所 JGJ 276-2012建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范［S］北京：中國建筑工業(yè)出版社.2012.

[6]江正榮.建筑地基與基礎(chǔ)施工手冊（第二版）［M］北京：中國建筑工業(yè)出版社.2001.

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2015-08-19