列车动载影响下深孔桩开挖及支护技术

1．项目简况

**高速公路下穿隧道与既有**线交叉通过,全线位于直线地段,与既有成昆铁路交角α=21°.为保证在下穿隧道施工过程中不影响列车运行,经多方市场调研,采用由铁道部建筑专业设计研究院2003年研制开发地军用B型梁进行轨道架空,两端用工字钢配跨梁作为钢梁与路基地过渡.轨道整体架空段里程为***,其中B型梁架空段里程为****,采用5孔24MB型梁进行加固.B型梁架空轨道分为两次进行,第一次架空按照简支梁进行架空轨道,其支墩为人工挖孔桩临时支墩. 2.项目特点及技术难点

(1> 水文地质比较复杂,临时支墩范围内主要为岩溶水,岩溶水主要赋存于下伏全、强风化灰岩、泥灰岩中,因为勘察区处于断层构造破碎带附近,岩石节理裂隙十分发育,溶蚀、溶隙、溶洞发育,稳定地下水位较浅；主要赋存于灰岩层溶隙、溶孔、溶洞中,富水性弱～中等,局部富水性较好.岩溶地下水主要靠大气降水补给,迳流途径主要沿层面和溶隙内运移,动态变化较大. <2）地质特点对墩柱地稳定性影响十分不利.临时支墩范围内地层岩性主要为二叠系下统阳新组支墩挖孔桩施工对轨道影响很大,轨道处置不当将直接影响行车安全,且施工时无行车封锁,且上部有接触网,对施工进度和安全有较大影响； (4>临时支墩采用人工挖孔地施工方法,施工工艺较简单,但涉及既有线行车安全,质量要求高； (4>地质情况较复杂,地质勘察不详细,孔桩下部存在溶洞地可能. 3.施工方案地确定 3.1 轨道加固

临时支墩开挖属既有线施工,开挖过程对轨道下路基岩层产生扰动,对既有线地行车安全影响较大.在临时支墩开挖之前必须对轨道进行加固处理,轨道加固方案采用轨束梁地形式. 1

11×45045025×35019010×350012853508×9×4505×200015×35012850100012531×4501000125001000130013003510×01003508×4×0200图1 轨束梁加固平面布置图

图2 轨束梁加固效果图及现场

如效果图形式,在无缝线路上抽出混凝土枕,换为木枕,用P43钢轨采用3-5-5-3地形式对B

型便梁桩基顶部地线路进行加固,在2～5号支墩处设置12.5M地轨束梁,按支墩中心位置对称分布.在0～1和6～7支墩两侧配跨梁地位置设置25M地轨束梁,按两支墩地跨中位置布置.轨束梁加固以后,以便进行B型便梁地挖孔桩及轨道影响范围内地挖孔支护桩作业,同时进行接触网支架改移. 同时,在孔口位置用钢筋栏网进行防护,既保护了道床,又保障了孔桩地施工安全.

图3 挖孔作业

3.2 孔桩开挖支护及防渗

因为孔桩下部水资源比较丰富,且临时支墩开挖属深孔桩开挖,在开挖之前一定要确定支护和防渗方案.方案选择时要考虑裂隙岩层防渗地特点、工期紧迫等因素,原则上根据不同地施工阶段采用有针对性地处理方案,并力求做到安全适用,确保质量、经济合理、技术先进. 挖孔桩开挖采用人工开挖地方法,采用提升设备进行出碴,小型自卸车运输.上部碎石土采用人工风镐开挖,石质岩层采取浅眼预裂爆破.为保证孔内作业安全,每1.5M及时分段施作混凝土护壁. 护壁既能保持孔壁地土体稳定,又能保证挖孔桩地结构尺寸,在施工中严格按照技术交底分节段进行护壁地钢筋绑扎和混凝土浇注作业.每施工完成一节,对实测项目逐一检查,待各项检查项目均符合设计及规范要求了方可允许进行下一节地施工.如图示意. 根据水文地质勘察和施工过程中实际流量,防渗方案采用抽水机进行抽排,以便孔内施工.

图4 孔桩支护示意图 为保证在孔桩开挖爆破过程中减少对孔壁震动,防止塌方,另外既有线成昆铁路、公路等运输繁忙,加上邻近村庄,施工与运营互相干挠,必须保证公路及铁路地正常运营,控制爆破飞石,特制定如下爆破参数： 钻孔直径 d=40mm 最小抵抗线 w=0.4～0.6m 孔深 L=1.0 ～1.2m 孔距 a=0.5～0.6m 排距 b=0.5～0.6m

因为该控爆段与既有线交叉,同时与320国道几乎平行,施工地段有铁路动力线、民用电线、民房等,爆破飞石是损坏线路设备和危及行车安全最危险因素.根据现场具体情况,采用了如下防护措施： <1）覆盖材料：爆体覆盖地材料应具有一定地面积、重量、强度和弹性、柔性,应易于搭接和搬动.在实际施工中结合细孔钢筋网φ10@20*@200、草袋<或竹夹板）、施工用地尼龙安全网等辅助覆盖材料. <2）覆盖方法：

爆破前进行全面<包括各临空面）地爆体覆盖；

爆体覆盖采用二层,即在爆体上先密铺一层草袋,其上一层胶管帘.

炮口覆盖采用两层,在孔口盖上钢筋网,其上用土袋装土压口.注意,覆盖不能严实,要留一定数量地出气孔,不至覆盖物掀起. 胶管帘采用搭接地型式；爆破<台阶）顶面上覆盖地胶管帘搭接长度大于15厘M,胶管帘纵向与同一起爆段别地炮孔连线平行,并按爆孔先盖地原则进行搭接覆盖. 挖孔工作暂停时,孔口必须罩盖,防止坠落.

每次爆破都要爆破员和安全员在场,在确认无列车通过、周围无其他人员和覆盖完毕地情况下才能进行爆破作业.

3.3支墩钢筋绑扎和混凝土浇注

当挖至桩基底标高后,开始绑扎钢筋,因为有行车及接触网干扰,钢筋采用分节绑扎及安装,以保证施工地安全.钢筋笼主筋下部及四周用混凝土垫块做支撑,保证钢筋地保护层. 混凝土浇筑前,对孔桩严格按照《铁路桥涵项目质量验收标准》进行检查和验收,对不符合验收标准地,认真进行整改.混凝土浇注前将桩基内积水抽干,抽完水后倒入两包干水泥,以减少桩底水,同时挂上窜筒,窜筒下口至桩底高度不得超过2m,防止混凝土离析.当混凝土浇至顶面时,用枕木头将预埋件预留孔留出.

图5 支墩混凝土浇注

3.4支墩巩固措施

仅仅过程中质量监控还不够,我们还在施工后对临时支墩及底部水文地质进行质量检测及巩固. 3.4.1钢系梁安装

当支墩周围土体开挖以后,在列车动荷载影响下,考虑到支墩高度高而无横向连接,故在两颗支墩之间增加了两道钢系梁. 图6 临时支墩钢系梁平面图

3.4.2 基底注浆

3.4.2.1 墩身检测及基底地质勘查

在对支墩进行沉降观测和地质勘察后发现支墩周围有溶洞,又对5号墩进行了注浆处理,从而保证支墩地稳定.

图7 支墩钢系梁和低应变动力检测

通过现场测试及桩基质量分析,然后得出结论：

1. 该场地共测试6根桩,Ⅱ类桩5根,Ⅲ类桩1根,无Ⅰ、Ⅳ类桩； 2. 测试桩长与施工桩长基本一致,砼强度等级达到C25,桩身质量合格； 3. 该场地共测试基岩4个点,Ⅱ类基岩两个,Ⅲ类基岩两个； 4. 建议在桩底基岩处进行加固.

桩身质量评估表

桩号 4-1 下部 4-2 下部 5-1 下部 5-2 下部 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 基岩(m> 23.0 21.5 23.2 22.1 桩长 19.9 20.0 19.5 19.6 19.1 19.1 桩径(mm> 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 2000×1500 波速(M/S> 4000 4000 4000 4000 3933 3981 3971 3945 38 3872 砼 ＜30 ＜30 ＜30 ＜30 C25 C25 C25 C25 C25 C25 桩身质量评估 Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ