一種高速鐵路框架橋涵接長(zhǎng)的新工法

連新奇

(海南鐵路有限公司，海南?？?570125)

1 概述

我國(guó)高速鐵路自本世紀(jì)初開(kāi)始建設(shè)，至今已建成并開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的里程超過(guò)20 000 km。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，鐵路客運(yùn)量大幅增長(zhǎng)，初期規(guī)劃設(shè)計(jì)的局限性逐漸顯現(xiàn)，使得部分高鐵線路需要增設(shè)車(chē)站，以適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及方便群眾出行[1-3]。

高鐵車(chē)站的增設(shè)將引起既有框架橋涵接長(zhǎng)施工的問(wèn)題[4]。其常規(guī)工法為:①涵洞八字墻后做樁基防護(hù)；②拆除八字墻；③接長(zhǎng)涵洞施工[5]。其中，樁基施工及拆除八字墻都涉及到擾動(dòng)路基本體，需要封鎖線路施工，可能影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全[6-8]。因此，常規(guī)工法必須在高鐵停止運(yùn)營(yíng)的天窗點(diǎn)施工，且存在工期長(zhǎng)、效益差、安全性低等問(wèn)題[9]。

在常規(guī)工法基礎(chǔ)上，張景元等[10]提出新舊箱涵連接處的止水設(shè)計(jì)方案，可控制路基、管線的變形范圍，使得施工期列車(chē)可慢行通過(guò)；曹建新等[11]提出了便梁加固線路頂進(jìn)接長(zhǎng)框架涵的快速施工方法，通過(guò)場(chǎng)外預(yù)制框架涵主體，減少了營(yíng)業(yè)線作業(yè)時(shí)間，降低了既有線施工風(fēng)險(xiǎn)，但仍需要對(duì)列車(chē)進(jìn)行限速。以往工法難以克服橋涵接長(zhǎng)施工與列車(chē)運(yùn)營(yíng)之間的相互影響，以下提出一種新工法，可以在不影響高鐵正常運(yùn)營(yíng)的條件下對(duì)框架橋涵進(jìn)行接長(zhǎng)施工[12]。

2 高鐵框架橋涵接長(zhǎng)的方案設(shè)計(jì)

海南環(huán)島鐵路東段長(zhǎng)度為308.11 km，目前已增設(shè)1座車(chē)站，共涉及到6座框架橋涵需要接長(zhǎng)。

2.1 總體施工方案

施工前，利用Ⅲ級(jí)封鎖點(diǎn)對(duì)既有路基邊坡插打鋼板樁進(jìn)行防護(hù)，再采用破碎錘拆除既有八字墻墻身及基礎(chǔ)?；娱_(kāi)挖前，應(yīng)在綜合維修段工務(wù)、信號(hào)、通信、供電專(zhuān)業(yè)監(jiān)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行探溝的開(kāi)挖，探明地下電纜的走向、數(shù)量等，并做好相應(yīng)防護(hù)工作。同時(shí)，建立和完善聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與既有線行車(chē)與設(shè)備等管理部門(mén)之間的互聯(lián)互通。

基坑開(kāi)挖一般采用無(wú)支護(hù)機(jī)械開(kāi)挖與人工輔助開(kāi)挖，根據(jù)地質(zhì)情況和基坑深度選取適宜的開(kāi)挖坡度。在既有涵洞八字墻一側(cè)，設(shè)置鋼板樁、鋼管柱和竹排進(jìn)行既有路基防護(hù)。對(duì)于采用旋噴樁加固處理的涵洞，可與路基加固防護(hù)同步施工；對(duì)于采用基底換填砂夾碎石的涵洞，基坑開(kāi)挖后應(yīng)盡快施工，以防止雨水浸泡[13]。

根據(jù)鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛限界制定施工臨時(shí)行車(chē)限界，嚴(yán)禁施工機(jī)具、工程材料等侵入臨時(shí)行車(chē)限界。大型機(jī)械施工時(shí)，必須采用“一機(jī)一人，人隨機(jī)走”的防護(hù)原則。開(kāi)挖后，基坑四周應(yīng)搭設(shè)鋼管或舊軌枕防護(hù)，夜間在醒目位置掛設(shè)照明燈，以防止行人車(chē)輛誤入施工區(qū)域。

2.2 框架橋接長(zhǎng)方案

采用繩鋸設(shè)備對(duì)八字墻進(jìn)行切割。既有八字墻頂面寬0.6 m，底面寬2.82 m，接長(zhǎng)框構(gòu)主體邊墻厚0.72 m。八字墻切除至頂面以下1.5 m處時(shí)，人工鑿出設(shè)置橫向支撐工字鋼的支點(diǎn)槽，放置2道I40a橫向型鋼。兩端與[20型鋼焊接，以方便綁扎鋼筋及支設(shè)模板。在綁扎邊墻鋼筋時(shí)，鋼筋間距可適當(dāng)調(diào)整。八字墻切除后，路基邊坡有1.5 m左右無(wú)防護(hù)，可將腳手架鋼管打入坡面3 m進(jìn)行加固，鋼管單根長(zhǎng)3 m，間距0.5 m，鋼管與土體之間設(shè)置竹排支擋。如圖1所示。

2.3 涵洞接長(zhǎng)方案

加固說(shuō)明:既有蓋板涵填土高度6.9 m。對(duì)八字墻外側(cè)進(jìn)行鋼板樁防護(hù)施工，鋼板樁單根長(zhǎng)度為6m。在鋼板樁頂部靠八字墻一側(cè)設(shè)置I20a型鋼，工字鋼與鋼板樁采用U形箍連接，每米設(shè)置1道。在兩道工字鋼間設(shè)置1道橫撐，橫撐采用I20a型鋼，長(zhǎng)度為6.5 m。后設(shè)置斜撐使其形成整體固結(jié)。如圖2所示。

圖1 框架橋接長(zhǎng)方案(單位：cm)

圖2 2號(hào)涵洞鋼板樁防護(hù)設(shè)置示意(單位：mm)

3 高鐵框架橋涵接長(zhǎng)的施工工法

3.1 施工準(zhǔn)備

①開(kāi)工前，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)要求，檢查既有橋梁和涵洞，核對(duì)其布局、孔徑、長(zhǎng)度、出入口高程等基本數(shù)據(jù)。

②了解地方電源及水源情況，確定接電及接水口，并配備發(fā)電機(jī)。

③對(duì)地下管線、限高架等設(shè)備進(jìn)行調(diào)查，并做好改移、防護(hù)、監(jiān)護(hù)工作。

3.2 鋼板樁施工

采用拉森40鋼板樁，打入前應(yīng)對(duì)打樁位置進(jìn)行放線。振動(dòng)錘順橋向夾起鋼板樁，當(dāng)鋼板樁吊離地面后，轉(zhuǎn)動(dòng)打樁機(jī)，并將樁放入指定位置。振樁前，振動(dòng)錘的樁夾應(yīng)夾緊鋼樁上端，并使振動(dòng)錘與鋼樁重心在同一直線上。符合要求后，開(kāi)動(dòng)機(jī)器，打設(shè)第一根樁。完成后檢查成樁的深度、位置，符合要求后，打設(shè)第二根樁。以此類(lèi)推，直至完成所有鋼板樁的施工。

3.3 基坑開(kāi)挖

采用機(jī)械開(kāi)挖、人工配合修正邊坡，人工開(kāi)挖、清底兩種基坑開(kāi)挖形式。斷道開(kāi)挖應(yīng)先與地方政府取得聯(lián)系，并采取繞道方案保障車(chē)輛通行。為了確保泄洪功能，在排洪涵施工前，必須設(shè)置導(dǎo)流管或明渠引水。

基坑開(kāi)挖之前，首先應(yīng)檢查基坑的中心線、方向和高程?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，若有地下水滲出，應(yīng)設(shè)置污水泵與集水坑將水及時(shí)排出，避免基底受到浸泡?；娱_(kāi)挖應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不可中斷。開(kāi)挖至距設(shè)計(jì)高程200～500 mm處改由人工清底、平整，防止超挖現(xiàn)象，最大限度減小對(duì)基底原狀土的擾動(dòng)。

3.4 基礎(chǔ)施工

基礎(chǔ)施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，檢查基坑的位置、尺寸及高程、承載力、基底地質(zhì)等情況，核對(duì)無(wú)誤后方可施工。

樁基施工過(guò)程中，應(yīng)預(yù)防樁基塌孔，做好基礎(chǔ)施工工藝控制；建議采用跳樁施工，降低樁基礎(chǔ)施工對(duì)既有鐵路的影響[15]。另一方面，應(yīng)加強(qiáng)既有樁基、墩身的沉降監(jiān)控，并對(duì)鋼筋籠吊裝進(jìn)行安全防護(hù)，嚴(yán)控吊臂伸出長(zhǎng)度，以免進(jìn)入高速鐵路軌面范圍[16]。

3.5 混凝土施工

①混凝土采用工廠化拌制，輸送車(chē)運(yùn)輸，泵車(chē)灌注，插入式振動(dòng)器搗固，滴槽養(yǎng)生[17]。

②模板采用普通定型組合鋼模板，木模板部位需外包鐵皮。

③鋼筋應(yīng)保持平直，無(wú)局部彎折；表面無(wú)油漬、漆污、浮皮、鐵銹等物。加工后不應(yīng)出現(xiàn)削弱鋼筋截面面積的傷痕[18]。

④混凝土灌注之前，必須清除模板及鋼筋表面的雜物，然后均勻涂抹隔離劑于模板，以利拆模。核對(duì)模板的幾何尺寸和堅(jiān)固程度，對(duì)鋼筋規(guī)格、數(shù)量、位置，螺栓、鋼板等預(yù)埋件位置進(jìn)行檢查，待檢驗(yàn)合格后，方能灌注混凝土。

⑤混凝土灌注過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人檢查模板、支架、拱架、鋼筋和預(yù)埋件等穩(wěn)固情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超過(guò)允許偏差變形值或堵塞等情況時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并在混凝土初凝前完成修整，以免產(chǎn)生施工縫。

3.6 養(yǎng)護(hù)施工

①混凝土振搗完成后，應(yīng)盡量減少暴露時(shí)間，及時(shí)采用塑料布對(duì)暴露面進(jìn)行緊密覆蓋，以免水分蒸發(fā)。

②混凝土初凝前，應(yīng)卷起覆蓋物，搓壓不少于2次，待表面平整壓實(shí)后再次覆蓋[19]。

③混凝土接近終凝時(shí)，卷起覆蓋物，鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)毯，待養(yǎng)護(hù)毯深度濕潤(rùn)后，重新覆蓋塑料布，進(jìn)入保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

④?chē)?yán)禁在升溫階段(表層溫度較高時(shí))對(duì)混凝土進(jìn)行涼水養(yǎng)護(hù)。

⑤澆水次數(shù)應(yīng)保證混凝土處于濕潤(rùn)狀態(tài)(白天通常1～2 h一次，晚上4h一次)。混凝土表層溫度降至小于養(yǎng)護(hù)水溫10℃以下時(shí)，可進(jìn)入灑水養(yǎng)護(hù)階段[20]。

3.7 沉降縫及防水層施工

①基礎(chǔ)沉降縫的位置應(yīng)與涵身沉降縫一致。

②涵洞沉降縫端面必須垂直整齊。

③防水層中使用的瀝青、麻布、石棉粉等防水材料必須達(dá)到規(guī)定要求。

④防水層接頭搭接有序，相鄰橫向搭接縫錯(cuò)開(kāi)，朝水流方向壓蓋。

⑤填縫前，必須確保沉降縫清潔并干燥。

⑥框架涵頂采用M10水泥砂漿找平層、甲種防水層和C40纖維混凝土保護(hù)層；側(cè)面采用丙種防水層、聚氨酯涂料。

框架橋接長(zhǎng)施工工藝流程與涵洞接長(zhǎng)施工工藝流程如圖3、圖4所示。

4 常規(guī)工法與新工法的對(duì)比

以某10.0 m×7.0 m框架橋?yàn)槔瑢?duì)常規(guī)工法和新工法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。原設(shè)計(jì)方案為:接長(zhǎng)框架橋的框架兩側(cè)各設(shè)3根挖孔樁防護(hù)，挖孔樁截面尺寸為1.5 m×1.8 m，樁長(zhǎng)為16 m。挖孔樁及防護(hù)的主要工程數(shù)量為:挖土268 m3，C20樁身混凝土172.8 m3，C15護(hù)壁混凝土94.8 m3，樁身11.232 t，樁間木擋板8.4 m3。

圖3 框架橋接長(zhǎng)施工工藝流程

圖4 涵洞接長(zhǎng)施工工藝流程

4.1 安全性對(duì)比

(1)常規(guī)工法

樁基施工及拆除八字墻都會(huì)擾動(dòng)路基本體，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響很大；且在路基邊坡上施工空間受限，只能采用機(jī)械挖孔樁機(jī)施工，工效較低，而且存在施工時(shí)塌孔等安全隱患。

(2)新工法

切割八字墻的方法可以在高鐵運(yùn)營(yíng)期間施工，切割機(jī)械為混凝土取芯機(jī)及繩鋸，不需要大型機(jī)械，也不會(huì)對(duì)鐵路路基本體造成擾動(dòng)，對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)安全影響較小。

4.2 質(zhì)量對(duì)比

(1)常規(guī)工法

易造成框架橋涵與路基本體之間的三角區(qū)路基填筑困難，影響路基填筑質(zhì)量。

(2)新工法

采用切割八字墻的施工方法，可以利用切割后的八字墻作為框架橋涵現(xiàn)澆混凝土的外模板，不存在三角區(qū)路基填筑困難的問(wèn)題。

4.3 工期對(duì)比

(1)常規(guī)方法

正常情況下，人工挖孔樁單人施工速度為2～3 m/d，只能在天窗點(diǎn)進(jìn)行施工作業(yè)速度大約為1.5 m/d。接長(zhǎng)框架橋的框架兩側(cè)各設(shè)3根挖孔樁防護(hù)，挖孔樁截面尺寸為1.5 m×1.8 m，樁長(zhǎng)為16 m，每根樁至少需要10 d的作業(yè)時(shí)間。考慮到高鐵運(yùn)營(yíng)安全，框架橋每側(cè)不能同時(shí)開(kāi)挖兩根及以上樁。因此，挖樁工期大約為30 d。

(2)新工法

采用切割八字墻的方法，混凝土取芯機(jī)鉆孔耗時(shí)2 d，繩鋸切割耗時(shí)1 d，累計(jì)工期3 d，相較于常規(guī)工法可節(jié)約工期約27 d。

4.4 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益對(duì)比

(1)常規(guī)方法

挖孔樁防護(hù)主要工程數(shù)量為:挖土268 m3，C20樁身混凝土172.8 m3，C15護(hù)壁混凝土94.8 m3，樁身11.232 t，樁間木擋板8.4 m3。混凝土綜合單價(jià)按2 000元/m3，挖孔樁造價(jià)約為54萬(wàn)元。

(2)新工法

工程量:切割八字墻單側(cè)約為96 m2，雙側(cè)合計(jì)為192 m2，每平方米切割費(fèi)用約1 000元，合計(jì)費(fèi)用為19萬(wàn)元。

新工法節(jié)約混凝土268 m3，節(jié)約鋼筋11 t，節(jié)約樁間木擋板8.4 m3，減少棄土268 m3，較傳統(tǒng)方法節(jié)約費(fèi)用約35萬(wàn)元，且節(jié)約資源與用地，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

“繩鋸切割既有八字墻”工法能夠有效解決框架橋涵接長(zhǎng)對(duì)既有高鐵路基本體擾動(dòng)的問(wèn)題。相較于常規(guī)方法，其安全性較高、施工質(zhì)量較好、工期大大縮短、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益突出。在海南環(huán)島鐵路東段的框架橋涵接長(zhǎng)施工中，新工法取得了良好的施工效果，可在今后既有鐵路框架橋涵接長(zhǎng)施工中推廣應(yīng)用。