軟土地段框架橋頂進扎頭控制及糾偏技術

祝凌波

摘 要：以某下穿鐵路框架橋工程為實例，因對軟弱地基的預估計不足、復合地基加固不到位等原因，造成框架橋在頂進過程中出現嚴重扎頭問題，施工人員依據現場實際情況，對糾偏施工方案進行了理論計算和比對，制定出適當的施工方案，并成功糾偏。希望本文的研究可以為我國軟土地段框架橋頂進防扎頭控制及糾偏研究提供有效的理論指導。

關鍵詞：軟土地段；扎頭控制；糾偏方案；頂進方案

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.149

文章編號：2095-6835（2016）20-0149-02

1 工程概述

1.1 工程概況

杭州市某區市政道路城市次干道設計車速為50 km/h，下穿滬昆鐵路繞行線電氣化鐵路。道路中心與其斜交叉，法線夾角為84°48′26″。立交橋采用4-（6.5+11.5+11.5+6.5）m鋼筋混凝土箱形框架，軸長為8.5 m，兩側為5 m鋼筋混凝土翼墻。

1.2 地質情況

該地段屬于海積平原地區，地貌類型單一，地面高度為1.6 m。地質自上而下為：亞黏土（軟塑，1.5～0.75 m）→淤泥質亞黏土（流塑，0.75～12.76 m）→亞砂土（軟塑，-15.72～-12.76 m）→亞砂土（軟塑，24.05～-15.72 m）。其中，地基采用高壓旋噴樁加固。

1.3 框架施工情況

本項目采用D24型便梁加固線路，采用頂進法施工，便梁支墩位于鐵路路基兩側，采用4-ψ1.0 m，l=30 m的鉆孔樁，并用鋼筋混凝土進行蓋梁連接。

第一孔6.5 m框架完成以后，進行地基加固并養護，到期后進行頂進，頂進質量要符合相關規定，前后誤差在0～30 mm之間。為了保證工程第二孔11.5 m框架在頂進后能與上一孔保持相同高度，在頂進前，要將鋼筋混凝土滑床板向前延伸，直到線路中線外2 m位置，再進行后續頂進施工。由于地基太軟，頂進基坑進行3次挖掘才成功，隨即進行鋼筋混凝土滑板的接長澆筑，并進行為期7 d的維護，使得混凝土達到C25標準。

在第二孔（11.5 m）頂進過程中，容易出現滑板接長裂縫，導致橋頭扎頭問題。如果頂進5 m時出現滑板接長斷裂，就會導致橋頭出現32 cm扎頭，影響其持續頂進。在這樣的情況下，需要對扎頭進行糾偏處理，在框架橋頂前端進行混凝土澆筑，其規格為w（寬）=8 m，h（深度）=1 m，而且隨著導向板向前頂進。同時，在框架橋的前口、兩翼墻，扎頭持續加快，影響了線路的安全。因此，施工人員決定在頂進框架至線路側段進行便梁鉆孔樁支墩承臺施工，并回填三角區，測量其最大差值1 m。相對于前孔來說，如果相差太大，就不能滿足要求。經過實地調查發現，該地區原為舊河道回填區域，地質情況比較復雜。

2 糾偏方案的比選

根據施工現場的情況，為了提高工程的質量，可以選擇兩種方案：①將第二孔框架橋鑿除，在原有位置進行澆筑；②通過頂抬，讓框架橋符合預期設計高度。通過上述方案分析以及施工單位的自身經濟成本分析，前者可行性不如后者高，而且后者社會效益比較明顯。

2.1 頂進方案的計算

2.1.1 總體方案

在框架橋箱體的4個角安裝（深）基礎支墩，主梁自箱身頂板向下橫穿頂板，而且主梁與頂板之間進行配梁安裝（“工”字型）。主梁采用鋼材原料，其支點處安裝配梁，而且在各個支點位置設置鋼管傳立柱。另外，在每個支點配備一個頂抬，其規格為500 t千斤頂。

2.1.2 支墩基礎的受力計算

框架橋箱身自重一般為1 000 t，所以本文以此為計算前提，并結合（南側邊墻）主動土壓力產生的摩擦力進行朗金主動土壓力公式計算，公式為：

框架橋受力情況如圖1所示。由圖1可知，箱體4個角的max反力為420.7 t，min反力為213.75 t。

2.1.3 支墩樁基礎的承載力計算

框架橋的鉆孔樁長度h為26 m，樁基直徑R為150 cm，那么應該考慮單排2根問題，其中，土層摩擦系數如表1所示。

依據上述計算公式中的支墩承載力進行計算，其允許承載力為2×279.6=559.2 t，安全系數為559.2÷420.7=1.330.

2.1.4 主梁受力檢算

在單側主梁施工時，需要采用兩根D16鋼便梁作為支撐，而框架橋箱身內設置鋼管樁。其中，箱身露出部分按照懸臂梁進行計算，或按不利荷載進行計算。D16鋼便梁的截面模量W=13 979.1 m3，慣性矩I=611 586.7 cm4，如圖2所示。

臺梁、支承布置如圖2所示。由圖2可知，要想對彎矩、彎曲強度、撓度進行準確計算，需要獲得3根主梁的相關參數。

2.2 方案分析

由上述計算可知，第二種方案具有較高的準確度，可以滿足框架橋頂進防扎頭控制的需要。然而，在實際施工過程中，第二種方案需要具備以下要求：①D16 m鋼便梁自重比較大，一般為7.412 t，所以安裝過程具有較高的風險性性；②在鋼便梁生產過程中，具有一定的預拱度，所以實際安裝的緊密性不高；③框架橋箱內主梁的剛性支承問題比較棘手，需要進行前期的詳細設計，才能滿足框架橋的剛性支撐需要。

3 框架橋糾偏處理效果和對策分析

3.1 處理的效果

由上述方案計算可知，框架橋箱涵安裝十分準確，而且安裝的頂力后背也未出現顯著位移和損傷，為后期的頂進施工創造了良好條件。在處理框架橋箱身位置時，應該注重地基的處理，然后再進行頂進施工，以此保證施工中各項指標符合施工規范，也無結構性損傷。

3.2 預防“扎頭”的措施

通過上述對頂進糾偏問題的分析，可以采取以下措施進行施工，主要包括地質審核、施工防水、合理設計等，下面進行詳細分析。

3.2.1 詳細進行地質情況調查

在進行施工組織設計時，設計單位要詳細分析相關地質質量，并實行地質、地貌勘察。如果滑床板下遇到松軟土質，設計單位就要進行相關變更，并采取換填辦法，避免箱涵頂進重心移出端位置出現（滑板）斷裂、（箱體）前傾以及扎頭等問題。

3.2.2 做好施工過程中的降水工作

在軟土地段施工過程中，遇到松軟地質或者高地下水位時，需要進行地下水位降低處理。另外，在軟土地段進行施工，可以采用井點降水或者明溝排水處理，而且要始終進行，不可麻痹大意。施工人員依據以往施工經驗，在軟土地段采取橋涵方式進行施工，但是該方法由于降水效果不明顯，所以容易導致頂進施工失敗。如果該地段降水幅度降至（底板）0.5～1.0 m，就要帶水頂進施工，以免造成路基塌方或者箱涵 “扎頭”。

3.2.3 合理設計滑板仰坡和箱涵“船頭坡”

在軟土地段框架橋施工過程中，要進行預留滑板仰坡設計，其目的是應對“扎頭”情況，防止箱涵與安裝位置出現錯位。目前，尚未比較合理、準確的坡度計算方法，只能依據施工土質進行簡單的取值，一般為3‰左右。在土質密實地段，施工人員要適當取土，一般取3‰即可；在土質松軟地段，由于含水量比較大，坡度相對較大，一般取5‰即可；如果施工人員遇到“船頭坡”，就要進行1∶10比例的坡度設計，而箱涵的設計長度、頂進大小，應該依據實際情況而定。如果施工過程中，對箱涵前部進行同坡度的鋼刃角設計，就可以有效避免安裝錯位問題的出現。

4 結束語

綜上所述，施工位置的不同土質會導致不同的內摩擦角，進而產生不同的摩阻力。另外，由于側面摩阻力會形成箱涵夾持力，所以頂進高程會出現變化。其中，由于地下水位的高低會影響基底土壤中含水量的大小，并影響地基承載力的大小，所以施工過程中如果遇到含水量大的松軟地層，就會出現箱涵脫離滑板，使其出現“扎頭”的現象，這時就需要進行“扎頭”糾偏處理。本文通過相關的分析和計算，認為“扎頭”糾偏措施主要有降水控制、預留滑板仰坡處理以及箱涵的“船頭坡”處理等。一旦出現“扎頭”現象，就要運用“支頂刃角法”“換填法”“快凝混凝土渡板法”等，對“扎頭”問題進行處理，并獲得比較理想的方案。因此，本文研究可以為我國軟土地段框架橋頂進防扎頭控制及糾偏研究提供幫助。

參考文獻

[1]黃學寧.頂進箱涵扎頭的預防和糾正[J].鐵道建筑，2012 （12）：18-19.

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