軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護關鍵技術研究

胡博

（中鐵九局集團第四工程有限公司，遼寧沈陽110000）

0 引言

軟土路基是一種特殊地區路基，是較為常見的施工地段，需要特殊設計處理，具有含水量大、滲透性差、天然強度低和壓縮性高等特征，如果超過臨界高度，地基就會失去穩定。我國鐵路行業規范對軟土地基定義為強度低、壓縮量較高的軟弱土層，多數含有一定的有機物質。軟土的成因，一般認為是由于第四紀后期地表水所形成的沉淀物質，多分布在海濱，湖濱，河流沿岸等地勢低洼地帶，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和死亡，使軟土中含有較多的有機物。對于軟土地基，應根據軟土、淤泥的物理力學性質、埋層深度、路堤高度、材料場地情況進行處理。如在軟土地段不能采用良好的深基坑支護方法保障基坑安全，勢必對臨近既有鐵路運輸造成一定影響。

1 鐵路深基坑支護類型

由于地質條件等因素的影響，鐵路基坑的支護形式也是千差萬別，各種支護方式的優點和適用范圍也不一樣，因此，在使用支護方式和方法時，要根據具體的地質條件、水文條件、基坑周圍的地質及施工條件等各種因素進行選擇。在相同的深基坑工程中，不同的支護結構形式，對不同的材料性能有很大的影響，從而影響到其經濟效益。因此，在支護結構的選取上，必須考慮基坑深度、側壁安全等級、水文地質條件、周邊環境復雜、施工條件等因素，合理選取符合條件的護坡形式，常見的基坑支護方法有以下幾種。

1.1 放坡開挖

放坡開挖泛指根據有關規定，在不設置圍護結構的基礎上，僅在已有的放坡范圍內（基坑周圍），有足夠的場地、地質土質良好的淺基坑，在場地條件允許且經驗計算能確保其穩定的情況下，可以采取放坡法。由于施工方便、施工速度快及造價經濟合理，可以在沒有障礙物的條件下進行施工，坡面必須采用相應的保護措施，避免因降雨造成的滑坡，降低雨水滲透對邊坡的影響。

1.2 內支撐支護結構

內支撐支護結構包括內部支撐體系和支護結構，它通過支護結構的作用來承受水平方向的水、土壓力，從而避免地基發生側向崩塌，保證基坑的穩定。內支撐支護可應用于不同深度、不同土質的基坑，在設計中采用嚴格的控制變形，對開挖人員和建筑物的安全起到很好的作用，但混凝土內支撐結構施工工期長，拆除工作量大，支護體系需占用基坑內的空間，其布置應考慮后續施工的方便。

1.3 地下連續墻支護結構

在地下連續墻的施工中，需要使用特殊的挖槽裝置，根據測量放樣及已劃分的槽段，在周圍挖出一條溝，每條溝的長度通常在4～6m 左右，并在需要時使用攪拌樁進行加固，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 拉錨式支護結構

拉錨式支護結構包括鐵路深基坑支護和錨桿系統。在鐵路深基坑工程中，一般采用的是地下連續墻或排樁墻，其錨固系統可分為地表錨索和錨索兩類。由于地面拉錨式支護結構需要足夠的空間來布置錨桿等錨固件，因此在施工場地緊張的情況下會受到限制，而錨桿式結構的基礎土體對錨桿的錨固力要求更高。拉錨式支護一般用于砂土、粉土、硬塑至硬質的基層或巖石層，因為錨固要求基礎土能提供更大的錨固力，故應謹慎采用。

1.5 排樁支護結構

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結構，對于工程中不能放坡或因場地的限制而不能使用攪拌樁支護時，在6～10m深的基坑內，適合基坑側墻1、2、3 級基坑，并廣泛應用于邊坡加固、鐵路深基坑支護、壩基穩定、滑坡整治等領域。排樁的支護方式有鉆孔灌注樁、預制鋼筋混凝土板樁、人工挖孔樁、鋼板樁等。

1.6 鋼板樁支護結構

鋼板樁支護結構是以鋼板樁為基礎，采用鋼板樁作為支撐，以其本身的形狀對地基進行加固，起到了很好的阻水作用。鋼板樁支撐結構是一種應用于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，從而達到回收再利用的目的，節約了投資和時間。同時，在工程施工中，還要考慮到鋼板的拔除對周圍的土體和地面土的影響，因此會產生很大的噪音，并會對周圍居民的生活產生一定的影響。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

成昆鐵路項目工程中的西昌西站站前廣場進出站道路配套工程毗鄰鐵路，在工程現場勘測深度范圍內，所有的地基土壤都屬于第四系的疏松沉積。根據地質時代、地層名稱、層厚、層底標高、土層描述等進行地層特性描述，如表1所示。在該項目勘察階段，已完成的技術鉆孔最大深度為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圖1。

從工程流程圖1 中可以看到，工程的主要內容是基坑支護、開挖、管樁等，從而達到較好的支護效果，是軟土地段治理的重要技術環節。在深基坑開挖過程中，必須克服基坑開挖深度大、外側水位淺、圍護安全穩定性高、施工安全風險高的問題[1]。針對上述難點，在理正深基坑計算軟件的基礎上，結合基坑設計圖紙、設計基底標高、地質、水文資料以及同類工程的施工經驗，結合理正深基坑計算軟件[2]，對基坑整體穩定性、抗傾覆、抗隆起、管涌進行驗算，最后通過對基坑加固的個別檢算，最終確定采取二級放坡+拉森Ⅳ型鋼板樁+鉆孔樁（營業線側）的支護方式[3]，嚴格監督施工方案的執行，尤其是在深基坑附近既有鐵路側路基沉降、位移觀測工作，確保深基坑施工在可控范圍內進行，如果出現變形超限的情況，要有相應預案確保補強措施的及時應用[4]。

圖1 施工工藝流程圖

3 鄰近既有鐵路軟土深基坑支護施工方案

基坑最大開挖深度為9.152m，在管樁施工完畢后，進行基坑支護，采用二級放坡+拉森Ⅳ鋼板樁+鉆孔樁（業務線一側），在封底混凝土澆筑之前，基坑的開挖深度分別為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。整個基坑支護工程對鋼板樁的要求很高，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，不能有任何不規則的角度；另一方面，還要保證在施工時，支架不會受到撞擊和任意的切割而損壞。在施工過程中，應注意鋼板樁的變形，其允許的施工誤差見表2[6]。

表2 鋼板樁施工允許偏差值

在進行鋼板樁施工過程中，要對其進行動態監控，特別是在鋼板樁傾斜超過2% 時，或有較大的傾斜，必須立即將其拉出，繼而再進行施工。

3.1 軟土地段鐵路深基坑鋼支撐安裝

該工程中，鋼板樁的支護結構比二級斜坡高0.5m，在基坑周圍布置，距離框架邊線2m 處，并設有內支撐；內支撐的安裝包括牛腿、對口撐、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。

圍梁的安裝應采用起重設備，在牛腿支架上分段吊掛，該項目的圍梁采用H400×400×13×21mm 的雙拼式，焊接時長度要與鋼板樁的長度一致[7]。接縫必須是全焊，并應使用與翼緣板相同厚度的鋼板，焊接點應在H 形鋼腹板和翼緣板周圍，并在橫向支撐處進行焊接。施工中存在的孔洞大是普遍存在的問題，在這一工程中也是如此，為保證結構緊密，并填滿裂縫，一般采用C30 細石混凝土[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，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。在此基礎上，采用￠8 鋼絲繩抱箍，以改善內支承的安全穩定性。垂直支承采用Φ500×10mm 的鋼管，并配合使用2.5m 的水平支承[9]。

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

3.2 鄰近既有鐵路側增設鉆孔灌注樁樁排支護方案

為改善既有鐵路側向基坑邊坡的穩定性，保證線路的正常運營，在相鄰線區間內設置一排49 個鉆孔樁，樁徑Φ1.0m，長度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；鉆孔樁采用正循環鉆機成孔，下鋼筋籠灌注混凝土而成。

3.3 既有鐵路沉降位移觀測

在該工程中，對相應區間的已建鐵路路肩進行監測，監測區間相隔5m，共設12 個檢測點。將直徑30mm、長度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，并進行編號。路基監控樁頭為半圓形，高度超過埋深5mm，并在上面刻畫十字，并進行防銹處理。埋好后，按照二等水準基準，利用電子水準儀對樁頂的標高進行測量，并以此為起始讀數。安裝完畢后，應對各部件的初始讀數進行檢測，同時，從框架橋施工開始到框架橋完成基坑開挖后3 個多月，根據已建鐵路路基的沉降位移監測資料進行分析，以此保障基坑支護的可靠性。

4 結語

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定性，如處理不當會對整體施工造成不同程度的影響。據此，在軟土地段鄰近既有鐵路深基坑支護施工中應結合實際情況，做好關鍵技術分析論證，以此保障鐵路建設施工安全的穩定性。