大噸位履帶吊車復(fù)合式基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程公司，山西 太原 030006

0 引言

近年來(lái)隨著國(guó)家鐵路的快速發(fā)展，列車通行量越來(lái)越大，原有站場(chǎng)已無(wú)法同時(shí)接收多輛列車停靠，站臺(tái)數(shù)已無(wú)法滿足要求。為解決該問(wèn)題，全國(guó)各站對(duì)原車站進(jìn)行擴(kuò)建，同時(shí)還要保證站場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。下跨多條鐵路營(yíng)業(yè)線的人行天橋，由于下方鐵路交通流量大，周圍環(huán)境復(fù)雜，可選擇的墩柱位置少，因而往往選擇大跨度，同時(shí)，為確保鐵路列車的正常運(yùn)營(yíng)，所允許的跨營(yíng)業(yè)線施工時(shí)間短，通常采用整體吊裝的方式。

鋼桁架天橋跨度大，截面高，重量大，吊車自重包含吊裝時(shí)吊車后配重大，對(duì)大噸位履帶吊車作用活動(dòng)區(qū)域的地基承載力要求較高，尤其需要注意沉降對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線的影響。鉆孔灌注樁因其對(duì)各種土層的適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)振害、低噪聲、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用［1-3］。對(duì)于鐵路營(yíng)業(yè)線來(lái)說(shuō)，用于大噸位履帶吊車作業(yè)的樁筏基礎(chǔ)大多為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，吊裝技術(shù)后需要拆除［4-5］。目前針對(duì)鉆孔灌注樁截樁頭的技術(shù)相對(duì)較多，但對(duì)于鉆孔灌注樁樁筏基礎(chǔ)的整體拆除的技術(shù)仍未多見(jiàn)，尤其是考慮到震動(dòng)、噪音等對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線的不利影響。

因此，目亟需開(kāi)展大噸位履帶吊車復(fù)合式基礎(chǔ)的施工技術(shù)研究，在確保履帶吊車工作安全性的前提下，盡可能減小對(duì)大噸位履帶吊車作用活動(dòng)區(qū)域的地基沉降，確保施工的安全可靠，提高大噸位履帶吊車復(fù)合式基礎(chǔ)施工的效率和質(zhì)量，達(dá)到施工速度快、造價(jià)低、環(huán)境影響小的目的。

1 工程概況

新建滬通鐵路工程安亭西站位于上海市嘉定區(qū)，安亭北站對(duì)面，總建筑面積為 11909.2m2，其中站房建筑面積為 1992m2，站臺(tái)雨棚建筑面積為 9917.2m2。新建站內(nèi)天橋全長(zhǎng)51.8m，寬9.45m（含天溝寬度10.55m），高度6.92m，兩端分別落在站臺(tái)四根混凝土柱上。天橋主體結(jié)構(gòu)為鋼桁架結(jié)構(gòu)，由于其跨度大，截面高，重量大，且節(jié)點(diǎn)為焊接節(jié)點(diǎn)，又為既有線施工，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝難度極大。經(jīng)研究決定，考慮天橋整體在地面拼裝，利用大噸位吊車吊裝，減少既有線施工窗口申請(qǐng)時(shí)間，底層樓承板在吊裝前安裝到位，進(jìn)而使上部施工變既有線為非既有線，以大大減少對(duì)運(yùn)行線路的影響。

1.1 吊車所需的地基承載力

本工程采用750t 履帶吊車，其自重約1170t（吊車自重包括含吊裝時(shí)吊車后配重300t），在此次大型設(shè)備吊裝過(guò)程中，吊裝構(gòu)件重量為206.07t，吊裝選用鉤頭和索具重量為20t。750t履帶吊專用路基板規(guī)格為3m×6m×0.2m，每條履帶需要4 塊路基板（重約32t），對(duì)筏板總壓力為1450t。

一般情況下當(dāng)臂桿方向與履帶方向平行且整車重心在外前后段時(shí)，認(rèn)為支反力沿前半段履帶均布。當(dāng)?shù)跹b設(shè)備時(shí)整車中心在回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)時(shí)（即前后平衡時(shí)）認(rèn)為支反力沿整條履帶均布，按經(jīng)驗(yàn)及保守計(jì)算，整體起吊時(shí)按半條履帶受力，則750 t 履帶吊吊裝吊裝天橋時(shí)的地基承載力要求為：

1.2 吊裝位置地基處理方案

表1 樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs 與樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp

吊裝位置地基采用復(fù)合樁基礎(chǔ)，分別采用（1）800mm 預(yù)應(yīng)力管樁；（2）800mm 鉆孔灌注樁；（3）100mm 厚C15 墊層、550mm 厚C30 筏板基礎(chǔ)（配筋C25@200 雙層雙向），桁架拼裝場(chǎng)地采用200mm 厚C25 筏板基礎(chǔ)進(jìn)行硬化。工程場(chǎng)地的土層分布及樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs與樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp如表1 所示。

經(jīng)驗(yàn)算，采用該方案后的地基承載力滿足吊裝要求。

2 施工技術(shù)

吊車行走區(qū)域采用復(fù)合樁基礎(chǔ)，利用站房原有27 根Φ800預(yù)應(yīng)力管樁（樁長(zhǎng)46m）和新增的58 根Φ800 鉆孔灌注樁（長(zhǎng)度41.5m），100mm 厚墊層，550mm 厚C30 筏板基礎(chǔ)，雙層雙向布置Φ25@200 配筋，吊車行走區(qū)域需要在地面標(biāo)識(shí)，方便后續(xù)施工。

吊車行走區(qū)域內(nèi)樁基施工步驟如圖1 所示：

圖1 樁基施工步驟流程圖

2.1 場(chǎng)地平整

平整場(chǎng)地（修建便道），為鉆機(jī)擺放、混凝土運(yùn)輸、鋼筋籠吊裝、導(dǎo)管安裝等工作提供場(chǎng)所。積極與設(shè)備管理單位進(jìn)行溝通，對(duì)不明確部位進(jìn)行人工挖探溝的方法進(jìn)行確認(rèn)地下管線位置，在設(shè)備單位管理確認(rèn)情況下進(jìn)行開(kāi)挖探溝。

（1）根據(jù)相關(guān)材料來(lái)確定管線的具體范圍和走向，需在探溝開(kāi)挖四周設(shè)置安全警示標(biāo)志。

（2）確定地下管線類型和深度后再進(jìn)行探溝開(kāi)挖，開(kāi)挖深度大于 2m 時(shí)須設(shè)邊坡（1：0.5），底部土質(zhì)不良須設(shè)臺(tái)階。

（3）在開(kāi)挖過(guò)程中，當(dāng)接近管線區(qū)域時(shí)應(yīng)減速并觀察開(kāi)挖區(qū)域其他管線情況。

（4）及時(shí)清理?xiàng)壨粒圻叾淹粮叨葢?yīng)小于1m，堆放位置保持基槽外 1m 以外。

（5）開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)禁使用尖銳的工具。

（6）管線位置探明后，留置影像資料，做好明顯標(biāo)記后進(jìn)行回填。

2.2 測(cè)量放樣

布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)和水準(zhǔn)點(diǎn)后進(jìn)行施工放樣測(cè)量。平整場(chǎng)地后再準(zhǔn)確放樣樁位，放樣完成后須對(duì)樁位進(jìn)行校核，復(fù)核無(wú)誤報(bào)監(jiān)理負(fù)責(zé)人檢查驗(yàn)收且依照相關(guān)規(guī)定報(bào)測(cè)量中心復(fù)核合格后及時(shí)測(cè)量放線定樁位，并放出樁基的十字線（如圖2）。吊車行走區(qū)域內(nèi)最南側(cè)鉆孔樁機(jī)中心距離 5 道距離為 9.014m。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)護(hù)樁示意圖

2.3 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒由鋼板卷制而成，厚度4～6mm，內(nèi)徑比樁徑大200～400mm，埋置深度依據(jù)具體情況而定，一般埋置深度2～4m，護(hù)筒頂須高過(guò)地面0.3m，護(hù)筒底和護(hù)筒壁須用粘土分層擊實(shí)，傾斜控制在1%以內(nèi)，保持護(hù)筒穩(wěn)定不發(fā)生傾覆。

2.4 泥漿制備

泥漿制備按此要求控制：比重 1.1～1.3，粘度 18～22s，含砂率 4%～8%，膠體大于90%。通過(guò)不斷補(bǔ)充泥漿來(lái)維持泥漿頂部高出地下水位1.5～2.0m。泥漿池設(shè)置在距離線路中心線 20米外，采用成品泥漿池。為了避免鉆孔泥漿污染既有線路及既有設(shè)備管線。留存夠調(diào)配的泥漿后，我方采用泥漿罐車外運(yùn)，現(xiàn)造現(xiàn)拉，不在站臺(tái)范圍內(nèi)積留泥漿。

①設(shè)置專員來(lái)合理配置泥漿及相關(guān)試驗(yàn)來(lái)確保其質(zhì)量合格。

②現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專用鋼制泥漿池 1 座，位置布置在站臺(tái)外側(cè)，利用泥漿泵及時(shí)將產(chǎn)生泥漿抽進(jìn)泥漿池內(nèi)，防止泥漿流淌，并及時(shí)清理池內(nèi)泥渣。

2.5 鉆機(jī)就位

用枕木來(lái)支撐鉆機(jī)使之維持平穩(wěn)并檢查其各部分的穩(wěn)固性，確保其正常工作時(shí)不發(fā)生位移。為了減小對(duì)營(yíng)業(yè)線路影響，鉆機(jī)位置應(yīng)選在每根鉆孔樁遠(yuǎn)離營(yíng)業(yè)線一側(cè)，并且鉆機(jī)的行走軌道要與線路平行。鉆機(jī)就位前將鉆機(jī)停放位置平整夯實(shí)，并布置好纜風(fēng)繩，防止鉆機(jī)傾斜。

2.6 鉆孔

全程減壓鉆進(jìn)，初始應(yīng)以較慢的速度鉆進(jìn)，當(dāng)鉆頭全部鉆入土層后可以較快的速度進(jìn)行鉆進(jìn)。為符合鉆機(jī)成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)對(duì)泥漿性能指標(biāo)和成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)（每鉆進(jìn) 3～5m），做好記錄，在地層變化處需進(jìn)行取樣并相應(yīng)調(diào)整泥漿［3］。

2.7 第一次清孔

應(yīng)對(duì)成孔的深度、孔徑、垂直度進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)合格方可清孔（換漿、抽漿、掏渣）。換漿清孔法常用于正循環(huán)，循環(huán)直至達(dá)到成孔質(zhì)量。

2.8 安裝鋼筋籠

按標(biāo)準(zhǔn)制作鋼筋籠。視情況可整體入孔，亦可分節(jié)制作（各節(jié)的軸線需保持在同一直線上），雙面焊縫長(zhǎng)度應(yīng)大于 5d，單面應(yīng)大于10d，應(yīng)快速焊接兩節(jié)鋼筋籠增加其連續(xù)性。

2.9 安全措施

（1）下放鋼筋籠過(guò)程中，樁機(jī)站位在鉆孔樁遠(yuǎn)離營(yíng)業(yè)線一側(cè)，并且平行于線路方向擺放。

（2）鋼筋籠起吊前在鋼筋籠上設(shè)置溜繩，安排兩個(gè)人牽引，起吊下放過(guò)程中進(jìn)行斜拉控制調(diào)整。

（3）列車經(jīng)過(guò)站臺(tái)施工范圍時(shí)，鋼筋籠下放施工需停止施工，直至列車完全駛出站臺(tái)施工范圍。

2.10 二次清孔

由于清孔間隙較長(zhǎng)會(huì)使底部產(chǎn)生新的沉渣，所以需要第二次清孔，通過(guò)泥漿置換沉渣清孔。沉渣高度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后（高度＜50mm）立即灌注。比重 1.1～1.3，粘度 16～18s，含砂率 4%～8%，膠體＞ 90%。

2.11 混凝土灌注

商品混凝土輸送到施工場(chǎng)地后運(yùn)用導(dǎo)管法進(jìn)行灌注。將防水塞放入漏斗后灌注首批混凝土，確保混凝土充足后剪斷鐵絲用混凝土排凈導(dǎo)管內(nèi)泥漿。首次灌注需要短管在混凝土中至少2.0m，確保一切正常后繼續(xù)灌注，通過(guò)測(cè)錘測(cè)探來(lái)計(jì)算短管需要上提高度并做好相關(guān)記錄。為防止污染需要將孔內(nèi)溢出的泥漿在沉淀池內(nèi)進(jìn)行處理。當(dāng)混凝土液面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求后停灌拔管。

正循環(huán)鉆鉆機(jī)長(zhǎng)度約 5m、寬度約 2.6m、地面至桅桿頂高度約 10.8m，采取增設(shè) 2 根纜風(fēng)繩防止鉆機(jī)向線路側(cè)傾斜，防止樁機(jī)傾覆。

吊車行走區(qū)域內(nèi)筏板基礎(chǔ)施工流程如圖3 所示。

圖3 筏板基礎(chǔ)施工流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

以安亭西站旅客天橋營(yíng)業(yè)線工程建設(shè)為工程背景，提出采用復(fù)合式基礎(chǔ)作為吊車行走區(qū)域的地基處理方案，通過(guò)在原有預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)上通過(guò)新增鉆孔灌注樁、混凝土墊層和筏板基礎(chǔ)來(lái)提高地基承載力，以滿足履帶吊車整體吊裝大跨度鋼桁架天橋的施工要求。系統(tǒng)介紹了大噸位履帶吊車復(fù)合式基礎(chǔ)施工技術(shù)，并闡明了其施工流程及關(guān)鍵技術(shù)，可為同類工程施工提供參考和借鑒。