高地下水位流砂地層頂進框架橋設計

李穎

摘 要：結合北海市內澇整治（二期）工程——鐵路北側排水明渠西段II標下穿鐵路框架橋的設計方案、施工中出現的一些問題及處理方案、施工運營效果，介紹了高地下水位流砂地層頂進框架橋所采用的基坑支護結構及止水帷幕設計方案、鐵路加固人工挖孔樁施工期止水措施、頂進就位后鐵路路堤回填恢復方案及基坑止水帷幕滲水應急處理措施，可供以后相似工程借鑒。

關鍵詞：頂進 框架橋 流砂 高地下水

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0086-03

1 工程概況

北海市內澇整治（二期）工程——鐵路北側排水明渠西段II標下穿進港線鐵路框架橋位于北海市西藏路鐵路平交道口處，與鐵路交角為90°，交叉處鐵路里程為K2+010。框架橋長20m，寬18m，采用2～8×4.5m雙孔連體箱式結構，結構頂、底板及中墻壁厚均采用0.7m，頂板與邊墻間設1.5m×0.5m倒角，底板與邊墻間設0.3m×0.5m倒角。北海進港線鐵路為地方I級單線電氣化普速鐵路，有砟軌道，軌底距框架橋頂板覆土厚4.1m。因鐵路北側為花鳥市場及商品房，距鐵路較近，鐵路東南側為單層廠房，廠房圍墻距渠道中線14.71m，西南側立有一根墩海線高壓塔，其上設置兩條220kV同桿同塔輸電線路，距渠道中線21.3m，故將頂進工作坑設置于鐵路南側，兩側基坑對高壓塔及廠房設置支護。

2 地質概況

鉆探揭示橋位及工作坑處地層從下至下依次分布為：素填土（約0.5m厚）、上層粉質黏土（約4m厚）、礫砂（約5m厚）、下層粉質粘土（約2m厚）、粗砂層。場地內地下水為孔隙水，局部具有承壓性，承壓水頭約0.5～1m，屬中等富水，水量較豐富，水位埋深約3.5～5.0m，水位位于礫砂層。框架橋及工作坑基底位于下層粉質粘土層上，但工作坑開挖需穿越富水礫砂層，施工需采取降水或止水措施。

3 鐵路加固方案

3.1 設計方案

為保障鐵路正常運行，框架橋施工期間采用12m+24m+12m三孔D便梁進行加固，并對鐵路限速45km/h。因便梁基礎距離鐵路中心線距離僅2.3m，上方為鐵路接觸網，無法采用鉆機機械施工，故D便梁基礎采用D=1.5m人工挖孔樁基礎，其中中跨挖孔樁樁長19m，邊跨挖孔樁樁長12m。人工挖孔樁設置15cm厚鋼筋混凝土護壁，橋址范圍地下水位較高，護壁按0.3～0.5m一節短進尺開挖。

3.2 施工效果

當挖孔樁開挖到地面下4m左右時，出現嚴重流砂情況，估計流砂量每分鐘達到0.1m3，每開挖一段還沒等護壁澆筑好流砂就涌入樁孔內，導致施工無法按原計劃進行。因便梁支墩只能采用人工挖孔，而場地處鐵路、建筑、管線較密集，若采用大規模降水措施容易導致鐵路或其他建筑物沉降，故經研究將流砂層內挖孔樁護壁改為打入鋼護筒形式，于鐵路行車間隙打入，有效解決了孔壁塌孔問題。

4 基坑支護方案

4.1 基坑支護方案

受渠道標高控制，工作坑需于原地面下挖10m，其東西兩側分別為廠房及110kV高壓塔基礎，在預制框架結構邊緣預留1m寬施工操作空間及1m寬排水溝空間后，工作坑內側與廠房圍墻邊緣凈距僅為3.1m，與高壓塔基礎中心距離僅為10.6m，已無放坡開挖條件，必須按要求設置支擋結構。因工作坑附近的高壓塔為整個北海市電力供應的主線路之一，若基坑支護結構失效導致輸電桿傾斜超限，將嚴重影響北海市居民正常的生產生活。故支護結構必須按安全等級一級設計，根據《建筑基坑技術規程》（JGJ-2012）的相關要求，本基坑采用排樁+內支撐結構支護（見圖1）。

排樁采用φ1.0mC30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁間距1.2m，樁頂設置C30鋼筋混凝土冠梁，冠梁內側設置φ609mm鋼管支撐，壁厚12mm，支撐間距3m，鉆孔樁平均樁長20m。

4.2 基坑止水方案

工作坑范圍內地下水位較高，砂層含水呈飽和狀，在人工開挖基坑深度超過地下水標高進入砂層后，砂層里的孔隙水從基坑壁向基坑內流出，同時帶走細顆粒的粉細砂，易形成流砂影響砂層基坑壁的穩定。而場地處建筑物、鐵路及管線密集，無法采用大面積降水將場地地下水降至基坑底面以下。為保證施工期基坑安全，工程采用高壓旋噴樁與灌注樁咬合作為基坑止水方案。

灌注樁間設φ0.6m旋噴樁，與灌注樁共同組成止水帷幕，旋噴樁樁間距1.2m，灌注樁范圍外由旋噴樁單獨為防止頂進過程中流砂嚴重造成路基坍塌，止水帷幕范圍應延至鐵路對側，包住頂進就位后框架橋范圍，旋噴樁應伸入下層黏土層不小于3m。因地下水位位于地下4m左右，故鐵路道床范圍內旋噴樁機難以施工部分，先于鐵路路基邊坡上按1.5m間距梅花狀布設注漿孔對富水砂層土體注水泥漿固結，再待D便梁加固鐵路后，開挖至砂層頂面，采用小型旋噴樁基于D便梁下方施作旋噴樁，將鐵路兩側止水帷幕連為一體。

4.3 設計預計位移

根據上述設計方案及地層特性采用理正巖土軟件對工作坑基坑穩定進行檢算，預計工作坑最大水平位移為18.29mm，位于地表以下3.82m處，最大沉降采用拋物線法計算結果為20mm，發生于基坑邊緣7m處，如圖2所示。

4.4 施工問題

在開挖期間，西側支護樁距地面8m左右出現了2處滲水點，東側支護樁距地面8m左右出現了4處滲水點，滲水點均位于灌注樁間的旋噴樁位置。開挖至底部時，東側支護樁靠近基坑底部位置突發噴射性涌砂，導致靠廠房角地面出現一個直徑約3m，深度約3m的土坑，基坑東側的支護樁發生位移，位移40mm，遠超設計位移限值。趕赴現場后發現，施工單位在打設灌注樁及旋噴樁后，未施工冠梁及鋼支撐就已開挖至基坑底部。

4.5 病害原因分析

4.5.1 旋噴樁止水帷幕漏水的原因

（1）框架橋所處地層為第四系賓海沉積層，地質復雜，砂層、黏土層的層次、層深、厚度變化大，對旋噴樁施工質量有影響。

（2）旋噴樁較長，地質復雜，使施工中有時難以控制旋噴樁垂直度等因素，造成旋噴樁與混凝土灌注樁未能充分咬合，導致止水帷幕漏水。

（3）施工單位為趕工期未按設計圖紙施作內支撐便開始開挖至基坑底，缺少內支撐的約束作用后，導致基坑圍護樁在土壓力作用下水平位移大為超過設計允許位移，加之各樁缺少樁頂冠梁的整體約束作用，水平位移不一，相互錯動，造成旋噴樁與灌注樁間出現間隙，導致止水帷幕漏水。

4.5.2 地面沉陷的原因

場地地下水位較高，砂層厚度大，含水飽和。地下水在止水帷幕縫隙或裂隙處滲漏或流出，形成流水通道攜帶泥砂涌出，致使土層中形成空隙或空洞，導致地面塌陷。

4.6 施工補救措施

（1）馬上回填基坑至樁頂冠梁高程，防止基坑水平位移進一步擴大。

（2）及時施工樁間支撐并施加預加軸力，旋噴樁需待支撐施做完畢并施加圖紙中預加軸力后方可施工，東側基坑需待旋噴樁施工完畢后方可注漿。

（3）東側基坑外側于已施工的旋噴樁止水帷幕外側再增設一排高壓旋噴樁加強止水，樁間及樁與已施工的止水帷幕結構間相互咬合。

（4）東側基坑于增設的旋噴樁外側已塌陷及已開裂部分土體采用水泥-水玻璃雙液注漿固結，注漿孔按間距1.5m梅花狀布置。

（5）西側基坑于滲漏點附近采用水泥-水玻璃雙液注漿固結土體，以堵住滲漏點，注漿孔按間距1.5m梅花狀布置。

5 鐵路路基恢復方案

5.1 路基恢復方案

框架橋頂進完畢后兩側超挖段鐵路路堤因鋼軌下方機械無法進入碾壓，采用常規填料難以碾壓密實，為防止因填料不密實而出現鐵路沉降等問題，對超挖或施工擾動部分的鐵路路堤需采用注漿加固。預制框架時，應于邊墻及頂板預留注漿孔，注漿孔直徑為50mm，如注漿孔與框架鋼筋相碰，可適當移動注漿孔的位置，注漿結束后用M10微膨脹水泥砂漿封堵。注漿壓力在0.3～0.5MPa之間，漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1。

5.2 施工效果

采用注漿方案恢復鐵路路堤，施工簡便，使用效果較好。本項目于2015年年底竣工，至今3年來，未見橋位附近鐵路線路出現沉降病害問題。

6 結語

隨著我國城市化建設的發展，道路、排水及其他市政設施穿越鐵路工程也愈加常見，其中大部分市政工程下穿鐵路所采用的均為頂進框架橋（涵）結構。本文介紹了濱海地區常見的高地下水位流砂地層頂進框架橋所采用的基坑支護、鐵路加固方案及工程施工中出現的一些問題，可供以后相似工程借鑒。

參考文獻

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