浅谈既有线接长框架涵挖孔桩防护施工

摘要：在宁西二线（郑州局管段）NX5标接长涵洞施工中，根据郑州铁路局关于宁西线慢行点文件，南阳东至小林仅能同时满足两处慢行点的要求，施工周期将在10年以上。通过检算、优化施工，采取人工挖孔桩防护施工，圆满完成了施工，确保铁路正常运营，满足工期要求。本文重点针对人工挖孔桩进行探讨,同时亦包括挖孔桩防护的辅助措施。为类似工程防护施工积累了宝贵的经验。

关键词：人工挖孔桩 布桩 混凝土挡墙 流砂层处理

中图分类号：TU74文献标识码：A

1 引言

宁西二线（郑州局管段）NX5标是既有线右侧加宽，形成新建二线铁路，既有线涵洞孔径满通以及排洪要求的按照接长处理，而部分孔径不满足要求的需要按照新建顶进施工工艺。

宁西一线线下工程于2001年施工完成，迄今已经12年有余。而大部分涵洞为斜交，既有涵洞分为盖板涵以及框架涵两种。涵洞一般情况下分为三节，第一节和第三节均为T型盖板结构，而中间第二节为正交90°结构。新增二线因国家设计标准的提高，导致既有线右侧第三节T型盖板配筋以及受力满足不了新线标准以及要求，需要拆除，重新按照接长处理。施工完成后，增加一节90°框架涵节以及一节T型框架涵节。

因拆除第三节T型盖板节影响既有线稳定，在接长涵洞破除T型节之后形成凌空面，极易造成路基坍塌，设计采用D型便梁加固线路，人工挖孔桩配合拉森钢板桩加固路基边坡。

为了确保路基以及线路的稳定通过施工优化取消便梁施工，降低安全压力，进而节约项目成本。考虑采取人工挖孔桩配合混凝土挡墙的施工原则进行安全防护。

2 工程概况

宁西二线（郑州局管段）既有线涵洞接长施工中，NX5标主线长度约50Km，接长涵洞达到180处，由于原设计采用D型便梁，需要约140处的慢行点。

3 方案实施

3.1方案制定原则

遇到如此大规模涵洞施工，同时又是类型复杂，首先需要理清思路，明确侧重点，组织召开专题技术方案会议，经过群策群言，制定出合理的施工方案。

3.1.1施工调查

对所有接长涵洞进行图纸核对，现场复核孔径，特别是T型盖板拆除的位置，T型盖板的大、小里程长度，特别是是否影响到道砟及以上。然后对T型节与90°正交节的伸缩缝位置进行灰线标示，根据孔径大小以及拆除T型节的位置进行归类，制定切实可行的方案，确定人工挖孔桩的布桩位置。影响道砟位置的即影响了线路的稳定，当人工挖孔桩布桩无法保证稳定的情况之下，需要采取D型便梁加固线路配合人工挖孔桩防护路基的施工方案。

3.1.2划分归类

针对分类情况，优化掉D型便梁，通过人工挖孔桩防护路基达到稳定条件。

向铁路管理单位索取一线涵洞图纸，为了保证挖孔桩的准确布设，不影响既有涵洞片石或者混凝土主体以及基础。

归结为以下三类：

（1）T型盖板不拆除

绕开段T型盖板不受新建二线垂直荷载，需要拆除既有八字墙接长施工。

因T型盖板节完全不同于框架结构节，T型盖板节墙身为坡度结构，下大上小，而挖孔桩只能尽可能的靠近T型该报基础底部，所以在上口与路肩交接的地方形成了三角区。

（2）T型盖板拆除，第二节90°涵节为框架结构。

需要挖孔桩防护，人工挖孔桩紧靠第二节90°框架主置，最多允许预留20cm凌空面，尽可能的靠近框架主体。

（3）T型盖板拆除，无需挖孔桩防护。

采取钢轨桩或者码砂袋处理。

3.2人工挖孔桩检算

以某个涵洞为例，孔径1-4.5m×5.0m，按最不利条件检算，线中心最小为4.2 m，挖孔桩布置在路肩上，桩顶标高为115.37m（即路肩标高），涵洞基底标高107.57m，开挖高度按7.8m计。土为硬塑砂土，查《路桥施工常用数据手册》[3]，摩擦角为θ=35°,重度γ=18KN/m3 ，粘聚力c取0( KN/m2)

宁西线为客货运营线，路基面上承受着轨道荷载和列车的活载，运用库仑土压力公式计算土压力，首先应将轨道和列车活载转换为与路基填料相同的土柱高度，作为外荷载，计算土压力。

3.2.1地面均布荷载换算成当量土层厚度：

[1]根据铁路路基设计规范查的p=20KN/

3.2.2桩长计算： (由已经条件根据“布氏理论”求桩的入土深度)

则土压力:

由公式采取代入法求得x=3.28m

则桩总长应为11.8m。

根据计算结果显示在最不利的情况下桩基础开挖面7.8m，而真正受土压力以及列车荷载理论上可考虑在路肩一下1.5m位置，埋入基础开挖面以下4m。施工中确保安全系数1.3，埋入深度适当加大，刚好能够满足1:1的要求。这种计算方案在设计院采用理正软件计算情况下基本吻合，设计院给出1:1的外露以及埋入深度比例意见是合理的。

主要考虑桩长因素，所以配筋计算以及护壁计算不在此显示。

3.3挖孔桩布桩原则

通过对现场涵洞的布桩以及开挖之后可以看出的明显优化，总结如下：

2m及以下涵洞打入钢轨，因大开挖之后悬空不会高于3m；2.5-3m涵洞适当在紧靠涵洞边墙位置布一到两根桩（若涵洞斜交角度大，则要考虑群桩）；3m以上涵洞根据情况按照切路基方向约45°布置一排群桩，保证涵洞施工工作面的情况下尽可能靠涵洞方向，最底部最后一根桩按照3m土体悬空布置，再向下则自然放坡砂袋或者钢轨防护。

（1）T型盖板不拆除

拆除八字墙的过程中尽可能预留八字墙混凝土基础，作为双重加固的措施。同时因形成了三角区，需要采取加固措施。如下图所示：

（2）T型盖板拆除，第二节90°涵节为框架结构。

需要挖孔桩防护，人工挖孔桩紧靠框架位置。

（3）T型盖板拆除，无需挖孔桩防护。

采取钢轨桩或者码砂袋处理。

3.4凌空三角区处理

对方案进行讨论，在选择植筋采用槽钢支护，考虑到槽钢的单根受力存在问题，同时材料不能够循环利用，最后施工现场混凝土挡墙的实施。混凝土挡墙受力整体性好。按照从上到下原则分1m一节施工，植筋在框架身以及形成的挖孔桩上面，形成整体性。在挖孔桩体全部达到设计的混凝土强度之后，开始实施混凝土挡墙。施工过程中按照拆除1m八字墙，施工1m挡墙的原则，上下两节挡墙进行预埋钢筋连接。同时尽可能的少破除既有八字墙的圬工方量，只要不影响基础以及框架模板施工即可。

3.5垂直线路方向盖板顶部处理

设计对这一块没有明确的施工图纸，而在取消便梁支护垂直面亦是不稳定的。

对涵洞顶部斜盖板以上部位采取浆砌片石防护，形成了比较完善的施工工艺。

3.6人工挖孔桩分节原则

首先根据图纸地质报告，确定桩长位置是否存在流砂层，来确定合理的分节原则。

土质较好的路基本体情况下，1m一节护壁施工；

既有过渡段填筑砂卵石需要减少护壁高度，30-50cm一层，挖孔过程中及时监护既有线情况；

原地面以下遇到少量流水，20-30cm一层，泵水至孔外，护壁加入早强剂；

遇到流砂层，按照预制管节吊装方式下放，预制管节等同于护壁作用。

4 挖孔桩遇流砂层重难点施工方案

4.1钢护筒施工

钢护筒的施工有一定的局限性，在进入流砂层顶部1-2m范围内可以实施，钢护筒即为护壁模板，直接放入孔内，迅速下放钢筋笼以及在混凝土灌注之前抽空孔内水。虽然材料上比较浪费，但是也不失为一种合理的处理局部流砂层的一个方案。

4.2沉管施工

当流砂层厚度超过2m，或者挖孔桩必须穿越流砂层的时候，施工方案必须以安全为原则，发生改变。由于孔内水压大，双液注浆法得不到有力实施。双液注浆需要大量的水泥和水玻璃浆材，且要经过多次试验对技术水平要求较高，在随后的破除中又要耗费大量人工，经济效果亦不甚明显。

所以经过对施工方案的优化以及现场的试验确定了穿越流砂层的施工方案为沉管施工。

4.2.1施工准备

沉管选用每节高度为2m的预制混凝土管，3节混凝土管一次性吊入桩孔内，三节管一次性沉入时自重较大，在自重的作用下预制混凝土管底部能够更有效的沉入孔底以下未开挖的砂层中，一般情况下的可沉入深度为400mm～500mm，在下挖的过程中能够更好地起到隔砂和护壁作用，保证开挖过程中的施工安全。要控制孔底的平整度，以保证管放入后不发生倾斜；吊放管要特别小心，不能碰撞已施工好的混凝土护壁；井圈的垂直度要特别控制，这是能否保证混凝土管在桩孔内不发生倾斜的关键。

4.2.2施工过程控制

（1）垂直度

挖孔进入流砂层后，根据流砂层含水量的大小，将孔内水抽干后，作业人员应及时向下开挖，孔内开挖应采用分小段开挖的方式，一般0.3m～0.5m为一个施工段，每下挖一个施工段要用锤球校正桩孔中心以检查其垂直度。

（2）排水控制

第一，当地下涌水较大且孔内水排除后回水较快时，可选择在钢筋笼吊装入孔后再用污水泵将水抽出，为加快孔内水的拍出，必要时可用多个污水泵同时抽水，孔内水抽除完成后将污水泵提出孔口立即进行混凝土的浇筑。第二，当地下水量不大，将水抽出后一定时间水位才有明显上升的桩孔内，水的抽出可选择在钢筋笼入孔前或入孔后的合理时间均可。地下涌水较大且孔内水排除后回水较快，桩孔内水很难抽干时，可采取浇筑水下混凝土的方法，用垂直导管法浇筑桩身混凝土。

5 结束语

5.1采用人工挖孔桩防护，确保施工安全，取消了D型便梁施工，为项目节约了成本的情况下，确保了业主要求的正常工期以及铁路的正常运营。

5.2人工挖孔桩布桩以及凌空区的处理施工方案的成型，提供了一项成熟的施工工艺。

5.3流砂层施工方案的成型，提供了一项成熟的施工工艺。

【参考文献】

［1］.铁道部.《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

［2］.江正荣.《简明施工计算手册》

［3］.周水兴.《路桥施工计算手册》