特殊環(huán)境下鐵路橋墩加固承臺基坑圍護及開挖方法探討

折 磊 中國鐵路上海局集團有限公司上海工務(wù)大修段

1 工程概況

徐州市軌道交通3 號線下穿既有鐵路京滬四線、東到線白云山立交橋，對既有白云山鐵路橋下部結(jié)構(gòu)有較大影響，需對3號線下穿鐵路兩側(cè)的橋墩進行加固。白云山鐵路大橋建于1990 年，橋上鐵路分別為京滬四線和東到線，對應(yīng)鐵路里程分別為K801+595、K1+091。白云山橋為兩座分離式單線鐵路，橋均采用48 m 鋼桁梁，下穿影響的橋墩編號為50#、51#，東側(cè)為京滬四線，西側(cè)為東到線。橋址處白云山橋上跨響山路、京滬鐵路下行線及小運轉(zhuǎn)線，橋下管線較多，白云山大橋橋墩距小運轉(zhuǎn)鐵路股道約3 m。既有白云山鐵路橋50#、51#墩采用三柱式輕型墩+鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩身截面為1.6 m×0.6 m，墩身高分別為8.5 m、5.6 m，承臺尺寸為縱×寬×厚=5 m×6.6 m×2 m，基礎(chǔ)采用6Φ0.8 m 鉆孔樁，樁長分別為11.5 m、13 m（圖1）。

圖1 現(xiàn)場情況及示意圖

2 施工任務(wù)

對白云山鐵路鐵路橋50#、51#橋墩及承臺進行包裹加固，51#B 墩距離既有最近，主要以51#B 墩進行研究討論，根據(jù)設(shè)計圖紙的要求，橋墩兩側(cè)分別設(shè)置2 根φ1 m 的鉆孔樁，51#B墩有效樁長11 m，采用C30混凝土。51號墩B 承臺四周采用拉森鋼板樁進行圍護開挖。 開挖至既有承臺底面，鉆孔樁伸入新建承臺，既有承臺進行加寬加高，加固后承臺橫截面尺寸為縱×寬×厚=8.75 m×6.6 m×4.5 m，對既有橋墩墩身進行混凝土包裹，高度與蓋梁底齊平，加固后墩身尺寸為寬寬×高度=2.2 m×4.3 m（圖2）。

圖2 施工情況示意圖

3 施工環(huán)境與存在的難點

51#B 墩一半在響山路人行道上一半在鐵路工務(wù)工區(qū)房屋后，作業(yè)空間非常狹小，大型機械難以進入，按設(shè)計圖紙要求，圍護鋼板樁與小運轉(zhuǎn)線線路中心距離只有1.87 m，根據(jù)現(xiàn)場標高測量結(jié)果，基坑底與靠線路一側(cè)基坑底高差為6 m，基坑深度較深，小運轉(zhuǎn)線與京滬下線間電氣化桿距基坑不足5 m。電氣化桿基礎(chǔ)只有2 m 深。基坑圍護支護必須要得到保證，對線路路基及鐵路設(shè)備安全影響巨大。且施工影響的四條線路均為徐州站鐵路樞紐內(nèi)，對徐州北、徐州南、徐州站的列車運行都會產(chǎn)生巨大的影響，鐵路設(shè)備安全至關(guān)重要。經(jīng)過一段時間的施工，承臺其余三側(cè)鋼板樁施工已經(jīng)結(jié)束，但靠近既有線一側(cè)鋼板施工受阻，前期利用封鎖點進行線路側(cè)鋼板樁施工，鋼板只打入四根，且入土深度均不超過4m，經(jīng)過調(diào)查分析，小運轉(zhuǎn)線先建白云山鐵路橋后建，鐵路橋施工時可能采用混凝土和大型石塊回填，導致鋼板樁不能打入。承臺基坑距離小運轉(zhuǎn)線距離小、深度較深，必須進行好圍護才能進行施工，施工進入暫停狀態(tài)。如何保證小運轉(zhuǎn)線路基穩(wěn)定及電氣化桿安全穩(wěn)定成為下一步施工的重點。

4 圍護方案研究比選及確定

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為確保鐵路路基安全穩(wěn)定，先在承臺位置對應(yīng)線路上架設(shè)D16 便梁，確保鐵路路基安全穩(wěn)定，再進行方案的進行研究探索。經(jīng)過多次的現(xiàn)場測量、施工機械調(diào)查和方案討論，提出三種施工方案。具體如表1。

表1 基坑圍護及路基加固方案對比表

組織施工、監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主、鐵路設(shè)備管理單位進行討論，對以上四種方案進行分析對比，方案1挖孔樁圍護工期太長、鐵路邊降水施工風險大方案不可行，方案2 重力式擋墻，需從上往下施工，擋墻沒有受力點，驗算不能通過，方案3 土釘墻，土釘錨入路基下，路基為回填土，不是原狀土，土釘錨無法受力，方案不可行。方案4 鋼板樁擋墻，鋼板樁橫向設(shè)置，一邊與簡支梁橋橋臺混凝土固定，一邊與另一側(cè)鋼板樁焊接，開挖50cm 施工一層，在對鋼板樁進行縱向連接形成整體，利用既有橋墩進行支撐，方案可性行大，設(shè)計單位進行驗算補充。

經(jīng)設(shè)計單位進行多次驗算，增加支撐，可以達到圍護及保證路基安全穩(wěn)定的效果，經(jīng)大家一致同意，按照設(shè)計重新驗算補充結(jié)果，執(zhí)行方案4的施工方法（圖3）。

圖3 最終施工情況示意圖

5 施工方法

（1）施工工藝流程

基坑開挖（1.12 m）——橋臺混凝土植筋固定焊接——鋼板樁橫撐安裝、焊接加固——焊接水平鋼支撐2 道——繼續(xù)基坑開挖（1 m）——鋼板樁橫撐安裝、焊接加固——繼續(xù)基坑開挖（1 m）——鋼板樁橫撐安裝、焊接加固——焊接水平鋼支撐2道——繼續(xù)基坑開挖（1 m）——鋼板樁橫撐安裝、焊接加固——焊接水平鋼支撐1 道——繼續(xù)基坑開挖（1 m）——鋼板樁橫撐安裝、焊接加固——焊接水平鋼支撐1道。

（2）基坑開挖

基坑開挖分5 次進行，每次開挖深度分別為1.4 m、1 m、1 m、1 m、1 m。開挖完成后及時按照要求設(shè)置鋼板橫撐。一端固定于于響山路既有橋臺植筋上（僅橋臺上口混凝土處進行植筋）并增加支撐，支撐在邊柱上。另一端焊接固定在已施工的槽鋼樁上，并從中柱設(shè)置支撐，支撐在槽鋼樁中心。

（3）橋臺混凝土植筋固定焊接

考慮老橋臺為片石墻，受力性能有限，故僅在支座墊石層（約50 cm 厚混凝土）上進行植筋φ20@15 cm，用于固定及安裝槽鋼樁橫撐，植筋完成后采用C25混凝土進行包固保護。另一端設(shè)置已施工的鋼板樁上焊接加固。

（4）鋼板樁橫撐安裝、焊接加固

首道橫向鋼支撐安裝到位后，按逐根向下依次施工，考慮施工空間，將鋼板樁橫撐切割為1.6 m 和3 m，安裝完成后焊接連接，并綁焊接φ20的鋼筋進行加固，若鋼板樁接縫不規(guī)整，可填充適當直徑的鋼筋進行綁焊連接。

首層施工完成后，按照上述工藝繼續(xù)下層施工。

基坑采用邊圍護邊開挖，到達既有承臺底標高后，立即澆筑混凝土墊層進行基坑封底，保證基坑安全穩(wěn)定，然后依次進行承臺加固鋼筋混凝土施工，利用鋼板樁圍護做外模，直接澆筑承臺混凝土，確保路基安全穩(wěn)定。

（5）鐵路設(shè)備監(jiān)測

在各個位置設(shè)置監(jiān)測點，1.D16 便梁支墩沉降測點，2.橋墩承臺沉降位移測點，3.鐵路路基監(jiān)測點，4.電氣化桿監(jiān)測監(jiān)測點，施工過程中按照要求對每個觀測點每2 h 進行一次觀測，確保鐵路設(shè)備安全穩(wěn)定，直至施工結(jié)束，小運轉(zhuǎn)線路基沉降最大累計值為-0.96 mm，51#B 墩最大累計位移為X-0.822 mm，Y0.05 mm，電氣化桿無任何位移變化，各項變化值均在允許范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語

通過此次施工方法的探究摸索，解決了施工空間狹小，距離鐵路線路距離較近的鐵路橋加固施工過程中基坑開挖及圍護方法有了一定的經(jīng)驗教訓，施工過程中鐵路設(shè)備安全得到了有效保證，施工難題得到了解決，近距離鄰近營業(yè)線施工保證鐵路設(shè)備安全穩(wěn)定是施工過程中的重點和難點，也為后期城市軌道交通下穿鐵路橋施工奠定了一定的基礎(chǔ)。