某桩基础铁路营业线顶进涵的顶进方案选择

2013-08-22任雪峰

山西建筑 2013年13期

关键词：石粉涵洞滑板

任雪峰

(中铁十六局集团有限公司第二工程公司，天津 300162)

0 引言

铁路营业线的桥涵改造施工，常常采用预制顶进的办法，能有效的节省工期，减少路基暴露时间。顶进作业根据实际情况有空顶和切土顶两种实现办法，各有利弊。

1 工程概况

邯济铁路复线工程中的某车站改造，设计增设一座旅客地道，采用预制顶进的方法。在车站南侧临时征地预制，向北侧垂直线路顶进，穿越既有线的站内3股道。顶进涵身长26.14 m，顶进距离45 m。涵身高5 m、宽7.7 m，涵顶到路基面1.3 m。设计涵身底部有60 cm厚的垫层，垫层下为桩基础。

本顶进工程的特点在于，虽然顶进中的路基填筑土密实度很好，但是地基地质情况为粉土夹杂粘土层，设计单位认为必须做地基处理，采用了6 m深的高压旋喷桩基础加砂夹碎石、混凝土垫层方法，虽经多次讨论不能更改。因此如何在顶进方案中实现地基处理是关键问题。

原设计方案为切土顶进，施工时经比较权衡改为空顶，大幅缩短了工期，同时也保证了施工过程顺利和安全稳定。

2 切土顶进施工方案与空顶的利弊分析

设计方案为切土顶进，并且前期业主现场调查时曾要求为保证线路稳定，必须采用切土顶进。并且设计单位明确地基处理措施不能更改。因此一开始制定了边顶进边施工地基的切土顶进方案。

2.1 施工步骤

切土顶进施工流程如图1所示。

图1 施工流程图

2.2 涵洞预制

预制位置在路基南侧(北侧被其他工点占用)，尽量靠近路基坡脚，又在铁路工务部门的要求下不能侵入坡脚过多。滑板铺设时尽量向顶进前方延伸。滑板表面设2%的抬头坡，减少扎头的不良影响。

在涵身顶进方向前端安装钢刃脚。钢刃脚为20 mm厚钢板结构，分顶部、左、右侧三部分，其中顶部伸长1.5 m。除了切土，在顶进中能起到棚护作用。

涵身前端底板浇筑出长30 cm，高5 cm的船头坡，防止顶进中挤住垫层相接形成的错台。

2.3 顶进工序循环

在顶进工序中，根据涵洞高度和孔径，岀于确保安全的考虑，工人只能在钢刃脚下方作业，因此计划每循环的进尺距离为1.5 m。在每循环中，要依次完成开挖、打桩、挖桩头、设砂石垫层、浇混凝土垫层、等待垫层上强度、顶进，共7道工序。

1)开挖工序。涵洞外高度4.9 m，垫层厚0.6 m，涵顶覆土厚1.34m，开挖高度 H=4.9+0.6+1.34=6.84m;宽度7.7m，不考虑放坡塌方时估算开挖断面积为45 m2，每1.5 m进尺土方67 m3，总共出土数量2 000多平方米。人工开挖进度太慢，但是涵洞净高仅为3.4 m，大型挖掘机臂长又无法在涵内施展，开挖只能采用斗容0.3m3左右的小挖掘机，并且小挖掘机也不能在涵内装车，只能挖松土后开出涵洞，再进装载机运土。2)桩基施工。打桩所用的高压旋喷桩机最小工作高度为2.8 m，可以在涵洞内作业。所需泥浆池、水池等的布置位置可以增加临时征地解决。3)砂石垫层施工采用小型振动夯机按20 cm分层夯实可以达到要求。混凝土垫层施工时，采用装载机运混凝土至洞内。由于施工准备时已经是10月份，工期内气温将不断下降，垫层混凝土达到强度的时间变长，按5 d考虑。

2.4 顶进后工序

顶进就位后涵顶回填路基表层填料，预留注浆孔，做压力注浆。

2.5 方案优劣分析

涵洞顶进距离为45 m，每循环进尺为1.5 m，需要30个循环完成。每个循环的完成时间为:开挖和出土需要1 h;打桩:桩机移位0.5 h，每根桩长为6 m，按提钻深度每分钟20 cm计算需要30 min，考虑移钻和钻入时间每根桩的施工时间为45 min，平均每进尺有桩15根，共需要11.5 h。静止24 h后挖桩头，挖桩头时间(机械移位、挖土、运土时间)1 h，浇筑混凝土及连接钢筋(为防止垫层被顶进拖断开)施工时间为3 h，混凝土垫层承受顶进摩擦力，其养护时间至少为5 d。合计每循环时间为6.7 d，总共需要6个月。6个月的工期无论是施工单位还是业主均难以接受。而且循环工序步骤复杂，使用的机械多样，需要多个工班协同作业。每个工序都必须提前准备到位才能不影响进度，存在一定的组织难度，工期拖延的风险比较大。采用切土顶进的优点在于利用钢刃脚挡土，开挖面积小，对既有路基的影响小。但是本涵顶部覆土厚度仅为1.3 m，跨度却为7.7 m，开挖过程中顶部极有可能自然塌落，是无法稳定的。根据铁路安全规定，顶进涵顶及两侧无论如何施工最后都应注浆。对本工程而言切土顶进方案的优势不明显。考虑顶进过程中的垫层稳定性。垫层混凝土为多次分节浇筑，整体性差，在洞内作业，顶面标高难以控制准确。垫层下为砂夹碎石，一旦垫层混凝土断裂，顶进涵势必会在砂石层上滑行，将难以处理。

2.6 空顶施工方案的缺点对应分析

现由于工期原因选择空顶方案，这样垫层可以一次施工完成，能从根本上缩短工期。现在关键问题转为如何最大限度的保证路基稳定。经讨论，两侧开挖面采取直立削角的形式，充分利用原有的路基填筑土的密实性，即下部采用接近直立放坡，顶部1/3高度削掉坑沿。同时将暴露的坡面以及便梁支点桩处的路基面喷浆封闭，有利于观测裂缝和防雨水冲刷(图2为按实测比例画的开挖断面稳定情况图)。

图2 开挖稳定分析图

采用空顶施工方案可以利用整体浇筑的混凝土垫层当滑板，减少顶进纠偏风险。

土方作业机械不必通行于狭小的涵洞内部，可以采用大型机械，以提高效率。

回填质量保证技术措施:涵洞就位后，涵顶离线路结构只有1.3 m高，无法进行填土夯实等常规施工。路基表层要求填碎石土，受便梁阻碍难以施工。用混凝土填虽然易于施工填充，但在路基表面形成不透水硬壳不利于线路稳定。方案中采用石粉为主要回填料。因为在此工程中，石粉能体现出其抗压强度高、材质均匀、可塑性好、易于填充边角部位、渗水性好等优点。

3 空顶施工方案

空顶施工工序:

涵洞预制和便梁架设→开挖出土→桩基→垫层(滑板)→顶进→回填→拆除便梁。

3.1 开挖

在完成涵洞预制和便梁架设以后，立即进行开挖。因挖掘机臂长不足，在边坡上挖出平台，将大型挖掘机停放在平台上开挖，将土甩在身后路基之外。待线路下挖够空间后再开到线路之下继续向前开挖。线路的另一侧同时布置机械进行开挖。

3.2 桩基

开挖完成后立即打桩。由于工作面加大，可以增加桩机数目同时作业，在3 d内完成全部410根桩施工。

挖桩头，出土加清理基底用1 d时间。

3.3 垫层

垫层设计为C25混凝土结构，将其按滑板要求施作。滑板取消沉降缝，浇筑成整体。滑板厚度20 cm，在滑板中夹一层钢筋网片，加强连接，钢筋网片位置设在距滑板上表面5 cm处。钢筋网片使用螺10钢筋，间距15 cm方格布置，纵筋接头用焊接连接。

滑板施工时严格控制其顶标高为水平面，不可出现上坡。若上坡则增加顶进阻力，会加剧滑板在顶进中断裂跟随走的危险。设计为水平面，实际控制滑板标高时设2‰下坡，以抵消施工误差。滑板表面涂石蜡滑层。涵身顶进就位后，先在涵背两侧回填C15混凝土封底，厚度达到涵身底板，加强涵身稳定和阻水。然后回填石粉掺水，顶部注浆。

3.4 回填石粉

石粉采用普通岩石粉即可，价格低廉，最大粒径不超过5 mm，0.15 mm以下质量不少于30%。其优点是沉降量小，遇水板结，长期抗压强度高。而且其材质均匀，对夯填的施工工艺要求低，利于快速施工。使用手推式汽油振动夯机逐层填筑夯实，每层石粉填20 cm～25 cm厚，每填50 cm左右均匀洒一次水，加速石粉的沉降和板结。洒至表面积水后待其自然渗干。

在回填最上层时，空间有限，工人已经无法进入。将石粉从便梁上枕木间空隙倒下，仍能易于填充空隙。使用振捣棒从空隙中插入振动，使石粉充分密实，同时洒水。石粉中预埋不同深度的PVC注浆管，在回填完成后注浆。

4 实际效果

4.1 工期

在完成便梁架设后，实际于4月10日开始开挖，使用大挖机两台，小挖机一台，在线路两侧便梁防护下同时开挖，4月13日开始施工桩基础，4月15日浇筑垫层，4月21日开始顶进，顺利就位。经验收合格后，在涵身两侧浇筑C15混凝土。然后在C15混凝土上分层填筑石粉，4月25日回填完成，总工期为半个月，圆满的按期完成施工任务。