软土地段框架桥顶进扎头控制及纠偏技术

祝凌波

摘 要：以某下穿铁路框架桥工程为实例，因对软弱地基的预估计不足、复合地基加固不到位等原因，造成框架桥在顶进过程中出现严重扎头问题，施工人员依据现场实际情况，对纠偏施工方案进行了理论计算和比对，制定出适当的施工方案，并成功纠偏。希望本文的研究可以为我国软土地段框架桥顶进防扎头控制及纠偏研究提供有效的理论指导。

关键词：软土地段；扎头控制；纠偏方案；顶进方案

中图分类号：U445.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.149

文章编号：2095-6835（2016）20-0149-02

1 工程概述

1.1 工程概况

杭州市某区市政道路城市次干道设计车速为50 km/h，下穿沪昆铁路绕行线电气化铁路。道路中心与其斜交叉，法线夹角为84°48′26″。立交桥采用4-（6.5+11.5+11.5+6.5）m钢筋混凝土箱形框架，轴长为8.5 m，两侧为5 m钢筋混凝土翼墙。

1.2 地质情况

该地段属于海积平原地区，地貌类型单一，地面高度为1.6 m。地质自上而下为：亚黏土（软塑，1.5～0.75 m）→淤泥质亚黏土（流塑，0.75～12.76 m）→亚砂土（软塑，-15.72～-12.76 m）→亚砂土（软塑，24.05～-15.72 m）。其中，地基采用高压旋喷桩加固。

1.3 框架施工情况

本项目采用D24型便梁加固线路，采用顶进法施工，便梁支墩位于铁路路基两侧，采用4-ψ1.0 m，l=30 m的钻孔桩，并用钢筋混凝土进行盖梁连接。

第一孔6.5 m框架完成以后，进行地基加固并养护，到期后进行顶进，顶进质量要符合相关规定，前后误差在0～30 mm之间。为了保证工程第二孔11.5 m框架在顶进后能与上一孔保持相同高度，在顶进前，要将钢筋混凝土滑床板向前延伸，直到线路中线外2 m位置，再进行后续顶进施工。由于地基太软，顶进基坑进行3次挖掘才成功，随即进行钢筋混凝土滑板的接长浇筑，并进行为期7 d的维护，使得混凝土达到C25标准。

在第二孔（11.5 m）顶进过程中，容易出现滑板接长裂缝，导致桥头扎头问题。如果顶进5 m时出现滑板接长断裂，就会导致桥头出现32 cm扎头，影响其持续顶进。在这样的情况下，需要对扎头进行纠偏处理，在框架桥顶前端进行混凝土浇筑，其规格为w（宽）=8 m，h（深度）=1 m，而且随着导向板向前顶进。同时，在框架桥的前口、两翼墙，扎头持续加快，影响了线路的安全。因此，施工人员决定在顶进框架至线路侧段进行便梁钻孔桩支墩承台施工，并回填三角区，测量其最大差值1 m。相对于前孔来说，如果相差太大，就不能满足要求。经过实地调查发现，该地区原为旧河道回填区域，地质情况比较复杂。

2 纠偏方案的比选

根据施工现场的情况，为了提高工程的质量，可以选择两种方案：①将第二孔框架桥凿除，在原有位置进行浇筑；②通过顶抬，让框架桥符合预期设计高度。通过上述方案分析以及施工单位的自身经济成本分析，前者可行性不如后者高，而且后者社会效益比较明显。

2.1 顶进方案的计算

2.1.1 总体方案

在框架桥箱体的4个角安装（深）基础支墩，主梁自箱身顶板向下横穿顶板，而且主梁与顶板之间进行配梁安装（“工”字型）。主梁采用钢材原料，其支点处安装配梁，而且在各个支点位置设置钢管传立柱。另外，在每个支点配备一个顶抬，其规格为500 t千斤顶。

2.1.2 支墩基础的受力计算

框架桥箱身自重一般为1 000 t，所以本文以此为计算前提，并结合（南侧边墙）主动土压力产生的摩擦力进行朗金主动土压力公式计算，公式为：

框架桥受力情况如图1所示。由图1可知，箱体4个角的max反力为420.7 t，min反力为213.75 t。

2.1.3 支墩桩基础的承载力计算

框架桥的钻孔桩长度h为26 m，桩基直径R为150 cm，那么应该考虑单排2根问题，其中，土层摩擦系数如表1所示。

依据上述计算公式中的支墩承载力进行计算，其允许承载力为2×279.6=559.2 t，安全系数为559.2÷420.7=1.330.

2.1.4 主梁受力检算

在单侧主梁施工时，需要采用两根D16钢便梁作为支撑，而框架桥箱身内设置钢管桩。其中，箱身露出部分按照悬臂梁进行计算，或按不利荷载进行计算。D16钢便梁的截面模量W=13 979.1 m3，惯性矩I=611 586.7 cm4，如图2所示。

台梁、支承布置如图2所示。由图2可知，要想对弯矩、弯曲强度、挠度进行准确计算，需要获得3根主梁的相关参数。

2.2 方案分析

由上述计算可知，第二种方案具有较高的准确度，可以满足框架桥顶进防扎头控制的需要。然而，在实际施工过程中，第二种方案需要具备以下要求：①D16 m钢便梁自重比较大，一般为7.412 t，所以安装过程具有较高的风险性性；②在钢便梁生产过程中，具有一定的预拱度，所以实际安装的紧密性不高；③框架桥箱内主梁的刚性支承问题比较棘手，需要进行前期的详细设计，才能满足框架桥的刚性支撑需要。

3 框架桥纠偏处理效果和对策分析

3.1 处理的效果

由上述方案计算可知，框架桥箱涵安装十分准确，而且安装的顶力后背也未出现显著位移和损伤，为后期的顶进施工创造了良好条件。在处理框架桥箱身位置时，应该注重地基的处理，然后再进行顶进施工，以此保证施工中各项指标符合施工规范，也无结构性损伤。

3.2 预防“扎头”的措施

通过上述对顶进纠偏问题的分析，可以采取以下措施进行施工，主要包括地质审核、施工防水、合理设计等，下面进行详细分析。

3.2.1 详细进行地质情况调查

在进行施工组织设计时，设计单位要详细分析相关地质质量，并实行地质、地貌勘察。如果滑床板下遇到松软土质，设计单位就要进行相关变更，并采取换填办法，避免箱涵顶进重心移出端位置出现（滑板）断裂、（箱体）前倾以及扎头等问题。

3.2.2 做好施工过程中的降水工作

在软土地段施工过程中，遇到松软地质或者高地下水位时，需要进行地下水位降低处理。另外，在软土地段进行施工，可以采用井点降水或者明沟排水处理，而且要始终进行，不可麻痹大意。施工人员依据以往施工经验，在软土地段采取桥涵方式进行施工，但是该方法由于降水效果不明显，所以容易导致顶进施工失败。如果该地段降水幅度降至（底板）0.5～1.0 m，就要带水顶进施工，以免造成路基塌方或者箱涵 “扎头”。

3.2.3 合理设计滑板仰坡和箱涵“船头坡”

在软土地段框架桥施工过程中，要进行预留滑板仰坡设计，其目的是应对“扎头”情况，防止箱涵与安装位置出现错位。目前，尚未比较合理、准确的坡度计算方法，只能依据施工土质进行简单的取值，一般为3‰左右。在土质密实地段，施工人员要适当取土，一般取3‰即可；在土质松软地段，由于含水量比较大，坡度相对较大，一般取5‰即可；如果施工人员遇到“船头坡”，就要进行1∶10比例的坡度设计，而箱涵的设计长度、顶进大小，应该依据实际情况而定。如果施工过程中，对箱涵前部进行同坡度的钢刃角设计，就可以有效避免安装错位问题的出现。

4 结束语

综上所述，施工位置的不同土质会导致不同的内摩擦角，进而产生不同的摩阻力。另外，由于侧面摩阻力会形成箱涵夹持力，所以顶进高程会出现变化。其中，由于地下水位的高低会影响基底土壤中含水量的大小，并影响地基承载力的大小，所以施工过程中如果遇到含水量大的松软地层，就会出现箱涵脱离滑板，使其出现“扎头”的现象，这时就需要进行“扎头”纠偏处理。本文通过相关的分析和计算，认为“扎头”纠偏措施主要有降水控制、预留滑板仰坡处理以及箱涵的“船头坡”处理等。一旦出现“扎头”现象，就要运用“支顶刃角法”“换填法”“快凝混凝土渡板法”等，对“扎头”问题进行处理，并获得比较理想的方案。因此，本文研究可以为我国软土地段框架桥顶进防扎头控制及纠偏研究提供帮助。

参考文献

[1]黄学宁.顶进箱涵扎头的预防和纠正[J].铁道建筑，2012 （12）：18-19.

[2]范来荣.顶进框架桥涵扎头原因和中线偏移现象的处理方法[J].内蒙古科技和经济，2013（2）：72.