軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

胡博

（中鐵九局集團(tuán)第四工程有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

0 引言

軟土路基是一種特殊地區(qū)路基，是較為常見(jiàn)的施工地段，需要特殊設(shè)計(jì)處理，具有含水量大、滲透性差、天然強(qiáng)度低和壓縮性高等特征，如果超過(guò)臨界高度，地基就會(huì)失去穩(wěn)定。我國(guó)鐵路行業(yè)規(guī)范對(duì)軟土地基定義為強(qiáng)度低、壓縮量較高的軟弱土層，多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)。軟土的成因，一般認(rèn)為是由于第四紀(jì)后期地表水所形成的沉淀物質(zhì)，多分布在海濱，湖濱，河流沿岸等地勢(shì)低洼地帶，地表常年潮濕或積水，地表往往有大量吸水植物，由于這些植物的生長(zhǎng)和死亡，使軟土中含有較多的有機(jī)物。對(duì)于軟土地基，應(yīng)根據(jù)軟土、淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)、埋層深度、路堤高度、材料場(chǎng)地情況進(jìn)行處理。如在軟土地段不能采用良好的深基坑支護(hù)方法保障基坑安全，勢(shì)必對(duì)臨近既有鐵路運(yùn)輸造成一定影響。

1 鐵路深基坑支護(hù)類型

由于地質(zhì)條件等因素的影響，鐵路基坑的支護(hù)形式也是千差萬(wàn)別，各種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍也不一樣，因此，在使用支護(hù)方式和方法時(shí)，要根據(jù)具體的地質(zhì)條件、水文條件、基坑周圍的地質(zhì)及施工條件等各種因素進(jìn)行選擇。在相同的深基坑工程中，不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，對(duì)不同的材料性能有很大的影響，從而影響到其經(jīng)濟(jì)效益。因此，在支護(hù)結(jié)構(gòu)的選取上，必須考慮基坑深度、側(cè)壁安全等級(jí)、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境復(fù)雜、施工條件等因素，合理選取符合條件的護(hù)坡形式，常見(jiàn)的基坑支護(hù)方法有以下幾種。

1.1 放坡開(kāi)挖

放坡開(kāi)挖泛指根據(jù)有關(guān)規(guī)定，在不設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅在已有的放坡范圍內(nèi)（基坑周圍），有足夠的場(chǎng)地、地質(zhì)土質(zhì)良好的淺基坑，在場(chǎng)地條件允許且經(jīng)驗(yàn)計(jì)算能確保其穩(wěn)定的情況下，可以采取放坡法。由于施工方便、施工速度快及造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，可以在沒(méi)有障礙物的條件下進(jìn)行施工，坡面必須采用相應(yīng)的保護(hù)措施，避免因降雨造成的滑坡，降低雨水滲透對(duì)邊坡的影響。

1.2 內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)

內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部支撐體系和支護(hù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用來(lái)承受水平方向的水、土壓力，從而避免地基發(fā)生側(cè)向崩塌，保證基坑的穩(wěn)定。內(nèi)支撐支護(hù)可應(yīng)用于不同深度、不同土質(zhì)的基坑，在設(shè)計(jì)中采用嚴(yán)格的控制變形，對(duì)開(kāi)挖人員和建筑物的安全起到很好的作用，但混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工工期長(zhǎng)，拆除工作量大，支護(hù)體系需占用基坑內(nèi)的空間，其布置應(yīng)考慮后續(xù)施工的方便。

1.3 地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

在地下連續(xù)墻的施工中，需要使用特殊的挖槽裝置，根據(jù)測(cè)量放樣及已劃分的槽段，在周圍挖出一條溝，每條溝的長(zhǎng)度通常在4～6m 左右，并在需要時(shí)使用攪拌樁進(jìn)行加固，具有良好的耐久性，適合于大部分的土層，土層中有孤石、大顆粒卵石、礫石等障礙，其成槽效率較低。

1.4 拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)

拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)包括鐵路深基坑支護(hù)和錨桿系統(tǒng)。在鐵路深基坑工程中，一般采用的是地下連續(xù)墻或排樁墻，其錨固系統(tǒng)可分為地表錨索和錨索兩類。由于地面拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)需要足夠的空間來(lái)布置錨桿等錨固件，因此在施工場(chǎng)地緊張的情況下會(huì)受到限制，而錨桿式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)土體對(duì)錨桿的錨固力要求更高。拉錨式支護(hù)一般用于砂土、粉土、硬塑至硬質(zhì)的基層或巖石層，因?yàn)殄^固要求基礎(chǔ)土能提供更大的錨固力，故應(yīng)謹(jǐn)慎采用。

1.5 排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

排樁是一種在基坑周邊按一定的樁型排列組合而成的鐵路深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于工程中不能放坡或因場(chǎng)地的限制而不能使用攪拌樁支護(hù)時(shí)，在6～10m深的基坑內(nèi)，適合基坑側(cè)墻1、2、3 級(jí)基坑，并廣泛應(yīng)用于邊坡加固、鐵路深基坑支護(hù)、壩基穩(wěn)定、滑坡整治等領(lǐng)域。排樁的支護(hù)方式有鉆孔灌注樁、預(yù)制鋼筋混凝土板樁、人工挖孔樁、鋼板樁等。

1.6 鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是以鋼板樁為基礎(chǔ)，采用鋼板樁作為支撐，以其本身的形狀對(duì)地基進(jìn)行加固，起到了很好的阻水作用。鋼板樁支撐結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用于8m深的軟土地基，在工程完成后可以將鋼板樁從地基中取出，從而達(dá)到回收再利用的目的，節(jié)約了投資和時(shí)間。同時(shí)，在工程施工中，還要考慮到鋼板的拔除對(duì)周圍的土體和地面土的影響，因此會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，并會(huì)對(duì)周圍居民的生活產(chǎn)生一定的影響。目前，鋼板樁的常用截面形式有U 形、Z 形、直腹板三種。

2 工程概況

2.1 工程介紹

成昆鐵路項(xiàng)目工程中的西昌西站站前廣場(chǎng)進(jìn)出站道路配套工程毗鄰鐵路，在工程現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)深度范圍內(nèi)，所有的地基土壤都屬于第四系的疏松沉積。根據(jù)地質(zhì)時(shí)代、地層名稱、層厚、層底標(biāo)高、土層描述等進(jìn)行地層特性描述，如表1所示。在該項(xiàng)目勘察階段，已完成的技術(shù)鉆孔最大深度為75m。

表1 地層特性表

2.2 施工工藝流程

該工程具體施工工藝流程見(jiàn)圖1。

從工程流程圖1 中可以看到，工程的主要內(nèi)容是基坑支護(hù)、開(kāi)挖、管樁等，從而達(dá)到較好的支護(hù)效果，是軟土地段治理的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，必須克服基坑開(kāi)挖深度大、外側(cè)水位淺、圍護(hù)安全穩(wěn)定性高、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題[1]。針對(duì)上述難點(diǎn)，在理正深基坑計(jì)算軟件的基礎(chǔ)上，結(jié)合基坑設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)基底標(biāo)高、地質(zhì)、水文資料以及同類工程的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理正深基坑計(jì)算軟件[2]，對(duì)基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起、管涌進(jìn)行驗(yàn)算，最后通過(guò)對(duì)基坑加固的個(gè)別檢算，最終確定采取二級(jí)放坡+拉森Ⅳ型鋼板樁+鉆孔樁（營(yíng)業(yè)線側(cè)）的支護(hù)方式[3]，嚴(yán)格監(jiān)督施工方案的執(zhí)行，尤其是在深基坑附近既有鐵路側(cè)路基沉降、位移觀測(cè)工作，確保深基坑施工在可控范圍內(nèi)進(jìn)行，如果出現(xiàn)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(shí)應(yīng)用[4]。

圖1 施工工藝流程圖

3 鄰近既有鐵路軟土深基坑支護(hù)施工方案

基坑最大開(kāi)挖深度為9.152m，在管樁施工完畢后，進(jìn)行基坑支護(hù)，采用二級(jí)放坡+拉森Ⅳ鋼板樁+鉆孔樁（業(yè)務(wù)線一側(cè)），在封底混凝土澆筑之前，基坑的開(kāi)挖深度分別為5.6m 和9.152m，施工后為5.1m 和8.652m；鋼板樁在距離框架本體2m 處插入，鋼板樁的平面尺寸為52.5m×118.2m。整個(gè)基坑支護(hù)工程對(duì)鋼板樁的要求很高，一方面鋼板樁的尺寸要滿足工程的要求，而且要均勻地布置在平面上，不能有任何不規(guī)則的角度；另一方面，還要保證在施工時(shí)，支架不會(huì)受到撞擊和任意的切割而損壞。在施工過(guò)程中，應(yīng)注意鋼板樁的變形，其允許的施工誤差見(jiàn)表2[6]。

表2 鋼板樁施工允許偏差值

在進(jìn)行鋼板樁施工過(guò)程中，要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，特別是在鋼板樁傾斜超過(guò)2% 時(shí)，或有較大的傾斜，必須立即將其拉出，繼而再進(jìn)行施工。

3.1 軟土地段鐵路深基坑鋼支撐安裝

該工程中，鋼板樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)比二級(jí)斜坡高0.5m，在基坑周圍布置，距離框架邊線2m 處，并設(shè)有內(nèi)支撐；內(nèi)支撐的安裝包括牛腿、對(duì)口撐、圍檁、豎向支撐、角撐等，牛腿安裝中使用的三角板必須焊接在鋼板樁上，并控制焊縫間隙，間距為3m，牛腿的安裝高度要在試樣后確定，為保證受力均勻，整體牛腿的安裝高度必須是一致的。

圍梁的安裝應(yīng)采用起重設(shè)備，在牛腿支架上分段吊掛，該項(xiàng)目的圍梁采用H400×400×13×21mm 的雙拼式，焊接時(shí)長(zhǎng)度要與鋼板樁的長(zhǎng)度一致[7]。接縫必須是全焊，并應(yīng)使用與翼緣板相同厚度的鋼板，焊接點(diǎn)應(yīng)在H 形鋼腹板和翼緣板周圍，并在橫向支撐處進(jìn)行焊接。施工中存在的孔洞大是普遍存在的問(wèn)題，在這一工程中也是如此，為保證結(jié)構(gòu)緊密，并填滿裂縫，一般采用C30 細(xì)石混凝土[8]。用Φ609×10mm 的鋼管栓接，在橫向支撐端H 形鋼腹板的左右兩側(cè)，用H 形鋼翼緣板等厚度的三角形鋼板與桁架間的幫焊卡位。在此基礎(chǔ)上，采用￠8 鋼絲繩抱箍，以改善內(nèi)支承的安全穩(wěn)定性。垂直支承采用Φ500×10mm 的鋼管，并配合使用2.5m 的水平支承[9]。

為增強(qiáng)支承作用，該項(xiàng)目采用3 根鋼管，每隔13.69m。垂直和橫向支承的交接部位，應(yīng)該采用與H型鋼翼緣板相同厚度的鋼板作為支架，以增加穩(wěn)定性。角撐雖然很小，但對(duì)鋼板樁的穩(wěn)定起到很大的作用，該項(xiàng)目的角撐采用φ609×10mm 的鋼管，將幫焊卡位設(shè)在角撐端和橫梁之間，選用的材料是一種厚實(shí)的三角鋼板，并在翼板的兩邊焊接三角形的限位鋼板。

3.2 鄰近既有鐵路側(cè)增設(shè)鉆孔灌注樁樁排支護(hù)方案

為改善既有鐵路側(cè)向基坑邊坡的穩(wěn)定性，保證線路的正常運(yùn)營(yíng)，在相鄰線區(qū)間內(nèi)設(shè)置一排49 個(gè)鉆孔樁，樁徑Φ1.0m，長(zhǎng)度24m，樁心間距1.2m，鉆孔樁與既有線線路中心線的距離為8.1～13.59m；鉆孔樁采用正循環(huán)鉆機(jī)成孔，下鋼筋籠灌注混凝土而成。

3.3 既有鐵路沉降位移觀測(cè)

在該工程中，對(duì)相應(yīng)區(qū)間的已建鐵路路肩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)區(qū)間相隔5m，共設(shè)12 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。將直徑30mm、長(zhǎng)度150cm、頂部光滑的鋼筋插入土壤中，繼而在樁周邊30cm 處澆筑混凝土，并進(jìn)行編號(hào)。路基監(jiān)控樁頭為半圓形，高度超過(guò)埋深5mm，并在上面刻畫(huà)十字，并進(jìn)行防銹處理。埋好后，按照二等水準(zhǔn)基準(zhǔn)，利用電子水準(zhǔn)儀對(duì)樁頂?shù)臉?biāo)高進(jìn)行測(cè)量，并以此為起始讀數(shù)。安裝完畢后，應(yīng)對(duì)各部件的初始讀數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)，從框架橋施工開(kāi)始到框架橋完成基坑開(kāi)挖后3 個(gè)多月，根據(jù)已建鐵路路基的沉降位移監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，以此保障基坑支護(hù)的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟土地段因其特殊性極大程度上加劇了施工的不穩(wěn)定性，如處理不當(dāng)會(huì)對(duì)整體施工造成不同程度的影響。據(jù)此，在軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護(hù)施工中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，做好關(guān)鍵技術(shù)分析論證，以此保障鐵路建設(shè)施工安全的穩(wěn)定性。