桩板结构在下穿既有桥梁工程中的应用价值分析

2019-05-23张玲兵中国铁路上海局集团有限公司合肥铁路枢纽工程建设指挥部

上海铁道增刊 2019年1期

张玲兵中国铁路上海局集团有限公司合肥铁路枢纽工程建设指挥部

桩板结构作为一种地基处理的有效方法可以通过承台板将上部荷载传递至桩体，再扩散到土体和基底。采用桩板结构通过下穿区域，可以有效避免新建铁路的荷载对既有铁路桥墩产生的不利影响。但是桩板结构施工工序繁杂，施工难度较大。本文将介绍和探讨桩板结构在设计以及施工过程中的管理经验，为类似工程提供设计参考及施工管理经验。

1 工程概要

1.1 工程简介

现有阜北联络线为是单线运营，后经拆除改建为青阜上、下行正线。既有阜北联络线于铁路里程K0+848处（见图1）下穿既有京九下行正线。改建后的青阜线线路中线距离既有京九线桥墩承台基础边缘的最小距离不足2 m，这对于线路的运行产生了一些安全隐患。为了避免阜北线在运营过程中产生的荷载传递至京九线桥墩处，从而给桥墩产生附加压力，保证既有桥梁的安全使用，下穿桥梁处特别设计桩板结构，使荷载压力能够直接通过板梁和桩基础传到地基深部，从而减少既有桥墩的压力。

图1 桩板结构施工现场位置图

1.2 结构设计

桩板结构全长18.3m，宽11.9m，其中跨径组合2 m×8.0 m。采用C40钢筋混凝土，板梁为π型梁，顶宽9.2 m，单肋底宽1.5 m，肋高1.0 m，两肋中心距离4.23 m，挑臂厚0.4 m；横梁为矩形梁长11.9 m，截面为2.3 m×2.0 m的矩形，横梁1、3与板梁正交且关于板梁对称，横梁2与板梁斜角角度为98°。下部为直径1.25 m的C35混凝土钻孔灌注桩，桩长34 m，每片横梁下设置2根，全桥共6根。钻板结构钻孔桩基础距离既有京九下行线32#桥墩异形承台最近距离2.31 m，距离31#桥墩承台最近距离2.06 m。设计如图2、图3所示。

图2 桩板结构平面图

图3 桩板结构断面图

1.3 施工条件

1.3.1 交通

为了减小施工过程中会对交通运输产生的影响，本次施工机械主要利用地方S202省道以及修建的施工便道进入施工现场施工。在施工的过程中，安排专业的人员负责指挥挖掘机进行施工便道的维修工作，尽最大的可能保证施工便道的通畅，维护正常交通。

1.3.2 施工用电

施工用电主要包括使用反循环钻机、泥浆泵和电焊机，详情可见表1。在施工过程中为保证正常安全施工，现场的电缆线铺设以及用电均须满足规范要求。

表1 施工用电仪器规范表

1.3.3 施工过程中用水

工程用水在施工过程中是不可避免的，而且水的质量对施工质量具有非常重要的影响，所以对于工程用水也具有一定要求，即在施工过程中工程用水均需使用井水直接作业。井水必须经过相关检测并达到合格标准，并且井水须每年检验一次。

1.3.4 调查地下管线

正式施工之前，提前做好地下管线的调查工作，务必在路局工务段派出的工务防护人员的监督下，方可进行人工开挖。将深沟挖开间距为十米一处，然后对所开挖处进行观察，现场调查记录地下管线位置，并对地下管线采取保护措施以后，方可进行施工，并且一切施工都要在规范范围内。

1.4 工程中困难分析

1.4.1 可操作空间极小

根据现场实地测量得出，横梁处桩中心距既有承台间距最小距离为2.06 m，架设便梁后桩板结构的顶面离轨枕低只有120 cm的空间，工人绑扎钢筋困难，既有阜北联络线路肩标高距既有京九下行正线梁底部净空为7.35 m，钻机可进行操作的空间很小，给施工带来很大难度。

1.4.2 施工安全

本次工程的施工地点位于既有桥跨下方，施工人员的行动会受接触网和邻近线路的影响，整个工程的操作空间极小，致使机器、灌桩、横梁开挖、人员设备等均难以开展施工，特别对机器的使用极为不利，并且要保障营业线路的安全与正常运营，本次施工难度及施工安全压力极大。

1.5 施工困难对策

1.5.1 增建便线

针对施工空间小，既有线线下施工难度大，考虑增加过渡工程在邻近孔跨修建便线，既有下穿京九线孔跨为低高度梁，其他孔跨均为标准梁，净空进一步压缩，为保证铁路通行净空，将降低路基标高，形成一个低洼路段，对路基排水造成困难，路基标高降低，也将造成土体开挖，计算得到墩顶纵向位移不满足规范要求，既有线的运营存在安全风险，且需增加1 000万元（估算）投资，经过综合考虑，未采用该方案。

1.5.2 优化设计

如上所述，增建便线方案不合理，考虑从结构方面进行优化：

（1）桩板结构宽11.9 m，调整为宽12.7 m，进一步加大桩基距离既有线的距离；

（2）横梁2与板梁斜角角度为98°，调整为64°，加大横梁2桩基距离承台的距离。

（3）普通钢筋混凝土结构优化为型钢混凝土结构，避免普通钢筋的绑扎，实现预制拼装化的施工。

图4 优化后桩板结构平面图

图5 优化后桩板结构断面图

以上设计优化既可以解决钻孔桩基础与既有桥墩承台的安全距离又可以解决工人绑扎钢筋困难的问题，保证了既有线下狭小空间安全快速的施工。优化后的设计如图4、5所示。

1.5.3 施工管理

（1）施工过程中，将施工区域和营业区进行物理隔离，在外侧设置临时防护栏，可以有效的对施工场地进行防护，避免施工人员机具侵限，确保既有线行车安全。

（2）本工程施工地点的操作空间极小，因此在施工过程中，在确保行车安全的前提下，尽可能的充分利用既有线间空间作为作业平台，最大程度上扩大使用空间，所选作业平台必须能够满足所有机械的承载力要求。

（3）施工过程中不能够出现积水情况。因此要求技术人员要提前做好既有线间路基排水工作，设置临时排水沟来保证正常排水，安排专职人员负责水沟清理，确保水沟的排水通畅。

（4）桩基施工过程中离既有线很近，为防止机械设备在施工过程中影响既有线安全，需设立专人进行防护，采取一机一人，跟踪防护的模式。施工过程中如有列车通过，必须停止任何施工作业，不能做任何的摆动动作。

（5）施工过程中要做好监测工作，在既有线墩台位置设置沉降位移观测点，要安排专人每天观测不少于4次并记录，测得数据要进行及时的分析，上报项目总工或者项目经理进行把关签字，同时委托设备管理单位对既有京九线轨道几何状态进行排查，以此来确保既有线路的行车安全。

2 施工之前所需准备

相关人员必须要对设计图纸进行全面熟悉并且多次核对，充分了解设计意图，对于地形以及地质资料要进行详细检查，尤其是桩板结构位置、高程及与既有桥墩结构的关系一定要进行多次复核。工作开始之前，必须做好各项工作的技术交流，施工前在既有京九下行正线桥墩上设置沉降观测桩，施工过程中对各部位的沉降变形工作进行有效监控。

（1）参与施工的技术人员要通过施工安全教育培训后方可上岗。

（2）组织全体施工人员对相关的施工规章制度以及知识进行熟读，必要时还要进行知识培训教育，以此来普及全体施工人员既有线施工知识，一旦有员工知识培训不合格，均不允许上岗作业。

（3）聘请既有线设备管理单位经验丰富的专家对上岗员工进行技术培训，通过专题知识讲座等方式提高既有线施工人员的专业素质。