既有线桥梁基础施工挖孔防护桩的应用
1、引言
为了适应我国全面建设小康社会的目标要求，缓解铁路对经济社会发展的制约作用，减轻铁路运力紧张的矛盾，2008年，国务院通过了《中长期铁路网规划（2008调整）》，规划提出，至2020年，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道、“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，这标志着我国的铁路建设进入了跨越式发展新时期，全国高速铁路建设开工建设阶段。新建铁路与既有铁路线间不可避免产生了交叉跨越。本文以新建津秦铁路跨越既有津山铁路为例探讨临近既有线桥梁基础施工防护桩设计、挖孔桩施工及钻孔桩、承台施工，讲述如何在保证既有铁路线安全运营的前提下，顺利开展新建铁路项目桥梁跨越既有线施工。
2、工程概况
新建天津至秦皇岛铁路客运专线丰南跨津山铁路特大桥在该铁路施工里程DK115+421.77～DK115+620.87处跨越既有津山铁路，设计113m系杆拱+5-16m连续梁跨越，113m系杆拱与津山铁路下行线于K254+681处以15º相交。
113m系杆拱P771、P772墩分别位于既有津山铁路下行线和丰胥联系线两侧，5-16m连续梁的P774、P775、P776墩为框架墩分别位于既有津山铁路上行线的线路两侧。津秦铁路客运专线与津山铁路位置关系见图1《跨津山铁路桥跨布置图》。
113m系杆拱墩和5-16m连续梁墩均为钻孔灌注桩群桩基础，113m系杆拱墩P771墩20根桩，桩径1.50m，桩长67.0m；P772墩20根桩，桩径1.50m，桩长68.0m。
5-16m连续梁P773墩6根桩，桩径1.5m。P774～P776墩为框架墩，每墩两个分离式承台和墩柱，每承台6根桩，桩径1.5m。P777墩6根桩，桩径1.5m，共计48根桩。
表1112m系杆拱+5-16m连续梁基础主要技术参数表
施工场地气候属暖温带亚湿润季风气候区，四季分明。大风集中在3、4月份，年平均降雨量在560~800mm左右，70%的降雨量主要集中在7、8月份，年平均温度在11~14℃。
经过地区主要滨海冲海积平原，地形平坦开阔，地层分布由上至下为全新统杂填土、素填土、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土、粉质黏土、粉土、黏土、粉砂及细砂。所处范围地下常水位位于原地面10米以下，施工不需进行降水处理。
图1跨津山铁路桥跨布置图
3、防护桩设计施工方案
3.1防护桩设计
本文主要以系杆拱主墩P771、P772#墩防护为例。
3.1.1主墩P771防护桩布置
承台施工时，距离既有线近、开挖深度大，影响既有线行车安全，必须采取防护措施。采用人工挖孔灌注桩进行防护，P771、P772以及P773～P776左侧墩柱基础、P778墩采用挖孔桩防护。挖孔桩净距为0.1m，混凝土采用C30钢筋混凝土；钢筋笼主筋φ20、φ25、φ28钢筋，挖孔时根据桩径分别采用内径为1.0m、1.2m预制混凝土管护壁。桩位设在新建承台与既有线之间，与新建桥墩承台边净距离0.1m。经对挖孔桩进行受力计算，确定桩长为18.0m，承台基坑开挖后入土深度为9.142m。P771墩挖孔防护桩见图2《P771墩防护桩布置图》。
对于离防护栅栏较近的挖孔桩，施工前对对应的防护栅栏进行向外斜支撑加固处理，然后再进行挖孔桩施工，对于P771墩挖孔桩对应的接触网支柱采取向天津侧迁移，迁移完成后该接触网支柱5米范围内的挖孔桩方可施工。
靠近铁路路基一侧挖孔桩防护施工完成后，进行钻孔平台的平整、压实，方可进行钻孔桩和承台施工。承台施工完毕，分层夯实及时将基坑回填。
图2P771墩防护桩布置图
3.1.2夹心地带内挖孔桩布置
P772墩位于丰胥联络线和改津山上行线之间，挖孔防护桩布置见图3所示。
图3P772墩防护桩布置图
3.2、挖孔防护桩施工
根据该工程所处的地质条件及周围的环境条件，挖孔桩采用间隔三桩跳跃法开挖，利用人工用铁锹或风镐开挖，松碴装入吊筒后，采用电动葫芦提升架提升。护壁采用预制内径为Φ1.0m与Φ1.2m混凝土管。钢筋笼在车间下料，运到现场人工放入孔中绑扎，采用自拌混凝土，由混凝土搅拌车运至现场输入孔中。
挖孔桩防护施工完成后，进行钻孔桩和承台施工。承台施工完毕，分层夯实及时将基坑回填。
3.2.1测量定位
采用GPS或全站仪根据设计桩位进行放样，确保桩位准确。桩体放样误差≤20mm，基坑外放10cm，既要保证内衬墙的厚度，也要保证内衬墙不侵入限界，同时要把超挖量控制到最小值。
3.2.2人工挖孔
采用间隔挖孔法，按桩位编号跳挖，间隔三桩，避免施工时相互影响，保持孔壁土体的稳定。桩孔开挖采用分节挖土法，人工手持风镐或十字镐从上到下逐层挖掘，铁锹铲土装入吊桶，简易电动提升架提升。每节开挖深度为1m，在地质条件较差时可视具体情况缩短为0.5m～0.75m。
孔内挖土次序为先中间后周边。机架采用型钢焊成的简易角式机架，其上安置单轨手动葫芦。孔内弃碴采用电动葫芦提升，小推车运至指定的临时碴土堆放场地。安装提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔轴线位置一致，以此为挖土时粗略控制中心线。在每节护壁上设十字控制点，吊线锤控制中心线，用水平尺杆控制桩径。
当孔内的二氧化碳含量超过3‰时，采用机械通风。为防止杂物在开挖时落入孔中，及便于第一节砼护壁施工，防止地表水渗入井内，开挖前要以桩中心点为中心，护壁混凝土管高出井周围地面150～200mm，同时通过桩中心引两条垂直直径线与井圈相交得四点，在这四点处设置四个钢钉，或用油漆在这四点作标记，作为控制中心点及施工中控制垂直度的依据。要求每节砼管都进行吊中，及时修正，做到中心偏差在10mm以内。
3.2.3护壁砼管
护壁采用预制内径为Φ1.0m与Φ1.2m混凝土管，混凝土管节段长度为1m，每向下挖进一段距离后，由人工抬到孔口入孔。由混凝土管自重或外力作用，将混凝土管向下沉进，直到达到设计孔底标高。
护壁施工的注意事项：
①护壁厚度、拉结钢筋或配筋、砼强度等级要符合设计要求。
②桩孔开桩后尽快下护壁砼管。
③施工中随时注意孔壁情况，发现问题，及时处理，防止事故发生。如果发现护壁有漏水现象要及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过护壁流入桩孔内。
④同一水平面上的孔圈两正交直径的径差不大于50mm。
⑤严格控制桩径尺寸和桩的垂直度，开挖时随时检查，出现偏差及时纠正，保证桩位准确。
3.2.4成孔验收
挖孔至设计深度时，孔底不应有积水，终孔后及时清理好护壁上的淤泥和孔底残碴，做到平整，无松碴、淤泥、沉淀物及无扰动过的软土，并对成桩孔径、桩底标高、桩身厚度、桩位中线、井壁垂直、虚土厚度进行全面测定，做好施工记录，办理隐蔽验收手续。如地质情况与设计不符，应会同监理、设计研究处理。以上各项自检合格后报监理工程师检查，监理工程师检查合格后可进行钢筋笼吊装。
3.2.5钢筋笼制作与安装
根据施工设计，P771墩挖孔桩钢筋笼总长度为17.9m，总重量为1.91t。在钢筋笼制作时，主筋不设弯钩，为防止阻碍导管工作，钢筋头不向内圈弯曲，主筋的搭、焊接相互错开。钢筋笼均采用在孔内绑扎，钢筋外圈设置足够数量的保护层垫块，以使钢筋笼居中，为保证吊装时钢筋笼不变形，主筋与箍筋点焊，并且采用千斤绳将钢筋笼吊装入孔，在孔内接长钢筋笼。
钢筋接头车间内采用双面搭接焊，现场上下节钢筋笼对接时采用单面搭接焊或直螺纹，同一断面接头数量不超过钢筋总数的1/2，且相邻接头之间必须错开87.5cm以上。钢筋笼每隔2m沿4个方向均匀设定位钢筋，以保证整个钢筋骨架与孔壁间的砼保护层厚度。
钢筋笼制作、就位的注意事项：
①直径严格按设计要求制作，外径比设计孔径小140mm。
②主筋净保护层不小于70mm，允许偏差为±20mm。
③钢筋笼就位后固定牢固。
3.2.6挖孔桩混凝土灌注
桩身采用C30钢筋混凝土，钢筋笼安装完毕，混凝土由设于DK114+400处8#搅拌站用混凝土搅拌车运送至灌注点，通过地泵泵送入孔。
混凝土塌落度控制在16cm～18cm，砼连续灌注不得中断，井口用漏斗并连接砼串筒，串通出口离砼面高度不超过2.0m。为保证砼的密实度，采用振动棒分层振实，每段灌注高度小于0.5m。振动棒操作做到“快插慢拔”，在震捣过程中将振动棒上下略作抽动，以便上下震捣均匀。每点震捣时间为20～30秒。
4、钻孔桩施工（以P771#墩钻孔桩施工为例）
4.1钻孔施工
（1）、施工前将场地平整压实后修筑钻孔平台，修筑时靠路基侧挖路基边坡土至+3.62m左右，靠外侧标高不足+3.6m的分层填土均匀压实，以保证钻孔平台承载力满足施工机械要求；平台顶面设2%单面坡，内高外低，以利排水。
图4P771钻孔桩平台准备示意图
（2）、承台需开挖施工时，靠既有路基侧采用人工挖孔桩防护，人工挖孔桩可以作为桩基施工期间路基稳定防护，更主要的是在承台基坑开挖时作为基坑支护。
（3）、P771墩靠路基侧一排钻孔桩中心最近距护栏为3.25m，第2排钻孔桩中心最近距护栏为7.2m，因此要求第一排钻孔桩采用回旋钻机成孔，为提高成孔效率，其余桩采用旋挖钻机成孔。
⑷、钻孔桩护筒埋设深度要求不小于3米，以保证护筒底口低于列车振动明显影响深度，钻孔作业施工顺序为由靠近铁路侧向远离铁路侧进行，各桩钻孔顺序如下图所示。
图5P771钻孔桩位置及顺序图
⑸、由于P771墩位于津山铁路跨基半坡上，钻孔平台待挖孔防护桩施工完成后，采取半挖半填，钻孔平台与进场便道缓坡顺接，并设置向铁路外侧的横向排水坡。
⑹、根据回循钻机侧向倾覆的概率最大特点，最内侧一排钻孔桩采用循环钻机成孔时，采用在外侧设地锚在钻机上设置向外侧拉防内倾覆钢丝绳。
4.2钢筋笼吊装
⑴、P771墩每桩钢筋笼总长为21.25m，总重为4.9t，钢筋笼采用在钢筋车间集中分节制作，最内侧一排钻孔桩钢筋笼分3节制作，其余钻孔桩钢筋笼分2节制作，从底节往上分节长度分别为：8.1m+7.6m+7.6m、12.0m+10.25m。
⑵、钢筋笼运至现场后，采用25t汽车吊分节吊装入孔，25t汽车吊站位采用侧平行铁路路基方向。
⑶、孔口接长钢筋笼时，要求至少安排3台电焊机焊接，以缩短孔口接头时间。
4.3混凝土灌注
⑴、混凝土由设于DK114+400m处的8#混凝土拌和站集中生产、混凝土运输车运输，并采用垂直导管法水下灌注，一次连续完成。
⑵、最内侧一排钻孔桩灌注混凝土采用灌注架下、拆导管，不使用吊机，钻孔平台面到路肩高差为4.6m，混凝土灌注架高度为6.0m，灌注架安装要求稳固并通过地锚设置拉向外侧的缆风钢丝绳。
图7混凝土灌注架施工及防护示意图
⑶、导管单节长度为2.6m，要求拆除导管时每次分节拆除1节，不允许一次拆除2节和2节以上，拆除导管套箍前先用缆风绳拴住要拆除的导管节，防止脱开后晃动。
⑷、夹心地带内钻孔桩、承台混凝土施工，若搅拌车不能进到孔口或现场，则采用混凝土地泵泵送。
5、承台施工
5.1基坑开挖
P771～P779墩均采用台阶式承台，P771～P776靠路基侧采用挖孔桩支护，承台基坑采用挖掘机开挖，施工顺序为从靠近铁路侧向远离铁路侧开挖。P771、P772墩因靠路基侧防护桩高出钻孔平台4米以上，因此防护桩可有效防止挖掘机旋转时误操作侵限或撞到护栏，尽管如此，在开挖施工时仍要设置机械防护人员并向挖掘机操作手作相关安全交底，务必高度重视、集中精神、认真操作。
开挖时先利用挖掘机开挖至地面以下1.0m，观察路基及挖孔支护桩（或钢板桩）稳定情况，确认没有影响路基安全后，继续开挖并每隔1h或每开挖1米进行一次路基沉降观察，直至设计标高。为防止桩间泥土掉落，若需要时基坑开挖时用喷射混凝土进行防护。
5.2承台施工
钢筋采用在钢筋车间下料成形，汽车运至现场利用汽车吊机配合绑扎。靠路基侧利用挖孔桩桩身作为承台模型，其余三面采用定型钢模板，上下设置短拉杆与主筋焊接，外侧采用方木支撑。使用前在模板与混凝土的接触面上涂刷隔离剂，模板底口用水泥砂浆找平，模板底部外侧用水泥砂浆封口。
混凝土采用混凝土搅拌车运输，泵送入模，插入式振动棒振捣，承台混凝土一次浇筑完成。大体积混凝土浇筑承台内埋设冷却管，利用循环水冷却。
5.3基坑回填
承台施工完成先拆除模板，再回填基坑，回填采用粘土分层填筑，保证密实度。
5.4施工注意事项
⑴、承台基坑开挖前在既有线侧布置用于路基稳定观察的测量点，并向相关行车组织单位汇报备案，必要时申请列车减速慢行，并协助行车组织等单位做好列车减速等措施，保证路基稳定、行车安全。
⑵、在基坑顶四周设置排水沟，防止雨水汇流入基坑内。
⑶、基坑开挖先采用人工四周开挖探测沟，确认没有电缆和管线后再采用机械开挖，开挖控制在测量放线范围内进行。开挖、排水过程中须派专人全程监控，若发现电缆、不明埋设物等地下设施，或土壁不稳定，果断采取相应防护措施，重大问题及时上报处理。
⑷、承台模板和钢筋起吊时安排专人负责，施工作业不得侵入铁路限界。
6、结论
临近既有线施工受铁路运营安全的制约，施工方案、工艺工法和施工机械设备选择均以保证营业线安全为基本前提。经路基、钢轨沉降观测验证，随后的钻孔桩施工、基坑开挖及承台浇筑施工对路基稳定均未造成影响，基础施工挖孔防护桩的设计运用取得了良好的效果，该施工方法也为今后类似环境下的施工积累了经验。
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