臨近鐵路既有線橋梁承臺施工的鋼板樁防護措施

王 平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司,山東 日照 276800)

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臨近鐵路既有線橋梁承臺施工的鋼板樁防護措施

王 平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司,山東 日照 276800)

以南堡疏解線特大橋跨越津山線工程為例，為保證臨近既有鐵路線路基的穩定性，提出了橋梁承臺施工時鋼板樁的防護措施，并闡述了鋼板樁布置、計算及施工方法，指出鋼板樁防護對于距離近、覆蓋層厚的承臺施工具有周期短、見效快、成本低、安全性高等優點。

既有線，鋼板樁，承臺，沉降監測

1 工程概況

新建南堡疏解線特大橋跨越津山線中心里程為N1SDK2+388.02，大橋全長1 844.96 m，全橋孔跨布置為：14×24 m+27×32 m+1×24 m+1×24 m(超低高)+1×24 m +16×32 m。橋梁上跨既有津山鐵路，42號，43號墩比鄰既有線，承臺基坑開挖及樁基施工勢必影響到津山鐵路線路基的穩定。位置關系及縱斷面分別見圖1,圖2。

比鄰既有線最近的43號主墩與既有線路基的位置關系如圖2所示。

2 防護措施

為保主鉆孔樁施工過程中既有線路基邊坡的穩定性，不因孔口坍塌等事故而影響既有線安全，因此在場地平整完畢鉆孔樁基礎施工前，由于距離既有線較近(承臺邊最近處距鐵軌僅5.4 m)，為保證行車安全，采取了必要的防護措施。

2.1 防護樁的布置

通過對現行的基坑支護方式的比較，最后鋼板樁以其高強度、輕質量、環保性能強等特性，并且工期短，施工簡單，建設過程造價低等優勢被采用，43號墩承臺基坑開挖四邊均采用鋼板樁防護，為保證鋼板樁的閉合整體性，43號鋼板樁在樁基施工前全部打入。鋼板樁采用WRU150型，板厚10 mm，尺寸如圖3所示。

2.2 鋼板樁的支護計算

經查淤泥的重度r為15.4 kN/m3，土的內摩擦角3.1°，如圖3所示，鋼板樁寬度為46 cm，施工計算鋼板承載的土的主動土壓力及土方被動土壓力值相等，解方程可得t=1.03 m，因津山為國家鐵路繁忙干線，不允許有絲毫大意，為安全起見安全系數取值為1.6，埋深為t′=1.6×t0=9.968 m。

即：按照設計要求可選擇15 m鋼板樁防護。

計算如下：

1)土方主動土壓力:

Ea=Ea1+Ea2=ea1×15+t(ea1+ea2) 。

ea1=t1γ1tg(45°-φ1/2)-2Ctg(45°-φ1/2) =10×18×tg(45°-18/2)-2×15×tg(45°-18/2) =108.9 kN/m2。

ea2=ea1+t2γ2tg(45°-φ2/2)-2Ctg(45°-φ2/2) =108.9+t×18×tg(45°-25.6/2)-2×15×tg(45°-25.6/2) =90.03+11.3tkN/m2。

其中，ea為主動土壓力所處位置的最大壓強；γ1為土的重度,查值為18 kN/m;C為土的粘聚力；t1為土質分界深度,取15 m。

根據上式求得:Ea1=544.5 kN/m;Ea2=t(108.9+90.03+11.3t)=99.46t+7.3t2kN/m。

2)土方被動土壓力:

Ep=Ep1+Ep2=ep1×5.2+t(ep1+ep2) 。

ep1=t2γ1tg(45°+φ1/2)+2Ctg(45°+φ1/2)=5.2×18×tg(45°+18/2)+2×15×tg(45°+15/2)=170.1 kN/m2。

ep2=ep1+tγ2tg(45°+φ2/2)+2Ctg(45°+φ2/2)=170.1+t×18×tg(45°+25.6/2)+2×14×tg(45°+25.6/2)=214.34+28.44tkN/m2。

其中，ep為被動土壓力所處位置的最大壓強；γ1為土的重度,查值為18 kN/m;C為土的粘聚力。

根據上式求得:Ep1=442.26 kN/m;Ep2=192.2t+14.22t2kN/m。

根據平衡公式∑Ea=∑Ep,將兩式聯立代入,可得下式:

544.5+99.46t+7.3t2=442.26+192.2t+14.22t2。

整理得: 6.92t2+92.74t-102.24=0。

即可求得:t=1.03 m。

鋼板支護樁的最小錨固深度為:t0=5.2+1.03=6.23 m。

取安全系數:K=1.6，則:t′=K×t0=1.6×6.23=9.968 m。

鋼板支護樁總長:L=t′+H=9.968+4.8=14.768 m。

取長度L=15 m。

2.3 防護樁的施工

1)施工前的準備。

防護樁位于既有線路基邊坡上，開工前遞交書面報告，征得所屬工務段、電務段的書面同意，并簽訂施工安全協議，待施工和搶險材料備足后，開始動工；施工期間，施工單位安排專人24 h進行監控和巡查，密切觀測線路變化情況，發現問題，及時匯報相關單位，消除安全行車的隱患因素。

2)鉆孔樁基礎施工。

根據本工程地質資料，結合現場實際情況，確定跨既有線42號、43號墩鉆孔樁采用回旋鉆鉆機成孔；鋼筋由加工廠分節加工成6 m～8 m的鋼筋籠，炮車運至施工現場后，吊車起吊安裝入孔；混凝土采用商混凝土，罐車運至施工現場后，由汽車泵通過導管進行水下混凝土灌注。

鉆孔灌注樁在鉆進、成孔和澆筑混凝土過程中，要把握好作業時間和泥漿比重，避免因時間過長或泥漿比重不合格而造成坍孔事件。施工過程中如發生坍孔事件，要及時發現，快速啟應急預案，第一時間進行回填處理，以保證既有線路基的穩定。

2.4 承臺施工

承臺的開挖。

1)基坑開挖防護。

43號墩承臺采用垂直方式進行開挖，基坑邊坡全部采用鋼板樁進行防護，開挖前先打入鋼板樁。為保證鋼板樁的整體剛度，在開挖過程中，自頂端下50 cm處和鋼板樁中部處各加設一道水平工字鋼，工字鋼與鋼板樁間用焊接方式連接，如圖4所示。

2)鋼板樁施打。

本工程鋼板樁采用打樁機(SV-2000型液壓)進行錘打，受鋼板樁長度影響，在施打中，鋼板樁易向一邊傾斜，考慮到傾斜誤差不易糾正，鋼板樁的垂直度難控制，所以鋼板樁施工擬采用屏風式打入法。該方法由于打入精度高不易使板樁發生變形、傾斜和墻面凹凸。沉樁方式根據發生的墊層不同，如阻力過大的砂層、礫石層中, 可采用高壓沖水或振動法沉樁，不能用錘硬打。

施工時采用屏風式打入法，將10根～15根鋼板樁排列成屏風狀，成排插入導架內，然后按設計標高將屏風墻兩端的一組鋼板樁打好，采用循環往復順序施打，降低由于板樁垂直度、位移、軸線方向的伸縮、板樁墻的凹凸與打樁頻率及施打順序的直接影響。

鋼板樁插打前,為減少拔樁的摩擦力，首先在鋼板樁內外兩側涂刷瀝青然后插入土層內部,在鋼板樁施打時,每隔4 m設一道夾木,在板樁起吊前夾好夾木,施打時逐一拆除,周轉使用。組樁及單樁的鎖口內,涂以黃油混合物，加強防滲性能。

3)基坑回填。

為保證既有線路基的穩定性，43號墩全部邊坡防護保留。42號墩其他部位邊坡防護和模架體系等混凝土強度達到設計值后予以拆除，然后采用粘土對稱分層夯實回填。

2.5 既有線沉降監測

施工中應加強既有線路基的沉降監測，派專人巡視路基情況，在橋軸兩側10 m范圍內既有線兩側各設兩個沉降觀測點，每天4次用水準儀對線路進行沉降觀測，時刻關注防護樁的位移情況。發現異常情況及時上報項目部，并與工務段聯系對原因進行分析，采取有效控制措施。

2.6 收尾善后

橋墩墊石混凝土施工完畢拆除模具后，南堡疏解線特大橋跨津山鐵路跨既有線下部結構全部完成。待相關單位批準拆除后，拆除安全屏障墻和錨固鋼軌，并用粘土將空眼扎實封固。

3 結語

鋼板樁防護對于距離近、覆蓋層厚的承臺基礎施工具有以下優點:1)施工周期短,見效快。2)材料、設備投入低。3)受約束條件少,安全可靠。鋼板樁防護應變能力強，可以確保就近基礎的集合尺寸、位置,抗滲性能高,單片板樁剛度大、不易變形，施工安全等，值得推廣應用。

[1] 張伯平,黨進謙.土力學與地基基礎[M].西安：西安地圖出版社,2010.

[2] 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑出版社,2013.

[3] 楊文淵,徐 彝.橋梁基礎施工工程師手冊[M].北京：人民交通出版社,2013.

Steel-sheet pile preventing measures of existing adjacent railway bridge cushion construction

Wang Ping

(ChinaRailway23rdBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Rizhao276800,China)

Taking Nanbao Shu-Jie line extra-large bridge crossing Jin-Shan line engineering as an example, in order to guarantee the adjacent existing railway subgrade stability, the paper puts forward steel-sheet pile protecting measures in bridge cushion cap construction, and describes steel-sheet pile distribution, calculation and construction methods, and finally points out advantages of steel-sheet pile protection for short-distance and thick-covering cushion construction, such as short construction duration, fast efficiency, low cost and high safety and so on.

existing railway line, steel-sheet pile, cushion cap, settlement monitoring

1009-6825(2017)14-0167-02

2017-02-26

王 平(1983- )，男，工程師

U443.25

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