PC 工法樁在鐵路平改立項目中的應用

馮燕萍

（杭州鐵路設計院有限責任公司道橋所，浙江 杭州 310000）

1 概述

隨著我國改革開放的不斷深入，我國經濟總值已經躍入世界前列。在這樣的大背景下，我國的鐵路建設速度也一樣發生了巨大變化，從二十世紀末至今，經歷了數次大提速。鐵路交通的大發展帶動了一方經濟的進一步發展，經濟的發展和交通的便捷大大提高了全國人民的生活質量。但是，由于鐵路建設的長期性和復雜性，不可避免地與地方道路發生交叉，并對城市村莊進行了切割。為認真貫徹和落實總書記關于鐵路沿線安全環境治理工作重要指示精神，同時也是為了保證人民人身和財產安全，需進行平改立工程改造，徹底解決道口影響鐵路運輸安全的外部環境安全隱患問題。

然而鐵路平改立項目一般都具有施工工期短，工程投資受控等特點。因此，必須深入研究如何在保證臨營鐵路施工安全的同時，盡可能縮短工期，降低平改立項目的工程投資。而對于平改立工程（尤其是下穿鐵路工程）一般涉及橋涵及道路結構的基坑開挖，如何優化基坑工程設計來縮短工期、降低工程建設費用是各個階段設計時需要分析和解決的問題。

文中以金千鐵路平改立項目為實例，對道路基坑支護設計進行了優選，優化方案不僅能滿足臨營鐵路基坑開挖安全的要求，也能壓縮工期，降低造價。

2 工程設計

2.1 工程概述

該項目位于蘭溪市，已建1-6.0×4.0m 鐵路框架橋下穿既有金千鐵路，下穿段機動車道為新建四級公路，起終點均與既有道路相順接。設計范圍內公路全長約280m，道路穿越鐵路兩側走向呈S 形，道路邊線距離鐵路中心線最近僅為9.0m, 兩側道路施工均為臨營鐵路施工。路面設計標高在地下水位以下的路段，本工程支擋結構采用鋼筋混凝土U 型槽封閉地下水，U 型槽基坑開挖深度0.7～5.41m。道路平面線位走向如圖1 所示。

圖1 線位平面示意圖

根據該項目地質詳勘報告顯示，該范圍土層分別為雜填土、粉質黏土、圓礫、粉砂巖以及強風化粉砂巖。

本工程道路及U 型槽基底均位于粉質黏土層，該地層能夠滿足U 型槽基底承載力的要求，所以無需進行地基處理。

2.2 原基坑支護方案

本工程U9～U10 范圍內因開挖深度最大，一側離金千鐵路中心線距離最小僅有4.0m，另一側離既有建筑物邊僅4.0m，基坑開挖邊界條件受限，其余范圍內基坑均采用鋼板樁支護及放坡開挖。為確保既有金千鐵路運行的安全，且能保障施工期間路基穩定，采用D24 型施工便梁對線路進行加固，施工期間限速通行。

在道路U 型槽結構基坑開挖深度3.0～5.5m 路段內，采用φ80cm 鉆孔灌注樁（樁長為15m），外側加兩排φ60cm@20cm 水泥攪拌樁止水帷幕進行聯合支護，并設置Φ609×14@5m 鋼管橫撐。原基坑設計平面圖如圖2所示。

圖2 原基坑支護平面圖

經計算，本方案雖能滿足一級基坑的設計要求，但該方案存在施工的時間相對較長，且基坑支護費用相對較高等缺點。

2.3 基坑優化設計

因本工程為平改立項目，工程投資受控，工期較緊，結合該項目特點，對原基坑支護方案進行了比選。

2.3.1 基坑圍護方案比選

根據本道路U 型槽基坑工程的挖深、周邊建構筑物現狀情況、施工場地環境條件和實際地勘情況，目前可以考慮的支護方案一般包括：①全放坡開挖形式；②復合土釘墻支護結構；③拉錨式排樁墻支護結構；④單排樁或雙排樁懸臂式支護結構；⑤內撐式排樁支護結構。

放坡開挖是目前工程造價最低的圍護形式，施工速度較快、土方開挖較方便等，在但現場踏勘的實際情況來看，U 型槽基坑邊離金千鐵路及周邊房屋最小距離均不到5m，基坑四周不具備完全放坡開挖或部分放坡的條件。

土釘墻支護結構施工亦較為便捷而且施工工期相對較短，但相對放坡開挖費用較高，且本基坑距離鐵路和建筑物均極近，土釘墻的圍護結構，也存在空間的問題，因此不采用土釘墻支護結構。

拉錨式排樁墻支護結構對周邊的影響較小、受力也較好、且工程費用較低等優點。但本基坑開挖范圍空間極小，因此本工程基坑開挖不適合采用拉錨式排樁墻。

單排樁懸臂式支護結構一方面受力相對較差，工程費用較高，且圍護結構的變形較大，因此不采用單排樁懸臂式圍護結構。

內撐式排樁墻支護結構規避了排樁懸臂式支護結構存在的缺點外，對土質條件相對較差的深基坑內同樣適用，所以本工程道路U 型槽結構基坑經過各支護結構的比選，采用內撐式排樁墻的圍護結構。

排樁墻目前有以下三種形式，各自的優缺點如下：

鉆孔灌注樁排樁墻技術工藝極為成熟、施工效果較好，目前已在很多地區的深基坑開挖支護結構中得到了較好的應用。因此本基坑原方案就是采用鉆孔灌注樁排樁墻進行支護。

SMW 工法結構具有抗彎能力相對強、節省工程費用、且可節約圍護結構的空間。但三軸水泥攪樁機械龐大，場地要求較高，耗電量巨大，施工速度一般，且目前市場上型鋼租賃費用較高，因此本方案不采用SMW 工法圍護樁。

PC 工法組合鋼管樁圍護結構兼具有SMW 工法結構的優點外，施工相對比較靈活、而且可回收再利用（也能降低費用）綠色環保等優點，且能節約圍護結構空間的同時，也能提高工程建設的速度，從而降低工程費用。

2.3.2 基坑圍護計算

針對本工程基坑采用PC 工法組合鋼管樁支護進行了計算。基坑采用啟明星計算如圖3、圖4 所示。

圖4 變形內力包絡圖

從圖3、4 計算結果可以看出，該工程基坑圍護結構設計能滿足一級基坑設計的要求。

圖3 基坑計算概況圖

2.3.3 基坑優化設計

結合計算數據及對工程經濟進行分析，對開挖深度3.0～5.410m 區段的基坑支護方案進行了優化設計，采用PC 工法樁（?630x14 鋼管樁@1500，樁長為14m+兩個包Ⅳ型拉森鋼板樁，樁長為9m），樁頂設置Φ609×14@5m鋼管橫撐。基坑設計如圖5～圖7 所示。

圖5 優化基坑支護平面圖

圖6 PC 樁平面詳圖

圖7 基坑橫斷面圖

2.4 圍護形式的比較

鉆孔灌注樁作為較為常用的基坑支護樁，雖然技術工藝成熟，但也存在一定的問題，比如施工周期相對較長，養護時間較久，止水需單獨設置水泥攪拌樁止水帷幕，而且止水效果不容易控制和保證，會產生泥漿不環保，施工完后形成了永久性的障礙物等缺點。而PC 工法樁作為一種新型圍護樁，剛好對鉆孔灌注樁的這些缺點進行了克服，它具有施工工期較短，不需要水泥和養護時間,；圍護結構的受力較好，且剛度大，能減小基坑開挖對周邊環境及建構筑物的影響；而且可以回收再利用，綠色環保；止水效果好等優點。相比于鉆孔灌注樁，PC 工法組合鋼管樁具有一定的優勢，且PC 工法樁兼具了止水帷幕的效果，總體工程造價相對較低，且節約了圍護空間。

經過費用測算和對比，本工程U9～U10 范圍內開挖深度最大路段采用PC 工法樁進行優化基坑設計后，較之前采用的鉆孔灌注樁支護加水泥攪拌樁止水帷幕的基坑圍護方案，工程建安費用減少將近300 萬，符合本平改立工程的費用要求。價格組成如表1 所示。

表1 本工程PC 工法樁價格組成表

本工程優化后的基坑方案施工工期與原方案相比，預計節省45 天。該方案縮短了工期，也在一定程度上減少了工程造價。

3 PC 工法樁的適用條件

PC 工法樁目前普遍適用于軟土，粉砂，黏土，卵石，淤填土、吹填土，PC 工法樁的施工工藝通常需要根據具體的地質情況來選取最適當的施工方案。

4 PC 工法組合鋼管樁施工相關要求

4.1 PC 工法樁中拉森鋼板樁需采用小止口施工。

4.2 PC 工法樁的空隙也需要采用小企口拉森鋼板樁進行連接。

4.3 PC 工法樁必須嚴格控制好鋼管樁下沉時候的速度，鋼管樁下沉速度一般為1m/min。

4.4 PC 工法組合鋼管樁長度、組合形式、材料強度滿足設計要求，并滿足相應鋼結構規范。

5 PC 工法樁的社會效益

目前國內PC 工法鋼管樁約20 萬噸，若按每年使用兩次計算，則每年使用的鋼管樁和拉森鋼板樁，可節約砼大約100 萬方，節約鋼筋約10 萬多噸，節約水泥約12萬噸。每年節約的鋼材相當于可再建二艘航母。

6 結論

本次設計過程中，基坑圍護結構設計在考慮對運營鐵路安全的前提下，對各個影響因素進行了全面的分析，并采取了針對性的設計和方案比選。基坑設計在確保鐵路和基坑工程安全的同時，也滿足平改立項目特殊性的要求。新建道路的基坑圍護結構設計過程中采用的專項設計措施合理、有效。為工程建設的順利開展提供了可靠的技術支持。

PC 工法樁因其自身優勢，目前已越來越多應用于工程實踐，但國內目前階段使用施工工藝，還是會產生一定的振動和噪音，尤其在臨營鐵路中應用仍存在一定風險及安全隱患，未來靜壓工藝的廣泛應用勢必能降低對鐵路安全的風險，也將進一步開拓PC 工法樁的應用范圍。