江海高速公路下穿新長(zhǎng)鐵路頂推施工工藝

周偉 陳功 劉世同

1 工程簡(jiǎn)介

江都至海安高速公路是江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“五縱九橫五聯(lián)”中“橫三”的重要組成部分。高速公路主線樁號(hào)K87+450～K88+210段落下穿新長(zhǎng)鐵路,全長(zhǎng)760 m(包括箱體及引道)。道路中心線與新長(zhǎng)線交點(diǎn)公路里程K87+814.812,鐵路里程K346+235.312。箱體采用預(yù)制頂進(jìn)的方式進(jìn)行施工,頂板厚0.95 m,底板厚1 m,側(cè)墻厚0.95 m,上梗肋尺寸1 m×0.35 m,下梗肋尺寸0.3 m×0.15 m;兩孔箱身相互分離,中間設(shè)0.1 m的沉降縫。工程所處地區(qū)地質(zhì)條件不佳,施工地段所處位置為低洼的水塘及農(nóng)田,土體含水量大,承載力及土體的粘結(jié)力低,基坑開挖極易造成塌方;箱體單箱重量3 357 t,箱體施工定位精度要求高,頂進(jìn)過程中控制難度大。

2 施工方案

2.1 總體施工順序及規(guī)劃

總體施工順序?yàn)?首先進(jìn)行臨時(shí)設(shè)施建設(shè)、場(chǎng)地平整、基坑開挖及頂進(jìn)箱體預(yù)制等,同時(shí)在頂進(jìn)涵預(yù)制及養(yǎng)生階段做好箱體頂進(jìn)的準(zhǔn)備工作,即線路的加固、高壓旋噴等工作;既有線路下方箱涵頂進(jìn)就位后,同時(shí)現(xiàn)澆剩余兩節(jié)箱涵,并做好三角區(qū)回填;最后進(jìn)行線路恢復(fù)、護(hù)輪軌安裝及附屬工程的施工。

2.2 高壓旋噴樁施工

本工程樁基數(shù)量為424根,φ 50 cm,樁長(zhǎng)18 m,在線路兩側(cè)各兩排呈直線形布置。高壓旋噴樁施工在線路邊坡坡腳進(jìn)行,樁頂標(biāo)高為箱體設(shè)計(jì)底標(biāo)高,在施工時(shí)樁頭超打1 m,保證成樁質(zhì)量。旋噴樁施工鉆孔采用旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī),單管旋噴注漿加固,注漿前全面檢查注漿設(shè)備與材料,拌漿操作人員嚴(yán)格按配方配料,正式注漿后連續(xù)作業(yè),保證成樁質(zhì)量,相鄰樁體的作業(yè)間隔時(shí)間不應(yīng)少于48 h,間距不小于1.5 m,根據(jù)設(shè)計(jì)樁為密打直線形布置的情況,現(xiàn)場(chǎng)采用間隔跳打法施工。

2.3 基坑降水、工作坑排水

1)基坑降水。工作坑開挖前對(duì)基坑進(jìn)行降排水處理,對(duì)工作坑范圍內(nèi)進(jìn)行清淤,施工便道及加工場(chǎng)地范圍進(jìn)行清淤后換填。降水采取以深井降水為主,局部采用輕型井點(diǎn)降水的方法。開挖前在工作坑的外側(cè)按一定間距設(shè)置深井,開挖后根據(jù)深井降水效果考慮是否設(shè)置輕型井點(diǎn)。箱體頂進(jìn)階段在線路另一側(cè)增設(shè)深井。2)工作坑排水。工作坑外側(cè)設(shè)置河塘截水圍堰,工作坑內(nèi)部設(shè)置排水溝及集水井。在工作坑的四個(gè)拐角設(shè)置集水井,集水井中積水通過水泵向附近水塘排水,派專人對(duì)坑進(jìn)行抽水,確保坑內(nèi)干燥。

2.4 開挖方式

1)基坑開挖。工作坑土方采用機(jī)械挖土,提前布置深井降水。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況,挖土深5.6 m左右,路基側(cè)作用邊坡大于1∶1.5,后靠側(cè)采用拉森鋼板樁支護(hù),邊側(cè)采用1∶1.5放坡。2)頂進(jìn)時(shí)線路下方土方開挖。當(dāng)箱體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求、線路加固完畢后立即進(jìn)行頂進(jìn)施工,箱體頂進(jìn)24 h連續(xù)作業(yè),確保最短時(shí)間內(nèi)完成箱涵頂進(jìn)。為防止路基塌方,兩側(cè)根據(jù)土質(zhì)適當(dāng)放坡。線路下方土體開挖采用機(jī)械進(jìn)行,人工配合,挖土?xí)r嚴(yán)禁超挖,列車通過時(shí)停止一切作業(yè),設(shè)專人24 h對(duì)便梁支座及線路邊坡進(jìn)行觀測(cè)及防護(hù)。

2.5 滑板及后靠制作

2.5.1 滑板制作

滑板設(shè)置采用20 cm厚的C20混凝土面層,10 cm厚碎石墊層;為增加滑床板與基坑底的摩擦力,在滑板內(nèi)設(shè)置間距為4 m的防爬錨梁,尺寸為0.4 m×0.2 m,滑板內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng),防止頂進(jìn)過程中滑板開裂。

2.5.2 后靠

后靠制作采用鋼筋混凝土分配梁結(jié)合拉森板樁及后靠配重壓土而成。后靠分配梁采用C20鋼筋混凝土制作;其截面尺寸為1.5 m×2 m,分配梁與滑板連接成整體,其底標(biāo)高在滑板頂面以下0.5 m。

1)頂力計(jì)算公式:

其中,P為最大頂力,kN;N1為橋涵頂部荷載,取值為0 kN;N2為橋涵箱身自重,頂進(jìn)段按 15 m長(zhǎng)箱體計(jì)算,取值15 176 kN;f1為橋涵頂部表面與頂部荷載之間的摩阻系數(shù);f2為箱身底部與基底土的摩阻系數(shù),取0.7;f3為側(cè)面摩阻系數(shù),一般取0(由于采用全斷面開挖,邊挖邊頂?shù)氖┕し椒?可不考慮側(cè)面摩擦力);E為箱身兩側(cè)土壓力,kN;RA為鋼刃角正面阻力,取0;K為系數(shù),取1.2摩擦系數(shù)。

2)后靠驗(yàn)算。箱涵最大頂力P=12 748 kN,樁后土壓力作用高度H=h+y=7.2 m,鋼板樁后填土被動(dòng)土壓力:

2.6 箱體制作

1)箱體分節(jié)制作。因箱身較長(zhǎng)(33.18 m),自重大(約 3 357 t),橋址所在地地質(zhì)情況差,地下水位高,頂進(jìn)施工較易產(chǎn)生“扎頭”,就位偏差大等現(xiàn)象,為確保箱體準(zhǔn)確就位,分三節(jié)制作。首先于線路東側(cè)開挖工作坑預(yù)制頂進(jìn)段箱體(長(zhǎng)度15 m),頂進(jìn)到位后在線路兩側(cè)現(xiàn)澆兩節(jié)長(zhǎng)度為9.09 m的箱體。三節(jié)箱涵間接縫采用埋設(shè)鋼銷剪、PE1橡膠止水帶,縫內(nèi)填充聚乙烯低發(fā)泡填充板,內(nèi)側(cè)塞RS彈性密封膏,外墻貼外貼式止水帶。2)混凝土工程。采用商品混凝土,箱涵分兩次澆筑,第一次澆筑箱身底板;第二次澆筑箱身邊墻及頂板混凝土。框架預(yù)制完成并達(dá)一定強(qiáng)度后,可進(jìn)行防水層制作。框架頂防水層采用TQF-Ⅰ型,為氯化聚乙烯防水卷材、聚氨酯防水涂料及鋼纖維混凝土保護(hù)層共同構(gòu)成。

2.7 線路加固

箱體頂進(jìn)前做好線路加固:首先采用2組D16型便梁、1組D24型便梁臨時(shí)加固線路,同時(shí)施工三處便梁基礎(chǔ)鉆孔樁及鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),此時(shí)便梁支墩采用簡(jiǎn)易支座,D16型便梁相對(duì)于條形基礎(chǔ)居中架設(shè),D24型便梁偏向長(zhǎng)興側(cè);第二步進(jìn)行新沂側(cè)箱體頂進(jìn),該側(cè)箱涵頂進(jìn)時(shí)線路采用2組D16型便梁,1組D24型便梁加固,D24型便梁架設(shè)在鉆孔樁及條形基礎(chǔ)上,兩側(cè)各采用1組D16型便梁聯(lián)架;第三步進(jìn)行長(zhǎng)興側(cè)的箱體頂進(jìn),該側(cè)箱涵頂進(jìn)采用,1組D24型便梁,1組D16型便梁加固線路,其中D24型便梁一端架設(shè)在就位后的箱涵頂部,另一端架設(shè)在條形基礎(chǔ)上,同時(shí)采用1組D16型便梁聯(lián)架,見圖1～圖3。

線路加固共設(shè)置三處鉆孔樁及條形基礎(chǔ)便梁支墩。條形基礎(chǔ)尺寸為18 m×3 m×2 m,每個(gè)條形基礎(chǔ)下方設(shè)4根φ 1.0 m鉆孔樁,樁長(zhǎng)36 m。便梁架設(shè)至線路恢復(fù)階段,線路設(shè)置慢行防護(hù),鐵路行車限速45 km/h。

2.8 箱體頂進(jìn)

箱體分三節(jié)制作,采用頂入法施工,箱體長(zhǎng)15 m。先頂進(jìn)新沂側(cè)箱體,再頂進(jìn)長(zhǎng)興側(cè)箱體。最大頂力為15 176 kN,配備200 t千斤頂。配備數(shù)量為:N=P/200/0.7=11臺(tái)。為防止箱涵頂進(jìn)出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象,滑床板施工時(shí)沿頂進(jìn)方向設(shè)置1%上坡。

完成頂進(jìn)設(shè)備安裝后,進(jìn)行試頂工作,以頂動(dòng)箱身為止,試頂時(shí)加強(qiáng)箱身中線、水平和縱向位移的觀察,同時(shí)還要注意觀察后背和底板的變化。頂進(jìn)作業(yè)開始前全面檢查箱身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、線路加固情況、后靠、現(xiàn)場(chǎng)照明和液壓系統(tǒng)及試驗(yàn)情況、記錄人員的組織和儀器裝置、施工人員與鐵路行車單位的聯(lián)系情況。上述工作經(jīng)檢查完備后,方可試頂,使箱身與底板分離。當(dāng)試頂檢查一切正常后,即可進(jìn)行正式頂進(jìn)作業(yè)。

3 經(jīng)驗(yàn)

1)高速公路下穿鐵路施工,施工方案組織復(fù)雜,協(xié)調(diào)工作量大,必須精心準(zhǔn)備,周密計(jì)劃,充分協(xié)調(diào),才能確保施工順利開展、鐵路行車安全。2)擇優(yōu)選定施工能力強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)施工隊(duì)伍,配備具有施工經(jīng)驗(yàn),責(zé)任心強(qiáng),勝任崗位的專業(yè)管理人員及數(shù)量足夠、類型適用、狀況良好的施工設(shè)備,是確保施工質(zhì)量的前提。3)后靠驗(yàn)算、頂進(jìn)前對(duì)箱身設(shè)計(jì)強(qiáng)度、線路加固情況、照明和液壓系統(tǒng)試驗(yàn)情況、與鐵路行車單位聯(lián)系等各項(xiàng)工作的檢查以及后續(xù)試頂工作,是確保頂進(jìn)施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。