臨近鐵路既有線橋梁承臺施工的鋼板樁防護措施

王 平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司,山東 日照 276800)

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臨近鐵路既有線橋梁承臺施工的鋼板樁防護措施

王 平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司,山東 日照 276800)

以南堡疏解線特大橋跨越津山線工程為例，為保證臨近既有鐵路線路基的穩(wěn)定性，提出了橋梁承臺施工時鋼板樁的防護措施，并闡述了鋼板樁布置、計算及施工方法，指出鋼板樁防護對于距離近、覆蓋層厚的承臺施工具有周期短、見效快、成本低、安全性高等優(yōu)點。

既有線，鋼板樁，承臺，沉降監(jiān)測

1 工程概況

新建南堡疏解線特大橋跨越津山線中心里程為N1SDK2+388.02，大橋全長1 844.96 m，全橋孔跨布置為：14×24 m+27×32 m+1×24 m+1×24 m(超低高)+1×24 m +16×32 m。橋梁上跨既有津山鐵路，42號，43號墩比鄰既有線，承臺基坑開挖及樁基施工勢必影響到津山鐵路線路基的穩(wěn)定。位置關(guān)系及縱斷面分別見圖1,圖2。

比鄰既有線最近的43號主墩與既有線路基的位置關(guān)系如圖2所示。

2 防護措施

為保主鉆孔樁施工過程中既有線路基邊坡的穩(wěn)定性，不因孔口坍塌等事故而影響既有線安全，因此在場地平整完畢鉆孔樁基礎(chǔ)施工前，由于距離既有線較近(承臺邊最近處距鐵軌僅5.4 m)，為保證行車安全，采取了必要的防護措施。

2.1 防護樁的布置

通過對現(xiàn)行的基坑支護方式的比較，最后鋼板樁以其高強度、輕質(zhì)量、環(huán)保性能強等特性，并且工期短，施工簡單，建設(shè)過程造價低等優(yōu)勢被采用，43號墩承臺基坑開挖四邊均采用鋼板樁防護，為保證鋼板樁的閉合整體性，43號鋼板樁在樁基施工前全部打入。鋼板樁采用WRU150型，板厚10 mm，尺寸如圖3所示。

2.2 鋼板樁的支護計算

經(jīng)查淤泥的重度r為15.4 kN/m3，土的內(nèi)摩擦角3.1°，如圖3所示，鋼板樁寬度為46 cm，施工計算鋼板承載的土的主動土壓力及土方被動土壓力值相等，解方程可得t=1.03 m，因津山為國家鐵路繁忙干線，不允許有絲毫大意，為安全起見安全系數(shù)取值為1.6，埋深為t′=1.6×t0=9.968 m。

即：按照設(shè)計要求可選擇15 m鋼板樁防護。

計算如下：

1)土方主動土壓力:

Ea=Ea1+Ea2=ea1×15+t(ea1+ea2) 。

ea1=t1γ1tg(45°-φ1/2)-2Ctg(45°-φ1/2) =10×18×tg(45°-18/2)-2×15×tg(45°-18/2) =108.9 kN/m2。

ea2=ea1+t2γ2tg(45°-φ2/2)-2Ctg(45°-φ2/2) =108.9+t×18×tg(45°-25.6/2)-2×15×tg(45°-25.6/2) =90.03+11.3tkN/m2。

其中，ea為主動土壓力所處位置的最大壓強；γ1為土的重度,查值為18 kN/m;C為土的粘聚力；t1為土質(zhì)分界深度,取15 m。

根據(jù)上式求得:Ea1=544.5 kN/m;Ea2=t(108.9+90.03+11.3t)=99.46t+7.3t2kN/m。

2)土方被動土壓力:

Ep=Ep1+Ep2=ep1×5.2+t(ep1+ep2) 。

ep1=t2γ1tg(45°+φ1/2)+2Ctg(45°+φ1/2)=5.2×18×tg(45°+18/2)+2×15×tg(45°+15/2)=170.1 kN/m2。

ep2=ep1+tγ2tg(45°+φ2/2)+2Ctg(45°+φ2/2)=170.1+t×18×tg(45°+25.6/2)+2×14×tg(45°+25.6/2)=214.34+28.44tkN/m2。

其中，ep為被動土壓力所處位置的最大壓強；γ1為土的重度,查值為18 kN/m;C為土的粘聚力。

根據(jù)上式求得:Ep1=442.26 kN/m;Ep2=192.2t+14.22t2kN/m。

根據(jù)平衡公式∑Ea=∑Ep,將兩式聯(lián)立代入,可得下式:

544.5+99.46t+7.3t2=442.26+192.2t+14.22t2。

整理得: 6.92t2+92.74t-102.24=0。

即可求得:t=1.03 m。

鋼板支護樁的最小錨固深度為:t0=5.2+1.03=6.23 m。

取安全系數(shù):K=1.6，則:t′=K×t0=1.6×6.23=9.968 m。

鋼板支護樁總長:L=t′+H=9.968+4.8=14.768 m。

取長度L=15 m。

2.3 防護樁的施工

1)施工前的準(zhǔn)備。

防護樁位于既有線路基邊坡上，開工前遞交書面報告，征得所屬工務(wù)段、電務(wù)段的書面同意，并簽訂施工安全協(xié)議，待施工和搶險材料備足后，開始動工；施工期間，施工單位安排專人24 h進行監(jiān)控和巡查，密切觀測線路變化情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時匯報相關(guān)單位，消除安全行車的隱患因素。

2)鉆孔樁基礎(chǔ)施工。

根據(jù)本工程地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，確定跨既有線42號、43號墩鉆孔樁采用回旋鉆鉆機成孔；鋼筋由加工廠分節(jié)加工成6 m～8 m的鋼筋籠，炮車運至施工現(xiàn)場后，吊車起吊安裝入孔；混凝土采用商混凝土，罐車運至施工現(xiàn)場后，由汽車泵通過導(dǎo)管進行水下混凝土灌注。

鉆孔灌注樁在鉆進、成孔和澆筑混凝土過程中，要把握好作業(yè)時間和泥漿比重，避免因時間過長或泥漿比重不合格而造成坍孔事件。施工過程中如發(fā)生坍孔事件，要及時發(fā)現(xiàn)，快速啟應(yīng)急預(yù)案，第一時間進行回填處理，以保證既有線路基的穩(wěn)定。

2.4 承臺施工

承臺的開挖。

1)基坑開挖防護。

43號墩承臺采用垂直方式進行開挖，基坑邊坡全部采用鋼板樁進行防護，開挖前先打入鋼板樁。為保證鋼板樁的整體剛度，在開挖過程中，自頂端下50 cm處和鋼板樁中部處各加設(shè)一道水平工字鋼，工字鋼與鋼板樁間用焊接方式連接，如圖4所示。

2)鋼板樁施打。

本工程鋼板樁采用打樁機(SV-2000型液壓)進行錘打，受鋼板樁長度影響，在施打中，鋼板樁易向一邊傾斜，考慮到傾斜誤差不易糾正，鋼板樁的垂直度難控制，所以鋼板樁施工擬采用屏風(fēng)式打入法。該方法由于打入精度高不易使板樁發(fā)生變形、傾斜和墻面凹凸。沉樁方式根據(jù)發(fā)生的墊層不同，如阻力過大的砂層、礫石層中, 可采用高壓沖水或振動法沉樁，不能用錘硬打。

施工時采用屏風(fēng)式打入法，將10根～15根鋼板樁排列成屏風(fēng)狀，成排插入導(dǎo)架內(nèi)，然后按設(shè)計標(biāo)高將屏風(fēng)墻兩端的一組鋼板樁打好，采用循環(huán)往復(fù)順序施打，降低由于板樁垂直度、位移、軸線方向的伸縮、板樁墻的凹凸與打樁頻率及施打順序的直接影響。

鋼板樁插打前,為減少拔樁的摩擦力，首先在鋼板樁內(nèi)外兩側(cè)涂刷瀝青然后插入土層內(nèi)部,在鋼板樁施打時,每隔4 m設(shè)一道夾木,在板樁起吊前夾好夾木,施打時逐一拆除,周轉(zhuǎn)使用。組樁及單樁的鎖口內(nèi),涂以黃油混合物，加強防滲性能。

3)基坑回填。

為保證既有線路基的穩(wěn)定性，43號墩全部邊坡防護保留。42號墩其他部位邊坡防護和模架體系等混凝土強度達到設(shè)計值后予以拆除，然后采用粘土對稱分層夯實回填。

2.5 既有線沉降監(jiān)測

施工中應(yīng)加強既有線路基的沉降監(jiān)測，派專人巡視路基情況，在橋軸兩側(cè)10 m范圍內(nèi)既有線兩側(cè)各設(shè)兩個沉降觀測點，每天4次用水準(zhǔn)儀對線路進行沉降觀測，時刻關(guān)注防護樁的位移情況。發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報項目部，并與工務(wù)段聯(lián)系對原因進行分析，采取有效控制措施。

2.6 收尾善后

橋墩墊石混凝土施工完畢拆除模具后，南堡疏解線特大橋跨津山鐵路跨既有線下部結(jié)構(gòu)全部完成。待相關(guān)單位批準(zhǔn)拆除后，拆除安全屏障墻和錨固鋼軌，并用粘土將空眼扎實封固。

3 結(jié)語

鋼板樁防護對于距離近、覆蓋層厚的承臺基礎(chǔ)施工具有以下優(yōu)點:1)施工周期短,見效快。2)材料、設(shè)備投入低。3)受約束條件少,安全可靠。鋼板樁防護應(yīng)變能力強，可以確保就近基礎(chǔ)的集合尺寸、位置,抗?jié)B性能高,單片板樁剛度大、不易變形，施工安全等，值得推廣應(yīng)用。

[1] 張伯平,黨進謙.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].西安：西安地圖出版社,2010.

[2] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑出版社,2013.

[3] 楊文淵,徐 彝.橋梁基礎(chǔ)施工工程師手冊[M].北京：人民交通出版社,2013.

Steel-sheet pile preventing measures of existing adjacent railway bridge cushion construction

Wang Ping

(ChinaRailway23rdBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Rizhao276800,China)

Taking Nanbao Shu-Jie line extra-large bridge crossing Jin-Shan line engineering as an example, in order to guarantee the adjacent existing railway subgrade stability, the paper puts forward steel-sheet pile protecting measures in bridge cushion cap construction, and describes steel-sheet pile distribution, calculation and construction methods, and finally points out advantages of steel-sheet pile protection for short-distance and thick-covering cushion construction, such as short construction duration, fast efficiency, low cost and high safety and so on.

existing railway line, steel-sheet pile, cushion cap, settlement monitoring

1009-6825(2017)14-0167-02

2017-02-26

王 平(1983- )，男，工程師

U443.25

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