鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工技術

夏智華 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發有限公司

鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工技術

夏智華 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發有限公司

根據寧波市北環快速路工程上跨蕭甬鐵路工程特點，總結鄰近鐵路軟土地基大直徑鉆孔灌注樁施工中作業平臺設置、護筒埋設、泥漿循環、清孔、鋼筋籠制安以及混凝土灌注等施工方法。

鄰近鐵路；軟土地基；大直徑樁基施工

1 工程概況

寧波市北環快速路工程在橋梁里程K8+063處以50 m跨徑跨越蕭甬鐵路，鐵路里程為蕭甬線下行K139+935，杭深線K306+869。新建橋梁在跨越線路處的兩側為左右幅既有莊橋立交，既有莊橋每幅總寬13 m，兩幅橋凈間距11 m。跨越線路橋址地處寧波市莊橋站內，正線4條，到發線2條（含道岔）。鐵路側樁基礎分別設計為2根φ2.5 m鉆孔灌注樁，樁間距6.5 m。鐵路西側PM248#墩樁長為99 m，樁邊距離線路（正線）中4.42 m，鐵路東側PM249#墩樁長為100.5 m，樁邊距離線路（到發線）中6.76 m。樁基礎均設計為C30水下混凝土。樁位與鐵路位置關系見圖1。

圖1 工程平面布置圖

寧波市地處東海之濱，杭州灣南岸，屬濱海淤積型平原。鐵路西側地質為3.5 m厚雜填土，20.3 m厚淤泥質粘土，22.2 m厚粘土，47 m厚砂礫石，2.5 m厚全風化凝灰巖，3 m厚強風化凝灰巖，7.2 m厚中風化凝灰巖。樁基礎設計為摩擦樁，持力層為強風化凝灰巖。

2 主要方案

樁基礎采用GPS-30型回旋鉆機施工，配備四翼合金刮刀鉆頭，ZX-200泥漿凈化器等設備，泥漿循環系統在樁深60m以上采用正循環，60m以下采用氣舉反循環。為加強線路路基安全，在地表下淤泥質黏土層范圍采用28m深φ內2.7m鋼護筒支護，在線路路基上設置沉降觀測點。樁機和鋼筋籠集中荷載較大，采用鋼筋混凝土整板基礎作為作業平臺。樁頂部鋼筋籠間距較密，采用較長整節制作，多臺吊機吊裝方法。

3 施工方法

3.1 管線調查和保護

樁基礎施工前，先進行管線探查和遷改。

本工程鐵路西側PM248樁基位于鐵路電纜槽位上，施工前聯系鐵路設備管理單位進行管線遷改，在樁邊10 m以外重新開挖電纜槽埋設管線。

本工程鐵路東側PM249樁基東側有寧波市政φ2m自來水管，樁邊距離自來水管邊0.9 m，自來水管底埋設深度為2.8 m，為防止28m長鋼護筒振沉施工時擠壓土體會影響自來水管，采用4 m深φ內3.2 m鋼護筒預先支護，鋼護筒采用2 cm厚鋼板制作。埋設時，先進行樁位放樣，人工開挖2 m深，吊機吊裝鋼護筒入孔，挖掘機輔助拍打，再用挖掘機在孔內開挖并拍打鋼護筒入孔，使鋼護筒頂高出地表0.3 m為止。埋設后的淺護筒在其內頂底部焊接鋼板作為之后長鋼護筒振沉時垂直度控制的限位裝置。

3.2 作業平臺

因樁機設備自重較大，混凝土灌注前的樁機、鋼筋籠、導管、料斗以及首灌混凝土等合計重約200 t左右，集中荷載過大，地基的不均勻沉降會對線路路基安全帶來安全隱患，因此根據每個橋墩2根樁的樁機作業范圍采用C30鋼筋混凝土整板基礎作為樁機作業平臺，硬化基礎長13 m，寬6 m，厚0.3 m，底層采用Φ16@25 cm配筋。硬化平臺與埋設的φ內3.2 m鋼護筒使用鋼筋焊接連接，以30°夾角布置12根1 m 長Φ25“L”形鋼筋，焊接長25 cm。作業平臺布置詳見圖2。

3.3 鋼護筒振沉

為防止樁基施工期間，孔口和淤泥質土層塌孔，對其頂部28 m深范圍使用鋼護筒支護，鋼護筒內徑2.7 m，鋼板厚18 mm，底部4.5 m范圍設置16 mm厚鋼板包裹加勁。鋼護筒分2節振沉，第一節15 m，第二節13 m。

鋼護筒采用DZJ300振動錘振沉，150 t履帶吊配合。振沉前，進行樁位放樣，根據鋼護筒外徑（2700+18+16+18+16=2 768 mm）加22 mm誤差，在孔內設置直徑為2 790 mm的限位鋼板，鋼板豎向焊接在鋼護筒內的底部，根據限位尺寸在孔內切割呈三角形。

第一節鋼護筒采用履帶吊吊裝至孔位后，靠其自重使底部4.5 m加勁范圍沉到孔口以下0.3 m處，采用呈垂直方向的2臺全站儀進行觀測，并調整至垂直狀態后，在內外層鋼護筒之間焊接鋼板限位，留設10 mm空擋，鋼護筒振沉時主要依靠鋼護筒頂底部的限位鋼板進行垂直度控制。鋼護筒振沉采用封鎖點內作業，振沉一半高度時，再利用全站儀觀測局部調整方向。

第一節鋼護筒振沉后，再吊裝第二節鋼護筒對接，連接處沿4處在接縫處焊接豎向鋼板進行限位，并使用2臺全站儀進行觀測調整垂直度，調整好后進行焊接連接，并割除接縫處限位鋼板。

鋼護筒完成振沉后，將外鋼護筒頂部的限位鋼板與內鋼護筒進行焊接連接成整體，并將其之間空隙采用C20混凝土灌注填充。鋼護筒振沉詳見圖2。

圖2 樁基礎作業平臺及鋼護筒振沉

3.4 泥漿循環與清孔

根據地質勘查報告，樁位處進入46m時為砂層，進入60m深時為粗礫，根據這一地質狀況，在孔深60 m以上時泥漿采用正循環方式，60 m以下時使用氣舉反循環。

泥漿正循環時依靠泥漿自身濃度和粘度可將鉆孔細砂攜帶排至孔外，鉆孔過程中泥漿性能控制指標為濃度1.3，粘度22Pa·s，含砂率4%。

氣舉反循環時通過利用空壓機產生的壓縮空氣，在鉆具內與循環泥漿形成混合液體，在大氣壓力作用下，使孔內的泥漿連同巖渣一起排出孔外，空壓機規格為20 m3，鉆孔過程中泥漿性能控制指標為濃度1.4，粘度20Pa·s，含砂率8%。

為保證清孔時，有效控制孔底沉渣厚度和泥漿含砂率指標，采用ZX-200型高頻振動泥漿篩，經氣舉反循環抽出的泥漿經過泥漿篩，可將0.5 mm以上的大顆粒篩出，剩下混有0.5 mm以下砂粒的泥漿再進一步用旋流除砂器凈化，凈化后的泥漿經循環池流入孔內。凈化后的泥漿性能指標達到濃度1.08，粘度18Pa·s，含砂率1%。

3.5 鋼筋籠制安

本工程φ2.5 m樁基礎鋼筋籠為全籠，主筋規格為Φ28 和Φ32，頂部35 m范圍主筋數量為104根，35 m～55 m范圍主筋數量為52根，55 m以下主筋數量為13根。鋼筋籠在樁位處的既有莊橋立交橋面上加工分節制作，鋼筋連接全部采用機械螺紋套筒連接，制作前在橋面上設置呈直線線型的作業平臺。

該樁基礎鋼筋籠頂部35 m長范圍為加密區，主筋數量104根，按等距布置鋼筋間距僅為3.5 cm左右，該間距布置在進行混凝土灌注時混凝土無法流動至保護層處，故該范圍只能采用將2根鋼筋緊靠排列，使鋼筋籠主筋空擋間距調整至6.8 cm，考慮到鋼筋連接時套筒需要一定的作業空間范圍，故該范圍只能采用整體制作方法。其余節段按照12 m一節制作。

為保證鋼筋籠連接時，保證每個接頭連接質量，減小接頭空隙，在加工時，每加工一節需與前一節預先使用接頭連接，主筋與內加強筋焊接完成后解除接頭，再點焊外螺旋箍筋。

鋼筋籠頂部整節制作總長為36 m，自重約25 t，為減小鋼筋籠吊裝過程中變形，采用3臺汽車吊機設置多吊點進行吊裝，鋼筋籠加強筋采用Φ25@2 000，設置為2個Φ25鋼筋呈三角形支撐，在鋼筋籠加強箍內焊接連接1根通長I20工字鋼，在工字鋼上焊接“U”型φ28鋼筋作為吊點，在鋼筋籠頂主筋上對稱焊接4根“U”型φ28鋼筋作為吊點。

吊裝時，1臺200 t吊機連接鋼筋籠頂處4個吊點；1臺160 t吊機連接鋼筋籠身4個吊點，該吊點采用2根鋼絲繩穿插連接4個吊點，再采用1根鋼絲繩連接吊裝用2根鋼絲繩；1臺70 t吊機連接鋼筋籠尾處1個吊點，各吊點布置詳見圖3。吊裝時200 t和160 t吊機停靠在對面橋面的橋墩處，70 t吊機停在鋼筋籠加工的橋面處。

圖3 鋼筋籠吊裝時吊機及吊點布置示意圖

吊裝時3臺吊機整體起吊，先整體水平將鋼筋籠整體抬吊至老橋范圍外，然后200 t吊機提升，70 t吊機下放，160 t吊機不動，靠上部鋼絲繩滑移調整鋼筋籠方向，使其豎立后以200 t吊機吊裝入孔內安裝。

3.6 混凝土灌注

本工程樁基礎混凝土方量在530 m3左右，采用汽車泵澆筑，為縮短混凝土澆筑時間，采用2臺泵車分別停靠在兩座橋上同時灌注。施工時，組織好混凝土罐車，保證了樁基礎混凝土能夠連續供應。按混凝土首灌時導管埋置深度為2 m控制，經計算混凝土首灌方量為14.8 m3，施工現場配備了3 m3和14 m3的兩個儲料斗同時灌注，控制在8 h內完成了灌注。

4 線路路基沉降觀測及線路養護

本工程在30 m鐵路保護區內施工時，由我部負責該段區域的線路養護，由專職線路工每日對線路進行日常檢查，發現問題及時養護。檢查項目有軌道幾何狀態（沉降和平面變形），鎖扣松緊，道床道砟等。

施工前在影響范圍內的線路路肩處設置沉降觀測樁，沿橋寬25.5 m范圍，按5 m間距布置。對觀測樁進行編號，并讀取原始數據。在鋼護筒振沉前后以及樁基礎鉆孔期間進行觀測。

本工程鋼護筒振沉期間，線路路基最大沉降值為3 mm，鋼護筒振沉時經對鋼護筒內土體至孔口高度進行量測，土體抬高約1.1 m，其抬起的土體體積與鋼護筒體積基本一致。樁基鉆孔周期在12 d左右，樁基鉆孔期間線路路基繼續發生沉降，與鋼護筒振沉時合計最大沉降值累計為8 mm＜10 mm，在此施工期間每日對線路進行檢查和及時補充道碴養護，線路安全受控。

5 施工注意事項

（1）施工作業前編制專項方案，審批后組織安全技術交底，并在施工過程中加強技術測量控制和安全檢查控制。

（2）吊裝作業時，吊機在老橋上作業，吊機馬腿盡量設置在橋墩處，并保持吊機水平，設置專人指揮。吊裝前核對吊裝重量、吊距、吊機額定吊裝能力等參數。

（3）夜間施工時，設置好充足的照明。

（4）在距離最外側線路中以外3 m處按照鐵路相關文件要求設置硬隔離裝置，嚴格控制施工機具、路材路料，防止侵限。硬隔離上及現場危險區域懸掛各類安全警示標牌。

（5）在樁基礎施工期間，在硬隔離上掛彩條布，防止泥漿管爆管時泥漿噴射到線路上污染道床。

（6）涉及既有線安全的慢行和封鎖施工，按照有關規定設置防護。封鎖施工結束后，線路狀態未恢復到準許放行列車的條件，禁止拆除防護。施工防護信號的設置與拆除由施工負責人決定。

6 結束語

綜上所述，本工程鄰近鐵路大直徑樁基礎施工采用上述一系列的施工方法后，對線路路基沉降影響較小，施工過程中安全受控，成樁后樁身質量經超聲波檢測均為Ⅰ類樁，既保證了線路運營及施工安全，又保證了施工質量,運用是比較成功的。深護筒埋設一般在深水地段樁基施工運用比較廣泛，在陸地上，尤其是在鄰近營業線處運用比較少，實踐證明，采用該法對軟土地基處的線路路基安全穩定控制具有較好的參考價值。

[1]中鐵三局集團有限公司 TB 10203-2002鐵路橋涵施工規范［S］北京：中國鐵道出版社.2002.

[2]中鐵三局集團有限公司 TB 10415-2003鐵路橋涵工程施工質量驗收標準［S］北京：中國鐵道出版社.2004.

[3]中國建筑科學研究院 JGJ 79-2012建筑地基處理技術規范［S］北京：中國建筑工業出版社.2013.

[4]濟南大學等 GB 50497-2009建筑基坑工程監測技術規范［S］北京：中國計劃出版社.2009.

[5]標準定額研究所 JGJ 276-2012建筑施工起重吊裝安全技術規范［S］北京：中國建筑工業出版社.2012.

[6]江正榮.建筑地基與基礎施工手冊（第二版）［M］北京：中國建筑工業出版社.2001.

責任編輯：許耀元

來稿日期：2015-08-19