探索軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司新長工務(wù)段 / 湯慶田

在鐵路施工建設(shè)的過程中，軟土是會經(jīng)常遇到的施工地段。在進(jìn)行具體施工的過程中，如果在軟土地段不能采用良好的深基坑支護(hù)方式，保障基坑安全，就會危及鄰近既有鐵路運(yùn)輸安全，影響到鐵路施工的進(jìn)度及施工的質(zhì)量。

1.工程概況

新建徐州至淮安至鹽城鐵路的鹽城站跨越新都路框架橋工程位于軟土地段，鄰近既有新長鐵路，基坑位于新長線K235+881新都路道口左側(cè)9.77米；整體施工作業(yè)內(nèi)容包括地基加固、基坑支護(hù)、基坑開挖、框架主體施工、框架附屬、基坑回填、U形槽施工、道路順接等；軟土地段深基坑支護(hù)采用二級放坡與鋼板樁支護(hù)相結(jié)合的方式，樁長24鉆孔樁支護(hù)進(jìn)行基坑開挖，封底混凝土施工前，基坑開挖深度為5.6m和9.152m，施工后為5.1m和8.652m，鋼板樁距框架主體2m處插打，地基容許承載力為239.4kPa，基坑開挖以機(jī)械為主，人工配合清底。

圖1 施工工藝流程圖

2.地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘測資料顯示，基底地質(zhì)自上而下為：（1）雜填土，雜色，松散；層厚1.8m,σ0=100KPa。（2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰褐色，軟塑；層厚7.5m,σ0=60KPa。（3）粉砂，灰褐色，松散-稍密、飽滿；層厚2.5m,σ0=100KPa。（4）粉質(zhì)黏土，黃褐色，硬塑，厚20.4m,σ0=160KPa。

3.施工工藝流程

本工程具體施工工藝流程，見圖1。

通過施工工藝流程圖可以看出，該工程的施工重點(diǎn)在基坑支護(hù)、開挖以及管樁施工方面，實(shí)現(xiàn)深基坑良好支護(hù)，是對軟土地段進(jìn)行良好處理的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行深基坑支護(hù)施工時，要克服基坑深度大，外側(cè)水位淺，圍護(hù)安全穩(wěn)定性要求高、施工安全風(fēng)險大等困難。

對于這些困難的處理，本工程根據(jù)基坑設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)基底標(biāo)高、地質(zhì)、水文資料與類似工程施工經(jīng)驗(yàn)等，經(jīng)《理正深基坑計(jì)算軟件》對基坑的整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起與抗管涌驗(yàn)算，并就加強(qiáng)做好基坑支護(hù)的單項(xiàng)檢算，確定采用二級放坡+拉森Ⅳ型鋼板樁+鉆孔樁（營業(yè)線側(cè)）支護(hù)的形式進(jìn)行基坑支護(hù)，嚴(yán)格監(jiān)控施工方案實(shí)施，特別是要做好深基坑鄰近既有鐵路側(cè)路基沉降、位移觀測工作，確保深基坑施工在可控范圍內(nèi)進(jìn)行，一旦發(fā)生變形超限的情況，要有相應(yīng)預(yù)案確保補(bǔ)強(qiáng)措施的及時應(yīng)用。

表1 鋼板樁施工允許偏差值

圖2 基坑支護(hù)平面圖

圖3 基坑支護(hù)立面圖

4.軟土地段鐵路深基坑支護(hù)施工方案

4.1 軟 土地段鄰近既有鐵路深基坑支護(hù)施工方案

基坑開挖最大深度為9.152m，管樁施工完成后進(jìn)行基坑支護(hù)施工，支護(hù)形式為二級放坡+拉森Ⅳ型鋼板樁+鉆孔樁（營業(yè)線側(cè)），封底混凝土施工前基坑開挖深度為5.6m和9.152m，施工后為5.1m和8.652m；鋼板樁距框架主體2m處插打，鋼板樁圍堰平面尺寸52.5×118.2m。

整個基坑支護(hù)施工對于鋼板樁的要求較高，一方面鋼板樁的規(guī)格應(yīng)符合施工要求，平面分布整齊無不規(guī)則轉(zhuǎn)角，另一方面則是要確保施工過程中支撐免遭碰撞及任意切割造成損傷。

鋼板樁在施工時要注意控制偏差，具體施工允許偏差見表1。

為了更好地控制偏差，保證施工安全、質(zhì)量，在進(jìn)行鋼板樁施工時要注意以下內(nèi)容：

首先，對于距離既有鐵路中心小于30m的鋼板樁施工應(yīng)在施工封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，具體施工時間應(yīng)根據(jù)施工計(jì)劃進(jìn)行確認(rèn)安排，盡量利用好施工天窗，提高施工效率，做好機(jī)具、材料的準(zhǔn)備工作。

其次，要對鋼板樁質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，出現(xiàn)銹蝕、變形的鋼板樁一律不得使用，本工程選用的鋼板樁型號為15m拉森Ⅳ型，其應(yīng)用具有普遍性。

第三，鋼板樁施工前，應(yīng)對支護(hù)樁中線進(jìn)行校準(zhǔn)，并在鎖口位置內(nèi)側(cè)涂抹油脂增加插拔的潤滑度，施工機(jī)械以具有震動捶打的履帶式挖土機(jī)為主。

第四，鋼板樁施工主要采用屏風(fēng)式打入法，該方法具有精度高、易閉合，鋼板樁不易發(fā)生屈曲、扭轉(zhuǎn)、傾斜情況的優(yōu)點(diǎn)。采用該方法的關(guān)鍵點(diǎn)在于對施工順序的選擇，施工順序?qū)︿摪鍢洞怪倍取⑽灰啤⑤S線方向的伸縮、板樁墻的凹凸及打樁效率等都有直接影響。具體屏風(fēng)式打入法的施工順序包括正向、逆向、往復(fù)、中分、中和和復(fù)合等六項(xiàng)。具體選擇何種方向，要依據(jù)屏風(fēng)墻兩端鋼板樁的傾斜、垂直、長度等情況。比如屏風(fēng)墻兩端鋼板樁垂直時，可采用往復(fù)順序施工；鋼板樁墻長度足夠時可使用復(fù)合順序。鋼板樁施工的順序不唯一，可以多種結(jié)合，逐步進(jìn)行，通常情況下，每次打入的深度為0.5至3米之間。

最后，要保持鋼板樁施工時斜度的動態(tài)監(jiān)測，當(dāng)鋼板樁斜度超過2%時，或者出現(xiàn)偏斜過大的情況時，應(yīng)及時拔起并重新施工。

4.2 軟 土地段鐵路深基坑鋼支撐安裝方案

本工程基坑支護(hù)平面圖見圖2，立面圖見圖3。

本工程鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)高出二級坡面0.5m，沿基坑四周布設(shè)，距框架邊線2m，設(shè)置一道內(nèi)支撐；圍檁采用雙拼H400×400×13×21mm型鋼，內(nèi)支撐采用φ609×10mm鋼管。

進(jìn)行內(nèi)支撐安裝時，首先要進(jìn)行基槽的開挖，基槽的開挖要嚴(yán)格按照支撐布置圖位置所示進(jìn)行，在鋼板樁插打施工完成后，進(jìn)行放樣。

內(nèi)支撐的安裝主要涉及牛腿、對口撐、圍檁、豎向支撐、角撐等部件，牛腿安裝所用的三角形鋼板應(yīng)以焊接的方式固定于鋼板樁之上，控制焊縫縫隙，布置間隔為3m，具體牛腿安裝的高度應(yīng)在進(jìn)行放樣后確定，為確保能夠均勻受力，總體牛腿的安裝高度應(yīng)處于統(tǒng)一水平面上。

圍檁安裝要使用吊裝機(jī)械，分段吊放于牛腿支撐之上，本工程圍檁焊接采用雙拼H400×400×13×21mm型，焊接需要接長，布置與鋼板樁統(tǒng)一長度。接縫要求滿焊，幫焊采用與翼緣板同厚度的鋼板，焊接位置為H型鋼腹板與翼緣板四周，焊縫要求處于水平支撐處。圍檁安裝出現(xiàn)的空隙較大問題具有普遍性，本工程也不例外，為保持緊貼，填補(bǔ)空隙，多使用C30細(xì)石混凝土進(jìn)行填充。

對口撐采用φ609×10mm鋼管進(jìn)行栓接，在水平支撐端頭H型鋼腹板的兩側(cè)位置，采用H型鋼翼緣板同厚度三角鋼板與圍檁間幫焊卡位，角焊縫最小焊縫高度6.7mm，最小焊縫長度53.6mm，鋼管之間及鋼管與法蘭之間均采用高強(qiáng)螺栓連接。同時，為了提高內(nèi)支撐的安全穩(wěn)定系數(shù)，在其兩端利用￠8鋼絲繩抱箍進(jìn)行固定。

豎向支撐采用φ500×10mm鋼管，對口支撐長度為52.5m，利用打樁機(jī)進(jìn)行施工。本工程在對口撐位置以13.69m的間距插入3根鋼管，以提高支撐效果。豎向與橫向支撐的接口位置，應(yīng)使用與H型鋼翼緣板同厚度鋼板進(jìn)行托扶，以提高穩(wěn)定性。

角撐雖小，但是對于提高鋼板樁穩(wěn)定性有重要作用，本工程角撐采用φ609×10mm鋼管，幫焊卡位位置選在角撐端頭與圍檁間，使用材料為厚三角鋼板，并于翼板兩側(cè)加焊三角形限位鋼板。

表2 營業(yè)線沉降觀測頻次

表3 沉降觀測報警值

4.3 鄰 近既有新長鐵路側(cè)增設(shè)鉆孔灌注樁樁排支護(hù)方案

為提高既有新長鐵路側(cè)基坑邊坡穩(wěn)定性，確保新長線運(yùn)行安全，在鄰近新長線K235+836～K235+887范圍內(nèi)設(shè)計(jì)為單排49根鉆孔灌注樁，樁徑Φ1.0m，樁長為24m，樁中心距1.2米，形成樁排；鉆孔樁距離既有新長線線路中心線距離為8.1～13.59m；鉆孔樁采用正循環(huán)鉆機(jī)成孔，下鋼筋籠灌注砼而成。

5.既有鐵路沉降位移觀測

對框架施工對應(yīng)區(qū)段既有鐵路路肩進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測斷面間距5m，共設(shè)置12個檢測點(diǎn)位。采用直徑30mm長150cm頂端圓滑的鋼筋打入土中，樁周上部30cm用混凝土澆注固定并編號。路基監(jiān)測樁鋼筋頭為半球形，高出埋設(shè)表面5mm,并刻出十字線,表面做好防銹處理。完成埋設(shè)后采用電子水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)測量樁頂標(biāo)高作為初始讀數(shù)。

所有元件埋設(shè)后，必須測試初始讀數(shù)，觀測頻次如下表2。

在框架橋施工過程直至框架橋施工結(jié)束基坑回填后3個月期間，通過對既有新長鐵路路基沉降位移觀測數(shù)據(jù)分析（見表3），該工程鄰近既有鐵路路基未發(fā)生異常沉降位移變化，軟土地段深基坑支護(hù)效果良好。

6.結(jié)束語

軟土地段存在的不穩(wěn)定性，對于鐵路建設(shè)施工的影響較大，如果不能良好處理，會對施工的總體進(jìn)度及施工質(zhì)量有所影響。在進(jìn)行軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護(hù)施工時，要根據(jù)實(shí)際情況具體分析，加強(qiáng)做好關(guān)鍵技術(shù)的分析論證，嚴(yán)格控制施工流程及規(guī)范，確保深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)得到良好應(yīng)用與落實(shí)，為鐵路建設(shè)施工安全穩(wěn)定進(jìn)行做好基礎(chǔ)保證，為鐵路建設(shè)施工質(zhì)量的提高做好基礎(chǔ)保證。