既有高速鐵路橋梁基礎(chǔ)防護(hù)施工技術(shù)

王 健

(中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300000)

隨著基建設(shè)施大規(guī)模的批準(zhǔn)和建設(shè)，越來越多的臨近、交叉、穿越施工顯現(xiàn)，在臨近交叉或者穿越施工中，怎么保證既有結(jié)構(gòu)的安全是施工方案中必須關(guān)注和重視的，關(guān)于臨近橋梁施工時對既有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)保護(hù)的案例有很多，很多從業(yè)者從中提煉了寶貴的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。賈大鵬等[1]采用有限元軟件分析了采用隔了措施后隧道施工對既有橋梁墩臺結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明隔離樁在降低既有結(jié)構(gòu)變形方面效果良好。紀(jì)茜堯等[2]通過數(shù)值模擬，認(rèn)為考慮到隧道結(jié)構(gòu)特點，施工中采用埋入式隔離樁代替全長隔離樁具有不錯的經(jīng)濟(jì)效益。林炳泉等[3]結(jié)合地鐵線路下穿高速公路橋梁案例，模擬了隔離樁施工對既有結(jié)構(gòu)的影響，表明隔離樁自身施工時對橋梁樁基產(chǎn)生的負(fù)摩阻力可以忽略不計。宋慧林[4]認(rèn)為隔離樁保護(hù)相對于超前深孔注漿會導(dǎo)致樁身整體總的側(cè)摩阻力增大?？萚5]通過實際施工案例分析得出，隔離樁設(shè)置在距離隧道的位置對控制影響較大，一般距離隧道越近，效果越好。盧致強(qiáng)等[6]結(jié)合某施工案例，根據(jù)隔離樁加固效果和土體滑裂面的關(guān)系，建議隔離樁嵌入到滑裂面以下一定深度才能保證加固效果，通常不小于4m。王祖賢等[7]正交試驗結(jié)果表明，樁長對保證隔離樁的控制效果十分關(guān)鍵，因此要保證樁長超過隧道底部埋深的1.2 倍。周希[8]的現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，隔離樁的施工對既有橋梁墩臺的沉降影響最大，水平位移相對要小很多。

上述文獻(xiàn)大多數(shù)是通過數(shù)值模擬來分析隔離樁施工對既有結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)場實際施工的數(shù)據(jù)相對較少，本文結(jié)合鄭許市域鐵路工程許昌段下穿鄭萬高鐵及京廣高鐵，采用隔離樁法施工有效控制了既有結(jié)構(gòu)的變形，對隔離樁法施工的工藝原理和施工關(guān)鍵工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1 工程概況

如圖1所示，鄭許市域鐵路工程許昌段DK59+765.05～DK60+149.00 為路基段施工，長383.95m，從京廣高鐵新許特大橋615#、616#墩之間80m 跨連續(xù)梁橋孔中穿過，與京廣高鐵交叉里程位于京廣高鐵二郎廟線路所至許昌東站區(qū)間K757+377.817～K757+457.837，交叉角度為24°。此段區(qū)間涉及路基、軌道、通信、信號、接觸網(wǎng)、牽引變電、電力工程等，需要接觸網(wǎng)桿組立，強(qiáng)弱光電纜敷設(shè)等。

圖1 路基下穿京廣高鐵平面示意圖

該段下覆地層為深厚第四系地層、地下水位較高，為控制地基施工對京廣高鐵既有橋墩樁基所造成的影響，在DK59+951～+971 和DK60+022～+042 段路基與既有京廣高鐵橋墩之間采用隔離樁進(jìn)行加固，隔離樁共兩排，樁長為29m，共計210 根，隔離樁外側(cè)邊緣距離既有橋墩承臺外側(cè)邊緣的保護(hù)間距為1m。

2 總體施工方案

鄭許市域鐵路工程許昌段與鄭萬高鐵、京廣高鐵交叉，以下穿路基形式從既有鐵路橋梁下方穿過，路基沉降經(jīng)估算分析，不滿足無砟軌道路基工后沉降的設(shè)計要求，對路基地基采用U 型槽+鉆孔樁樁板結(jié)構(gòu)加固，對既有橋墩樁基礎(chǔ)影響較大。為控制地基施工對高鐵橋墩樁基所造成的影響，在路基與高鐵橋墩中間采用隔離樁進(jìn)行加固。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，考慮施工過程可能給既有結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，隔離樁施作在路基兩側(cè)與貼近既有結(jié)構(gòu)處的地下位置，隔離樁通過鋼筋、水泥的加固可以有效行程整體性較好的隔離結(jié)構(gòu)，以使得路基樁基施工時對周圍土體的影響被限制在隔離結(jié)構(gòu)一側(cè)，同時承受較大的土體側(cè)壓力，可以有效限制另一側(cè)既有結(jié)構(gòu)周圍土體的變形。

3 隔離樁施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

1）原材料試驗及設(shè)備進(jìn)場：水泥采用P.O42.5 水泥，水泥進(jìn)場后按照規(guī)范進(jìn)行檢驗。由于本工程施工場地狹小，位于京廣高鐵特大橋下部承臺1m 位置，現(xiàn)投入地質(zhì)鉆機(jī)3 臺。

2）確定施工機(jī)具和配套設(shè)備：鉆孔機(jī)及配套設(shè)備，機(jī)可采用YG100 型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆機(jī)作業(yè)高度小，滿足橋下凈空要求。

3）按照設(shè)計圖紙，施工之前對所有樁位進(jìn)行測放，復(fù)合水準(zhǔn)基點、樁位位置等。

4）鉆機(jī)就位必須鋪墊平穩(wěn)，垂直穩(wěn)定牢固，鉆頭對準(zhǔn)樁位，鉆桿垂直度檢查與調(diào)整。

3.2 技術(shù)要求

1）隔離樁是一種鋼筋混凝土地基加固樁，采用鉆機(jī)鉆具取芯鉆進(jìn)成孔，樁內(nèi)灌注C35 鋼筋混凝土成樁，灌注材料采用水泥漿。

2）隔離樁共設(shè)置兩排，規(guī)格采為0.25m@400。

3）隔離樁混凝土施工之前需要進(jìn)行混凝土試配，混凝土配合比需要通過現(xiàn)場試驗或試驗性施工最終確定。

4）隔離樁應(yīng)間隔施工，隔五打一（圖2）。

圖2 隔離樁施工

3.3 施工方法及施工工藝流程

隔離樁施工采用地質(zhì)鉆機(jī)，鉆機(jī)高4m，配3.5m 長鉆桿、250mm 取芯鉆頭，采取泥漿護(hù)臂進(jìn)行保護(hù)，成樁間隔實施，隔五打一，工藝流程如圖3 所示。

圖3 施工工藝流程圖

1）測量定位 施工定位采用全站儀進(jìn)行，確定隔離樁位置后用紅色油漆做醒目標(biāo)志。

2）鉆孔 將履帶螺旋鉆機(jī)安放在指定位置，安放水平，防止傾斜；將鉆桿抬至鉆機(jī)旁，啟動鉆機(jī)，慢慢鉆進(jìn)；每鉆進(jìn)2m 接一次鉆桿，直至得到設(shè)計有效深度。用測斜儀等檢測孔深、傾角等。注漿孔應(yīng)隔五打一施鉆，不應(yīng)全部鉆完再注漿，以免孔位竄漿。

3）鋼筋籠安裝 鉆孔完成后安裝鋼筋籠，鋼筋籠設(shè)置采用3 根?25 鋼筋通常布置，每節(jié)鋼筋籠每節(jié)長度4.5m，連接方式采用焊接。

4）注漿管安裝 下完鋼筋后及時安設(shè)注漿管，避免出現(xiàn)塌孔。注漿管采用內(nèi)徑3cm 的尼龍管，注漿管在樁內(nèi)通長，不能存在接頭。

5）注漿液配置和注漿 下放注漿管完畢后，要及時進(jìn)行注漿，注漿管將注漿機(jī)和注漿管連接在一起，接口要密封連接。注漿機(jī)需裝設(shè)壓力表，注漿壓力為0.2～0.3MPa。注漿管下至孔底后提起100mm 進(jìn)行注漿，直至孔口冒出純漿為止，然后邊注漿邊緩慢提起注漿管。

3.4 施工現(xiàn)場監(jiān)測

在施工影響范圍內(nèi)對既有橋墩建立位移變形(橫向、縱向水平位移和豎向位移)監(jiān)測系統(tǒng)，即在既有京廣高鐵橋梁承臺頂面四角及墩臺頂部四周各布置4 個監(jiān)測點，采用膨脹螺釘埋設(shè)，在影響范圍之外建立基準(zhǔn)點，采用精密水準(zhǔn)測量、三角測量法在路基鉆孔樁施工期間進(jìn)行墩臺橫向、縱向水平位移和整向位移監(jiān)測，分析路基鉆孔樁施工對既有橋墩的影響。

觀測期間要時刻關(guān)注墩臺的累積位移，當(dāng)位移達(dá)到極限值時（橫向、縱向、豎向位移極限值均為2mm），應(yīng)及時停止施工，并查清原因，針對超限位移原因采取針對性措施，確保墩臺安全。

3.5 施工質(zhì)量檢測

1）施工完成后對樁間土取樣進(jìn)行土工試驗，檢測其力學(xué)指標(biāo)相比隔離樁施工期的變化情況，然后做現(xiàn)場靜力觸探和標(biāo)貫試驗，測試隔離樁施工后的擠密加固效果。

2）樁基施工過程中，取混合料做同條件試塊，按照設(shè)計圖紙要求每臺班做一組3 塊40mm×40mm×160mm 的試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定28d 抗壓強(qiáng)度。

3）為確保工程質(zhì)量，樁基施工完成28d 后需要按照圖紙要求進(jìn)行樁身的完整性、樁土組成的復(fù)合地基的整體性進(jìn)行檢測，隨著隔離樁的施工，周邊土體會被成裝的擠壓而擠密，土體強(qiáng)度會隨之增加。

4）樁基施工7d 后，采用低應(yīng)變法對樁身的完整性進(jìn)行檢測，檢測頻數(shù)不少于施工總數(shù)的10%。

4 施工效果

京廣高速鐵路新許特大橋監(jiān)測顯示，垂直累計變化最大為616 號橋墩，累計變化最大值為0.23m，水平累計變化最大為616 號橋墩，累計變化最大值為-0.29mm，滿足規(guī)范規(guī)定，累計變形值與本次變形值均小于預(yù)警值。

相比原設(shè)計方案針對路基地基加固樁采取全鋼護(hù)筒永久跟進(jìn)設(shè)置，在樁基鉆孔施工過程中利用鋼護(hù)筒的剛度隔離鉆孔施工對周圍土體的擾動，節(jié)約成本299 萬元。

5 結(jié)語

下穿既有高鐵工程，對既有高鐵橋墩穩(wěn)定性影響最大的是橋墩周圍土體開挖施工，采用隔離樁提前對土體開挖范圍周邊土體進(jìn)行加固，確保既有高鐵橋墩周邊土體的穩(wěn)定性，從而保證了既有橋墩的穩(wěn)定。

1）設(shè)置隔離樁將路基與高鐵橋梁既有橋墩分離，形成1 個有效的屏障，能有效地保護(hù)鄰近既有橋墩樁基礎(chǔ)，降低路基工程施工中對既有橋墩的影響。

2）綜合考慮無砟軌道路基工后沉降的設(shè)計要求及既有高鐵橋梁橋墩位移影響，合理選擇設(shè)計參數(shù)，對下穿高鐵段路基地基鉆孔灌注樁及高鐵橋梁墩臺樁基進(jìn)行位移計算，確保計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3）實時監(jiān)測施工過程基礎(chǔ)位移，分析監(jiān)控數(shù)據(jù)，評估路基鉆孔樁施工對既有橋墩的影響。根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行施工工業(yè)和施工參數(shù)的調(diào)整和修正，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋和動態(tài)修正施工參數(shù)，可以確保施工安全、高效、快速。