樁板結(jié)構(gòu)在下穿既有橋梁工程中的應(yīng)用價(jià)值分析

張玲兵 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

樁板結(jié)構(gòu)作為一種地基處理的有效方法可以通過(guò)承臺(tái)板將上部荷載傳遞至樁體，再擴(kuò)散到土體和基底。采用樁板結(jié)構(gòu)通過(guò)下穿區(qū)域，可以有效避免新建鐵路的荷載對(duì)既有鐵路橋墩產(chǎn)生的不利影響。但是樁板結(jié)構(gòu)施工工序繁雜，施工難度較大。本文將介紹和探討樁板結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)以及施工過(guò)程中的管理經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供設(shè)計(jì)參考及施工管理經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概要

1.1 工程簡(jiǎn)介

現(xiàn)有阜北聯(lián)絡(luò)線為是單線運(yùn)營(yíng)，后經(jīng)拆除改建為青阜上、下行正線。既有阜北聯(lián)絡(luò)線于鐵路里程K0+848處（見(jiàn)圖1）下穿既有京九下行正線。改建后的青阜線線路中線距離既有京九線橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)邊緣的最小距離不足2 m，這對(duì)于線路的運(yùn)行產(chǎn)生了一些安全隱患。為了避免阜北線在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的荷載傳遞至京九線橋墩處，從而給橋墩產(chǎn)生附加壓力，保證既有橋梁的安全使用，下穿橋梁處特別設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)，使荷載壓力能夠直接通過(guò)板梁和樁基礎(chǔ)傳到地基深部，從而減少既有橋墩的壓力。

圖1 樁板結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)位置圖

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁板結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)18.3m，寬11.9m，其中跨徑組合2 m×8.0 m。采用C40鋼筋混凝土，板梁為π型梁，頂寬9.2 m，單肋底寬1.5 m，肋高1.0 m，兩肋中心距離4.23 m，挑臂厚0.4 m；橫梁為矩形梁長(zhǎng)11.9 m，截面為2.3 m×2.0 m的矩形，橫梁1、3與板梁正交且關(guān)于板梁對(duì)稱，橫梁2與板梁斜角角度為98°。下部為直徑1.25 m的C35混凝土鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)34 m，每片橫梁下設(shè)置2根，全橋共6根。鉆板結(jié)構(gòu)鉆孔樁基礎(chǔ)距離既有京九下行線32#橋墩異形承臺(tái)最近距離2.31 m，距離31#橋墩承臺(tái)最近距離2.06 m。設(shè)計(jì)如圖2、圖3所示。

圖2 樁板結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 樁板結(jié)構(gòu)斷面圖

1.3 施工條件

1.3.1 交通

為了減小施工過(guò)程中會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸產(chǎn)生的影響，本次施工機(jī)械主要利用地方S202省道以及修建的施工便道進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)施工。在施工的過(guò)程中，安排專業(yè)的人員負(fù)責(zé)指揮挖掘機(jī)進(jìn)行施工便道的維修工作，盡最大的可能保證施工便道的通暢，維護(hù)正常交通。

1.3.2 施工用電

施工用電主要包括使用反循環(huán)鉆機(jī)、泥漿泵和電焊機(jī)，詳情可見(jiàn)表1。在施工過(guò)程中為保證正常安全施工，現(xiàn)場(chǎng)的電纜線鋪設(shè)以及用電均須滿足規(guī)范要求。

表1 施工用電儀器規(guī)范表

1.3.3 施工過(guò)程中用水

工程用水在施工過(guò)程中是不可避免的，而且水的質(zhì)量對(duì)施工質(zhì)量具有非常重要的影響，所以對(duì)于工程用水也具有一定要求，即在施工過(guò)程中工程用水均需使用井水直接作業(yè)。井水必須經(jīng)過(guò)相關(guān)檢測(cè)并達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，并且井水須每年檢驗(yàn)一次。

1.3.4 調(diào)查地下管線

正式施工之前，提前做好地下管線的調(diào)查工作，務(wù)必在路局工務(wù)段派出的工務(wù)防護(hù)人員的監(jiān)督下，方可進(jìn)行人工開(kāi)挖。將深溝挖開(kāi)間距為十米一處，然后對(duì)所開(kāi)挖處進(jìn)行觀察，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查記錄地下管線位置，并對(duì)地下管線采取保護(hù)措施以后，方可進(jìn)行施工，并且一切施工都要在規(guī)范范圍內(nèi)。

1.4 工程中困難分析

1.4.1 可操作空間極小

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量得出，橫梁處樁中心距既有承臺(tái)間距最小距離為2.06 m，架設(shè)便梁后樁板結(jié)構(gòu)的頂面離軌枕低只有120 cm的空間，工人綁扎鋼筋困難，既有阜北聯(lián)絡(luò)線路肩標(biāo)高距既有京九下行正線梁底部?jī)艨諡?.35 m，鉆機(jī)可進(jìn)行操作的空間很小，給施工帶來(lái)很大難度。

1.4.2 施工安全

本次工程的施工地點(diǎn)位于既有橋跨下方，施工人員的行動(dòng)會(huì)受接觸網(wǎng)和鄰近線路的影響，整個(gè)工程的操作空間極小，致使機(jī)器、灌樁、橫梁開(kāi)挖、人員設(shè)備等均難以開(kāi)展施工，特別對(duì)機(jī)器的使用極為不利，并且要保障營(yíng)業(yè)線路的安全與正常運(yùn)營(yíng)，本次施工難度及施工安全壓力極大。

1.5 施工困難對(duì)策

1.5.1 增建便線

針對(duì)施工空間小，既有線線下施工難度大，考慮增加過(guò)渡工程在鄰近孔跨修建便線，既有下穿京九線孔跨為低高度梁，其他孔跨均為標(biāo)準(zhǔn)梁，凈空進(jìn)一步壓縮，為保證鐵路通行凈空，將降低路基標(biāo)高，形成一個(gè)低洼路段，對(duì)路基排水造成困難，路基標(biāo)高降低，也將造成土體開(kāi)挖，計(jì)算得到墩頂縱向位移不滿足規(guī)范要求，既有線的運(yùn)營(yíng)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，且需增加1 000萬(wàn)元（估算）投資，經(jīng)過(guò)綜合考慮，未采用該方案。

1.5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

如上所述，增建便線方案不合理，考慮從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）樁板結(jié)構(gòu)寬11.9 m，調(diào)整為寬12.7 m，進(jìn)一步加大樁基距離既有線的距離；

（2）橫梁2與板梁斜角角度為98°，調(diào)整為64°，加大橫梁2樁基距離承臺(tái)的距離。

（3）普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，避免普通鋼筋的綁扎，實(shí)現(xiàn)預(yù)制拼裝化的施工。

圖4 優(yōu)化后樁板結(jié)構(gòu)平面圖

圖5 優(yōu)化后樁板結(jié)構(gòu)斷面圖

以上設(shè)計(jì)優(yōu)化既可以解決鉆孔樁基礎(chǔ)與既有橋墩承臺(tái)的安全距離又可以解決工人綁扎鋼筋困難的問(wèn)題，保證了既有線下狹小空間安全快速的施工。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)如圖4、5所示。

1.5.3 施工管理

（1）施工過(guò)程中，將施工區(qū)域和營(yíng)業(yè)區(qū)進(jìn)行物理隔離，在外側(cè)設(shè)置臨時(shí)防護(hù)欄，可以有效的對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行防護(hù)，避免施工人員機(jī)具侵限，確保既有線行車安全。

（2）本工程施工地點(diǎn)的操作空間極小，因此在施工過(guò)程中，在確保行車安全的前提下，盡可能的充分利用既有線間空間作為作業(yè)平臺(tái)，最大程度上擴(kuò)大使用空間，所選作業(yè)平臺(tái)必須能夠滿足所有機(jī)械的承載力要求。

（3）施工過(guò)程中不能夠出現(xiàn)積水情況。因此要求技術(shù)人員要提前做好既有線間路基排水工作，設(shè)置臨時(shí)排水溝來(lái)保證正常排水，安排專職人員負(fù)責(zé)水溝清理，確保水溝的排水通暢。

（4）樁基施工過(guò)程中離既有線很近，為防止機(jī)械設(shè)備在施工過(guò)程中影響既有線安全，需設(shè)立專人進(jìn)行防護(hù)，采取一機(jī)一人，跟蹤防護(hù)的模式。施工過(guò)程中如有列車通過(guò)，必須停止任何施工作業(yè)，不能做任何的擺動(dòng)動(dòng)作。

（5）施工過(guò)程中要做好監(jiān)測(cè)工作，在既有線墩臺(tái)位置設(shè)置沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，要安排專人每天觀測(cè)不少于4次并記錄，測(cè)得數(shù)據(jù)要進(jìn)行及時(shí)的分析，上報(bào)項(xiàng)目總工或者項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行把關(guān)簽字，同時(shí)委托設(shè)備管理單位對(duì)既有京九線軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行排查，以此來(lái)確保既有線路的行車安全。

2 施工之前所需準(zhǔn)備

相關(guān)人員必須要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全面熟悉并且多次核對(duì)，充分了解設(shè)計(jì)意圖，對(duì)于地形以及地質(zhì)資料要進(jìn)行詳細(xì)檢查，尤其是樁板結(jié)構(gòu)位置、高程及與既有橋墩結(jié)構(gòu)的關(guān)系一定要進(jìn)行多次復(fù)核。工作開(kāi)始之前，必須做好各項(xiàng)工作的技術(shù)交流，施工前在既有京九下行正線橋墩上設(shè)置沉降觀測(cè)樁，施工過(guò)程中對(duì)各部位的沉降變形工作進(jìn)行有效監(jiān)控。

（1）參與施工的技術(shù)人員要通過(guò)施工安全教育培訓(xùn)后方可上崗。

（2）組織全體施工人員對(duì)相關(guān)的施工規(guī)章制度以及知識(shí)進(jìn)行熟讀，必要時(shí)還要進(jìn)行知識(shí)培訓(xùn)教育，以此來(lái)普及全體施工人員既有線施工知識(shí)，一旦有員工知識(shí)培訓(xùn)不合格，均不允許上崗作業(yè)。

（3）聘請(qǐng)既有線設(shè)備管理單位經(jīng)驗(yàn)豐富的專家對(duì)上崗員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，通過(guò)專題知識(shí)講座等方式提高既有線施工人員的專業(yè)素質(zhì)。

3 樁板結(jié)構(gòu)在使用時(shí)的一般構(gòu)造要求

（1）承臺(tái)板和托梁的混凝土強(qiáng)度不能低于C35，樁基的混凝土強(qiáng)度不能低于C30，在施工過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)地下水，需考慮地下水的侵蝕性，采用滿足結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方案。

（2）承臺(tái)板和托梁與土接觸面最外層要有一層鋼筋保護(hù)，鋼筋的保護(hù)層厚度不能小于70 mm，如果有防墊層或者是保護(hù)層時(shí)，最外層的鋼筋凈保護(hù)層不能小于50 mm。鉆孔灌注樁主筋的保護(hù)層度不能小于60 mm，此外還要滿足鐵路混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)要求。

（3）工程施工條件允許情況下，托梁的底層應(yīng)設(shè)置一個(gè)10 cm厚的素混凝土墊層。

（4）為抵抗沖擊作用，防止局部受力集中，樁板結(jié)構(gòu)的承臺(tái)板與樁基的連接處應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋼筋網(wǎng)片，或者加密箍筋等防護(hù)措施，保證樁板結(jié)構(gòu)的安全性。

（5）樁基的樁頂和托梁連接時(shí)，樁身進(jìn)入承臺(tái)板的長(zhǎng)度不能小于10 cm。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）樁板結(jié)構(gòu)整體性能好、剛度大、變形小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（2）樁板結(jié)構(gòu)的形式較為靈活，根據(jù)具體場(chǎng)地條件采用不同跨徑和結(jié)構(gòu)樣式。

（3）能夠有效的將荷載傳遞至樁基礎(chǔ)下方，確保鄰線的設(shè)備安全。

（4）使用周期長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)零維修。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，樁板結(jié)構(gòu)在新建或增建鐵路下穿既有橋梁工程中得到極大的推廣。本文從工程背景、施工準(zhǔn)備以及設(shè)計(jì)要求等三個(gè)方面探討了樁板結(jié)構(gòu)在下穿既有橋梁當(dāng)中的設(shè)計(jì)與工程施工重點(diǎn)，為日后新建或增建鐵路下穿既有橋梁工程提供參考。