旋噴樁側(cè)面防護在粉土地層橋涵頂進施工中的應用

何金陽

(鄭州鐵路局 工務檢測所，鄭州 450052)

新建城市道路、管線與既有鐵路交叉時，為了減小對鐵路運營的影響，常采用橋涵預制，頂進下穿鐵路的施工方法。橋涵的頂進作業(yè)頂進前需要按照橋涵外圍尺寸把橋涵前方一定進深的土體挖去，這就使橋涵兩側(cè)邊墻及刃腳前方出現(xiàn)較大范圍無支護的臨空面。頂進施工中臨空面出現(xiàn)土體松動、坍塌會在鐵路路基、地基中形成軟弱區(qū)域，導致道砟下陷、軌枕懸空;在雨水的作用下這種擾動土極易吸水，雨水的浸入又加快了土體的軟化并形成裂隙，使土體強度大大降低，導致道床道砟呈漏斗下陷，形成軌枕空吊，損害列車運行的平順性，甚至影響行車安全［1］。

1 工程概況

鄭州市中牟縣建設大道延長段工程在K534+106處為框構(gòu)橋下穿隴海鐵路，中牟縣建設大道延長段工程下穿隴海鐵路框構(gòu)橋為三孔結(jié)構(gòu)，中孔凈寬17 m，凈高7 m，兩邊孔凈寬8 m，凈高為3.5 m。隴海鐵路為雙線電氣化繁忙干線，列車最高時速200 km/h。框構(gòu)橋下穿隴海線K534+106處線路狀態(tài)為直線平坡。此處路堤填土高度1.0～1.5 m，路基頂面寬度約16 m。框構(gòu)橋中心線與隴海鐵路的夾角為65°，橋頂面距鋼軌底面約1 m。

該區(qū)域地貌單元屬黃河沖積泛濫平原，地貌形態(tài)單一，地形平坦開闊。地下水位距地面4.0 m，主要受大氣降水補給。

該處地層自上向下依次為:①層，粉土夾粉砂，粉土稍濕，稍密，夾植物根系;粉砂，黃褐色，稍濕，松散，砂質(zhì)不純，主要礦物成分以石英、長石為主。該層平均厚度為4.0 m，承載力特征值 fak=120 kPa。②層，粉質(zhì)黏土，淺灰色，軟塑～可塑，平均厚度2.6 m，承載力特征值fak=110 kPa。③層，粉土，淺灰色，濕，稍密 ～中密，砂質(zhì)含量高，局部近粉砂，平均厚度10.5 m，承載力特征值fak=150 kPa。

框構(gòu)橋高度范圍內(nèi)土體以粉土地層為主。土的直立性差，且易受擾動，擾動后強度損失嚴重。擬建框構(gòu)邊墻直立，高度9.3 m，尺寸較大，若不采取側(cè)面防護將發(fā)生大范圍坍塌。同時，框架橋與隴海鐵路為65°斜交，若施工后框構(gòu)橋兩側(cè)土體不密實，不僅將導致線路的高低不平順，而且容易出現(xiàn)三角坑，對行車平順性和安全性更為不利。

2 旋噴樁側(cè)面防護方案的確定

2.1 側(cè)面防護措施

目前，我國橋涵頂施工中的側(cè)面防護主要采用注漿加固土體［2-3］。旋噴樁是水泥漿從噴嘴中高速噴射出來形成能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分攪拌混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體［4］。與注漿相比，具有造價低、施工效率高、質(zhì)量可控等優(yōu)點。在土中垂直線路方向施工具有一定強度的斜旋噴樁，兩側(cè)樁體交叉咬合，從而改善和提高路基的力學特性，成為能夠支撐外力和自重的結(jié)構(gòu)體。經(jīng)過實踐，框構(gòu)橋頂進前在橋兩側(cè)施工斜旋噴樁可以有效穩(wěn)定路基和保證施工安全。

由于在施工過程中不允許中斷行車，限界內(nèi)采用斜旋噴樁加固路基，限界外采用豎向樁。

2.2 旋噴樁側(cè)面防護的設計

旋噴樁施工的工藝參數(shù)可參照《鐵路工程地基處理規(guī)程》(TB10106)［5］進行選擇。首先，根據(jù)旋噴樁施工工藝和機具類型大致確定樁徑和樁身強度。然后，利用滑動面內(nèi)滑動土體重量G、滑動體范圍內(nèi)軌道及行車荷載Q、滑動面上土體間的摩擦力R，以及旋噴樁提供的抗剪力T組成平衡力系［6］，即可以求得所需的旋噴樁抗剪力，進而進行布樁和樁身工藝參數(shù)設計。φ為土體的內(nèi)摩擦角;α為粉土中開挖臨空面?zhèn)让嫱馏w的滑動面與水平面夾角，按下式計算

經(jīng)計算，建設大道延長段工程下穿隴海鐵路框構(gòu)橋頂進施工中的側(cè)面防護旋噴樁設計樁徑為60 cm。單側(cè)采用32根旋噴樁進行防護，見圖1和圖2，框構(gòu)橋兩側(cè)各平行布置四排旋噴樁，排間距1.5 m，行間距為1.0 m。其中豎向樁兩排(5#～8#)，用于加固路基兩側(cè)地基土體;斜樁兩排(1#～4#)，用于加固路基中部軌道下地基土體。豎向樁和斜樁交叉布置。

圖1 旋噴樁側(cè)面防護斷面(單位:cm)

圖2 旋噴樁側(cè)面防護平面(單位:cm)

旋噴樁樁端深入框構(gòu)橋底板平面以下1.7 m。為了防止旋噴樁施工中，噴漿壓力造成孔口附近路基土體擾動，孔口1.5 m不旋噴，僅以流出的漿液填充。

在水泥漿中加入1%的膨脹劑，可以增加樁體對周圍土體的支持力，保證路基不變形。

2.3 旋噴樁在既有線施工要點

在既有線施工旋噴樁與新建工程有較大不同，旋噴產(chǎn)生的高壓水泥漿容易造成上部路基變形，軌道幾何尺寸不良。需要采取一些措施和特殊的工藝來保證鐵路運營的安全。

1)旋噴樁有單管、雙重管、三重管三種施工工藝，單管工藝靠高壓水泥漿均勻沖切土形成樁體，常規(guī)的雙重管和三重管都需要高壓空氣來增強水泥漿對土體的切割，工藝相對復雜，對周圍土體影響大，在既有運營鐵路上不宜使用。但對普通雙重管工藝進行改進，將噴射高壓空氣改為噴射水玻璃或三乙醇胺，可以在30～120 s時間內(nèi)將樁體強度提高到不低于土體強度。采用改進的雙重管可以在施工路基下斜旋噴樁時最大限度地降低對路基的影響。

采用改進的新雙重管工藝，并將常規(guī)的清水下鉆變?yōu)樗酀{下鉆，減少對路基的影響。旋噴施工時及時清理孔口流出的廢漿，保證孔內(nèi)與外界的聯(lián)通，避免壓力在孔內(nèi)的積聚，影響路基的穩(wěn)定。

2)在施工順序上跳躍隔樁施工，要隔2個施工1個，嚴禁連續(xù)施工，這樣可以保證在施工一根樁時附近樁體已經(jīng)達到或超過土體強度。

3)施工路基下斜旋噴樁時要求行車條件為限速60 km/h，并加強對線路幾何尺寸的觀測，如有變化應立即中止施工或調(diào)整工藝參數(shù)，并與鐵路工務部門及時溝通，確保鐵路運營的安全。

3 結(jié)束語

采用旋噴樁預處理措施后，頂進時路基穩(wěn)定，開挖面整齊，保證了周圍土體與涵體的緊密接觸。該工程現(xiàn)已竣工，竣工后運營期間，軌道平順，行車正常。

旋噴鉆施工設備小，施工速度快，以及對周圍土體干擾小，可以有效解決框構(gòu)橋頂進過程中路基加固難題，是一種有效的、可行的施工方法。

［1］丁增強，于進學.既有線頂進橋涵路橋結(jié)合部軌枕空吊的改善對策［J］.鐵道建筑，2008(4):26-27.

［2］趙潔.加筋土在頂進橋側(cè)面路基防護中的應用［J］.遼寧省交通高等專科學校學報，2009(3):9-11.

［3］劉正峰.地基與基礎工程新技術(shù)［M］.北京:海潮出版社，2000.

［4］池永壽，楊英瑜，劉昆山，等.高壓噴注水泥土樁基的設計與計算［M］.北京:中國鐵道出版社，1994.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10106—2010 鐵路工程地基處理規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10025—2001 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.