棗陽人民路頂進框架橋下穿漢丹線支撐樁施工技術

王開成（中鐵十一局集團第一工程有限公司,湖北襄陽441104）

1 引言

近年來，隨著經濟快速發展的同時，帶動城鎮道路的加速建設，因而新建的許多道路都需要穿越既有鐵路，現場施工與鐵路運營必然會相互影響。支撐樁作為線路架空施工非常重要的一個環節，施工環境屬于營業線施工范疇，施工干擾多、難度大且各項條件比較局限，需提前做好規劃及技術方案準備工作，方可確保施工順利完成。

2 工程概況

棗陽人民路K241+667.15框架橋為雙向六車道，道路與漢丹線夾角90°，采用兩孔15m單體箱型橋下穿鐵路，順鐵路橋長33.22m，橫鐵路長22.5m。橋址位于棗陽南側，該處鐵路線路為3股道，分別是漢丹上行線、漢丹下行線、牽出線，本次線路架空主要為該3股道架空，每股道架空長度53.28m（16.4m+20.48m+16.4m),架空支撐樁采用方形挖孔樁支點，首先進行架空支撐樁（Z1～Z6排）施工，Z1排、Z4排線路外側支點樁尺寸為2m×2m×2m，兩線間為2m×2m×2m；Z2排、Z3排、Z5排外側支點樁截面尺寸為2m×2m，深12m的方形挖孔樁，兩線間為2m×2m×14m方形挖孔樁。挖孔樁布置見圖1。

3 支撐樁施工方案

總體施工工序：線間道砟固化及加固→道砟清理及加固→人工挖孔→綁扎鋼筋籠→澆筑混凝土

遇地下水補強措施：孔底植入鋼筋→孔壁插入鉚筋→預埋注漿管→樁底注漿

圖1 支撐樁平面、縱斷面布置圖

3.2 各工序施工方法

3.2.1 線間道砟固化及加固

既有線間道砟厚度100cm～130cm左右，厚度較大，施工前需將道砟加固，具體為采用水泥砂漿和植入鋼筋結合的方法進行加固。首先確定道砟開挖范圍，用空壓機及風鎬沿枕木頭邊打入1500mm長，直徑Φ16mm螺紋鋼，鋼筋間距控制在100mm以內；然后再采用水泥砂漿固化道砟，現場拌制水泥砂漿，水泥：水比例為1:3.7左右，現場操作為1桶水配1/3袋水泥，一桶水泥漿摻入3鐵鍬砂子，比例根據實際情況調整，可適當增加水泥摻量。

3.2.2 道砟清理及加固

第一步：先人工清除第一層50cm道砟，長度3m，清理到位后立即用6mm厚鋼板，寬度50cm，順線路方向與植入的鋼筋焊接，鋼板外側焊接兩道10#Q345槽鋼，槽口向外，用鋼管頂絲臨時支撐，支撐水平間距1m。

第二步：待第一層開挖加固完成后，再用相同方法施工第二層和第三層，直至路基頂面。

第三步：待道砟清除至路基面后，立即打入2.0m豎向槽鋼，間距70cm，兩側對稱布置，同時用鋼管頂絲支撐加固，縱豎向槽鋼焊接，邊打入邊支撐。

3.2.3 人工挖孔

道砟加固完成后，放出挖孔樁位，對影響施工的支撐可適當調整。開孔后，將改裝好的提土設備安放在孔口，安放穩定，按照正常挖孔工藝及施工技術交底挖孔，護壁厚度100mm，每節護壁高度500mm。

挖孔過程遇水時，立即停止向下挖孔，將最下一層護壁澆筑完成后，立即用風鎬將長度1200mm的8#槽鋼一正一反相扣打入護壁內，與護壁混凝土結成一體。待護壁混凝土凝固后，繼續向下開挖500mm，做一層護壁后，再打入一圈槽鋼，循環施工。出水量過大時先抽水再開挖。

3.2.4 綁扎鋼筋籠

鋼筋在孔外加工，孔內綁扎成型，主筋長度不得超過4.0m，按技術交底及鋼筋綁扎規范設置搭接接頭。

3.2.5 澆筑混凝土鋼筋籠綁扎完成后，利用地泵澆筑孔內混凝土，泵管穿越鐵路前預先穿入塑料套管。

3.3 支撐樁補強措施

施工時樁底可能遇到地質較差情況，出水量大，且處于細砂層，挖孔后形成流沙狀態，壓力很大，護壁出現相應變形，為保證人員安全與路基穩定，需采取措施保證支撐樁等效作用。

3.3.1 孔底植入鋼筋

挖孔樁挖至護壁變形處，做好混凝土護壁，在孔底豎向密布植入與主筋同規格鋼筋，長度3.5m，埋入土層2.0m，孔周圈植入鋼筋與上層鋼筋籠有效綁扎連接。

3.3.2 孔壁插入鉚筋

孔內每兩節護壁垂直鐵路方向，寬度1.0m范圍，在護壁接縫處、主筋間距內水平打入直徑Φ25mm，長度700mm螺紋鋼，外漏300mm，伸入土層400mm。

3.3.3 預埋注漿管

鋼筋籠綁扎完成后，在孔內預埋四根注漿管，注漿管伸入孔底土層以下3.0m，延伸至樁頂外部，用膠帶將管口密封。

3.3.4 樁底注漿

挖孔樁澆筑混凝土后，找出預埋注漿管，連接注漿機，將配置好的水泥漿注入樁底下部，注入壓力為2MPa～3MPa，每根注漿管注漿時長為2h，注入水泥約2.5t，整根樁底共注入水泥10t。注漿硬化后，植入的豎向鋼筋將樁身混凝土與水泥漿硬化基礎連城一體，等效增加支撐樁樁長，加強了樁身的側向抗土壓力和抗剪力，同時護壁四周水平植入的鋼筋，也會增大樁身的承載力和摩擦力。

4 支撐樁承載力驗算

根據現場布置情況，受力簡圖見圖2。

由圖2可知Z2-2#支撐樁樁底受力最大，選取Z2-2#支撐樁承載力進行以下驗算：

a.主跨組合：20m+16m；

列車荷載：查《鐵路橋涵設計規范》附錄C可知：

Lp=16m“中荷載”換算均布荷載：Q16活=122.1kN/mF16=122.1×16/2=976.8kN

Lp=20m“中荷載”換算均布荷載：Q20活=113.1kN/mF20=113.1×20/2=1131kN

靜載：D便梁自重+線路自重（不含道砟）

線路自重(鋼軌+混凝土枕):

靜載合計：F=98.5+600=698.5(kN)

圖2 支撐樁受力平面、縱斷面圖

列車沖擊系數（按V限=45km/h）

折減系數r=V限/（2Vkp-V限）=45/（2×80-45）=0.39

16m跨度：沖擊系數1+ru=1+0.39×28/（40+16）=1.20

20m跨度：沖擊系數1+ru=1+0.39×28/（40+20）=1.18

火車活載Q:Q火車活載=Q火車活載（Lp16）+Q火車活載（Lp20）=976.8×1.20+1131×1.18=2506.74

荷載組合：P總=698.5+2506.74=3205.24(kN)

Z2-2#支撐樁自重：G樁自重=25×2×2×14=1400(kN)

為了保證安全，考慮兩列火車通過該段時支撐樁的受力。

Z2-2#單樁的受力：P=1400+3205.24=4605.24(kN)

b.根據設計提供地質資料計算Z2-2#單樁基礎承載能力

U-樁周長2×（2+2）=8m

fi=80kPa樁周土極限摩阻力（由于土層復雜，檢算按較小的黏土層極限摩阻力，取值80kPa計算）

li-土層埋置深度6.5m

A-樁底支承面積

[σ]-樁底地基土的容許承載力(kPa)，當h≤4d時，[σ]=σ0+k2γ2（h-3）；當4d＜h≤10d時，[σ]=σ0+k2γ2（4d-3）+k'2r2(h-4d)；當h＞10d時，[σ]=σ0+k2γ2（4d-3）+k'2r2(6d)，其中d為樁徑或樁的寬度（m）；

m0-樁底支承力折減系數。鉆孔灌注樁樁底支承力折減系數可按表6.22-6采用；挖孔灌注樁樁底支承力折減系數可根據具體情況確定，一般可取m0=1.0。

故P＜[P]，挖孔樁符合要求能滿足要求。

5 結語

隨著城鎮道路網越來越完善，下穿既有鐵路框架橋、涵施工也會越來越多，目前線路架空支撐樁采用人工挖孔施工較為普遍。施工過程中，營業線列車可正常運行，且安全和質量均能夠保證。線路支撐樁人工挖孔技術成熟且施工成本低，多個作業面可同時施工，為后續的頂進施工提供支撐保障，既節約了施工成本，同時也保證了鐵路運營安全。