軟塑淤泥地層中繼間頂進框架橋施工技術

高玉蘭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司城市軌道交通設計研究院，北京 100055)

1 工程概況

1.1 工程位置、結構形式

本工程位于天津市塘沽區中心路，下穿京山線塘沽站編組場，現狀為18股既有鐵路線，2條規劃鐵路線。地下鐵路、市政管線密布，地面有數棟居民樓位于橋區附近。橋涵結構形式為(11.5-11.5)m雙孔框架橋，頂進段長度 96.781 m(第 1 節 34.907 m，第 2 節30.907 m，第3 節 30.907 m)，現澆段長度23.94 m(第1 節16.47 m，第2 節7.47 m)，全橋總長120.781 m，總寬25.4 m，總高6.7 m，橋體中線與鐵路正交(圖1)。

1.2 工程地質及水文地質

橋址處地層自上往下概述如下。

(1)人工填土層:層厚1.0 ～3.3 m;

(2)新近沉積土層:主要為亞黏土，可塑偏軟，層厚 1.3 ～ 3.0 m，滲透系數 1.9×10-7，容許承載力90 kPa;

(3)第Ⅰ海相沉積土層:③-1為軟土，流塑狀態，以淤泥質土為主，局部夾淤泥及亞黏土層，屬高壓縮性土，層厚6.0 ～12.8 m，滲透系數 1.12×10-7，容許承載力75 kPa;③Ⅰ夾為亞黏土，軟塑狀態，層厚 0.6～1.6 m，容許承載力80 kPa;③Ⅱ夾為亞黏土，軟塑狀態，層厚3.6 ～8.0 m，容許承載力80 kPa;

(4)第Ⅱ陸相層:亞黏土，可塑偏軟，層厚1.5～3.4 m，容許承載力120 kPa;

本橋底板位于土層③，勘察期間場區靜止地下水位埋深1.1～1.3 m，屬第四系潛水，主要為大氣降水補給。

2 基坑工程

圖1 框架橋平面(單位:mm)

由于該工程地理位置特殊，施工制約因素較多，施工場地狹小，只能將基坑布置于鐵路東北側(順鐵路線方向)，為確保基坑施工過程中鐵路線的安全運營，防止降水引起鐵路線及周邊3棟居民樓不均勻沉降產生下沉、裂縫，基坑施工過程中采取了以下幾項技術措施［1～3］。

2.1 基坑圍護樁

待地下管線拆改移工作完成后，對施工場地進行圍擋，基坑后背采用雙排 φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長25 m。基坑距東北側居民樓僅10 m，采用單排φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長22 m。其他圍護樁采用單排φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁間距均為1.4 m。為防止鉆孔過程中塌孔，泥漿控制指標為:黏度18～20 s，含砂率不大于8%，膠體率不大于90%。因地質條件較差，施工采用隔2鉆1法，靠近鐵路側施工鉆孔樁時，在鉆機后15 m位置橫向埋設一排地錨，鉆機架子頂部用風纜繩與地錨拉緊，防止施工時鉆機傾倒影響鐵路行車安全，移動鉆機時，后側地錨松繩，前進方向地錨緊繩。鋼筋籠吊裝采用25 t吊車，并在鋼筋籠頂圈箍筋系兩根風纜繩，人工拉緊，防止吊車脫鉤或鋼絲繩斷裂，導致鋼筋籠向鐵路方向傾倒。樁身采用C25商品混凝土灌注，坍落度(18±2)cm，含砂率 40% ～50%［4～8］。

2.2 樁外止水帷幕

因水泥攪拌樁具有工藝簡單、施工速度快、質量可靠、環境污染小、噪聲低、適合居民密集區施工等特點，結合本工程地質特性，止水、擋淤采用圍護樁外設置2排深層水泥攪拌樁，樁長17 m，樁徑600 mm，樁間距450 mm，等邊三角形搭接布置，采用切割搭接法施工，使樁身之間互相咬合緊密，利用密實的樁體結構在基坑四周形成截水帷幕，阻斷基坑內外水的流動，達到止水目的。水泥攪拌樁采用32.5級礦渣硅酸鹽水泥，每米樁長水泥摻入量為 55 kg［6～8］。

2.3 基坑內降水

圍護樁及止水帷幕施工完成后，采用φ600 mm大口井進行基坑內降水作業，依據土壤滲透系數、潛水層厚、水位降深、抽水影響半徑等參數，經計算，坑內需布設降水井97眼，井深11 m，使地下水位降至基坑滑板1 m以下。降水過程中，沿鐵路線設置3個觀測點，附近3座居民樓各設置2個觀測點，依據觀測數據隨時調整降水參數［6～8］。

2.4 基坑內支撐

基坑開挖采用分段分層開挖、隨開挖隨支撐的方法，依照“分段開挖、由上而下、先撐后挖、分層開挖”的原則進行作業。主坑5道角隅斜撐，副坑12道橫支撐及8道角隅斜撐，橫支撐采用φ1 000 mm、壁厚16 mm鋼管，間距3 m。角隅斜撐采用φ800 mm、壁厚12 mm 鋼管，間距 2.7 m(圖 2)［6～8］。

圖2 基坑圍護平面(單位:mm)

3 頂進段路基注漿固化工程

3.1 注漿固化范圍

框架橋結構位于軟塑淤泥土層內，其容許承載力僅80 kPa，不能滿足地基承載力要求，為防止橋體頂進過程中鐵路路基坍塌、橋體不均勻沉降、扎頭等現象，確保橋體頂進過程中鐵路線的安全運營和橋體頂進質量，需對橋體正面及兩側路基進行加固處理，使其地基承載力達到120 kPa。根據其土層地質特性及工程特點，加固范圍確定為軌底面以下深12.5 m，沿鐵路方向寬41.4 m，沿頂進方向長75.2 m，從鐵路南側向北分段推進作業，共分 8 段，每段長 9.4 m［6～8］。

3.2 注漿加固及止水原理

根據土質特性選擇合適的漿液，在不改變地層組成的情況下，將土層顆粒間存在的水強迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液并固結，達到改良土層性狀的目的，使其土層黏結力、內摩擦角值增大。從而使地層粘結強度及密實度增加，起到加固土體的作用。土體顆粒間隙中充滿了不流動且固結的漿液后，使土層透水性降低，形成相對隔水層。土層注漿加固后強度:卵石層達到250～300 kPa、細中砂層達到150～200 kPa、黏土層達到100～120 kPa;止水系數可達到1×10-7～1×10-8cm/s。

3.3 注漿參數

3.3.1 漿液的選擇

根據以往地下工程注漿施工經驗，在軟塑淤泥質土中宜選用無收縮注漿液，采用二重管無收縮WSS工法帷幕超前注漿，無收縮注漿液屬于高安全性、高滲透性的注漿材料，其特點為:漿液強度、滲透性能、固結硬化時間可根據現場實際需要任意調整，滲透性良好，地層中有流動水時也具有很強的固結性能，漿液不流失，固結后不收縮，硬化劑無毒，對地下水無污染。目前無收縮注漿液分A、B、C液3種(表1)，經現場試驗并組織專家論證，該工程最終確定深12.5 m區域進行放射性帷幕注漿，0 ～-0.8 m 不注漿，-0.8 ～ -5.7 m 注 AB漿液，-5.7～-6.7 m 為 AB、AC 漿液重疊部分，-6.7～-12.5 m 注 AC 漿液(圖3)。

表1 無收縮注漿液標準配比

圖3 頂進段路基注漿加固剖面(單位:mm)

3.3.2 注漿量的計算

因漿液的擴散半徑、土層孔隙率難以精準確定，按經驗公式進行注漿量估算

式中，Q為總注漿量，m3;A為注漿加固土體體積，m3;n為孔隙率，%;μ為漿液填充系數;β為注漿材料損耗系數。

為簡化計算，式中nμ(1+β)統稱為填充率，淤泥土層填充率取25%。

注漿量 Q=12.5×41.4×75.2×25%=9 729.0 m3

3.3.3 注漿壓力的確定

注漿壓力是注漿施工中的重要參數，它關系到注漿施工的質量以及是否經濟合理。因此，正確確定注漿壓力、合理運用注漿壓力有著重要的意義。

注漿壓力與土層孔隙發育程度、涌水壓力、土層深度、漿液材料黏度和凝膠時間長短等有關，目前均按現場試驗及類似工程經驗確定。

3.4 注漿關鍵技術

(1)嚴格控制配合比與凝膠時間，初選配合比后，用凝膠時間控制調節配合比，并測定注漿結實體的強度，選定最佳配合比。

(2)注漿工程中，應嚴格控制注漿壓力，注漿終壓必須達到規定要求并穩壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現串漿、冒漿等現象，危及地下、地面建(構)筑物。如出現異常現象，應采取以下控制措施。

①降低注漿壓力或采取間隙注漿，改變注漿材料配比或縮短漿液凝膠時間。

②出現串漿現象時，可采取多臺注漿機同時注漿或將串漿孔擊實堵塞，輪到該孔注漿時再拔掉堵塞物，清除管內雜物，并用高壓風沖洗后再注漿。

③出現壓力突然升高現象時，需關停注漿，待正常后再繼續注漿。

④如注漿量很大，壓力長時間不升高，則應調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使漿液在裂隙中有相對停留時間以便凝膠，但停留時間不能超過混合漿的凝膠時間。

⑤注漿次序為由兩側對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿。

⑥注漿過程應有專人記錄，注漿完成后檢驗注漿效果，不合格者進行補注，達到設計強度后，方可進行頂進作業。

3.5 橋體頂進

頂進段共分 3節，第 1節重65 000 kN，頂程108.6 m。第2節重64 500 kN，頂程109.07 m。第3節重64 500 kN，頂程 109.54 m。配備3 200 kN頂鎬共98臺，前2節各設置頂鎬30臺，后背32臺，備用6臺。橋體頂進施工是本工程的關鍵，直接影響工程質量，中繼間法頂進施工的關鍵環節是前后節高程和方向的控制，本工程采取了以下幾項技術措施［9～10］。

(1)在前兩節后端預留鎬窩位置，為保證每節出鎬速度相同，3節橋體共用1套頂進控制設備，鎬窩間預埋3條鋼管，2條穿油管，1條穿電控線。前節后端底板預埋1.5 m長、20 mm厚鋼板，后節前端底板預留20 mm深凹槽，便于前后節插入。

(2)在中繼間接縫處，箱體外四周圍20 mm厚、1 m寬護套鋼板，以防止周圍土體進入橋內。為防止頂進扎頭，在第一節橋體前端側刃角支座周邊加設鋼刃角。

(3)因場地限制，基坑為沿鐵路方向布置，副坑內的2、3節橋體需空頂橫移至主坑位置方可正常頂進。工序為:主坑內第1節正常頂進時，用兩側導向墩控制橋體方向，達到第2節橫移條件后，將活動導向墩和第1節后頂鐵拆除，第2節橫移就位后，安裝活動導向墩、護套鋼板和頂進設備，連續正常頂進第1、2節橋體，達到第3節橫移條件后，按上述方法將第3節橫移就位，再連續正常頂進3節橋體直至就位。

(4)就位后拆除中繼間護套鋼板及頂進設備，粘結遇水膨脹橡膠止水棒，鎬窩處恢復主體底板鋼筋并澆筑混凝土，在主坑位置澆筑兩節現澆段［9～10］。

(5)頂進期間鐵路線路采用扣軌縱橫梁加固體系，限速45 km/h，且必須利用列車運行間隔時間頂進，加強監控量測，每頂1鎬觀測1次，發現問題及時處理，以免造成更大的偏差［1～3］。

4 結語

目前在軟塑淤泥地層中頂進框架橋工程日趨增多，本文以天津市塘沽區中心路下穿鐵路編組場框架橋工程為例，針對該類工程施工過程中遇到的重點、難點及關鍵工藝，總結出以下幾點體會，供類似工程借鑒。

(1)位于市區內的框架橋基坑受地理位置的制約，大多施工場地狹小，地面建(構)筑物較多，基坑開挖及降水必然對其產生不利影響。這就要求設計人員充分考慮各種不利因素，制定出1套確保施工安全的基坑圍護、降水、止水方案。

(2)軟塑淤泥地層加固效果的好壞直接影響到鐵路運營的安全及橋涵的頂進質量，應根據土層地質特性及工程特點，選擇適當的注漿加固材料，確定合理的注漿參數。

(3)中繼間法橋涵頂進施工是本工程又一關鍵工序，施工中應采取措施使頂進前后節橋體高程及方向保持一致，并應加強監控量測，確保中繼間法橋涵頂進施工的工程質量。

［1］鐵建設［2009］226號 鐵路工程施工組織設計指南［S］.

［2］京鐵師［2010］249號 關于公布《營業線施工安全管理實施細則補充辦法》的通知［S］.

［3］鐵道部工務局工橋［1998］2號 既有繁忙干線橋梁改造暫行技術條件［S］.

［4］TB10203.1—2002 鐵路橋涵施工規范［S］.

［5］TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］.

［6］鐵道部第三勘察設計院.鐵路工程設計技術手冊《橋梁地基和基礎》［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［7］劉正峰.地基與基礎工程新技術實用手冊［M］.北京:海潮出版社，2006.

［8］地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1988.

［9］TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.

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