枣阳人民路顶进框架桥下穿汉丹线支撑桩施工技术

王开成（中铁十一局集团第一工程有限公司,湖北襄阳441104）

1 引言

近年来，随着经济快速发展的同时，带动城镇道路的加速建设，因而新建的许多道路都需要穿越既有铁路，现场施工与铁路运营必然会相互影响。支撑桩作为线路架空施工非常重要的一个环节，施工环境属于营业线施工范畴，施工干扰多、难度大且各项条件比较局限，需提前做好规划及技术方案准备工作，方可确保施工顺利完成。

2 工程概况

枣阳人民路K241+667.15框架桥为双向六车道，道路与汉丹线夹角90°，采用两孔15m单体箱型桥下穿铁路，顺铁路桥长33.22m，横铁路长22.5m。桥址位于枣阳南侧，该处铁路线路为3股道，分别是汉丹上行线、汉丹下行线、牵出线，本次线路架空主要为该3股道架空，每股道架空长度53.28m（16.4m+20.48m+16.4m),架空支撑桩采用方形挖孔桩支点，首先进行架空支撑桩（Z1～Z6排）施工，Z1排、Z4排线路外侧支点桩尺寸为2m×2m×2m，两线间为2m×2m×2m；Z2排、Z3排、Z5排外侧支点桩截面尺寸为2m×2m，深12m的方形挖孔桩，两线间为2m×2m×14m方形挖孔桩。挖孔桩布置见图1。

3 支撑桩施工方案

总体施工工序：线间道砟固化及加固→道砟清理及加固→人工挖孔→绑扎钢筋笼→浇筑混凝土

遇地下水补强措施：孔底植入钢筋→孔壁插入铆筋→预埋注浆管→桩底注浆

图1 支撑桩平面、纵断面布置图

3.2 各工序施工方法

3.2.1 线间道砟固化及加固

既有线间道砟厚度100cm～130cm左右，厚度较大，施工前需将道砟加固，具体为采用水泥砂浆和植入钢筋结合的方法进行加固。首先确定道砟开挖范围，用空压机及风镐沿枕木头边打入1500mm长，直径Φ16mm螺纹钢，钢筋间距控制在100mm以内；然后再采用水泥砂浆固化道砟，现场拌制水泥砂浆，水泥：水比例为1:3.7左右，现场操作为1桶水配1/3袋水泥，一桶水泥浆掺入3铁锹砂子，比例根据实际情况调整，可适当增加水泥掺量。

3.2.2 道砟清理及加固

第一步：先人工清除第一层50cm道砟，长度3m，清理到位后立即用6mm厚钢板，宽度50cm，顺线路方向与植入的钢筋焊接，钢板外侧焊接两道10#Q345槽钢，槽口向外，用钢管顶丝临时支撑，支撑水平间距1m。

第二步：待第一层开挖加固完成后，再用相同方法施工第二层和第三层，直至路基顶面。

第三步：待道砟清除至路基面后，立即打入2.0m竖向槽钢，间距70cm，两侧对称布置，同时用钢管顶丝支撑加固，纵竖向槽钢焊接，边打入边支撑。

3.2.3 人工挖孔

道砟加固完成后，放出挖孔桩位，对影响施工的支撑可适当调整。开孔后，将改装好的提土设备安放在孔口，安放稳定，按照正常挖孔工艺及施工技术交底挖孔，护壁厚度100mm，每节护壁高度500mm。

挖孔过程遇水时，立即停止向下挖孔，将最下一层护壁浇筑完成后，立即用风镐将长度1200mm的8#槽钢一正一反相扣打入护壁内，与护壁混凝土结成一体。待护壁混凝土凝固后，继续向下开挖500mm，做一层护壁后，再打入一圈槽钢，循环施工。出水量过大时先抽水再开挖。

3.2.4 绑扎钢筋笼

钢筋在孔外加工，孔内绑扎成型，主筋长度不得超过4.0m，按技术交底及钢筋绑扎规范设置搭接接头。

3.2.5 浇筑混凝土钢筋笼绑扎完成后，利用地泵浇筑孔内混凝土，泵管穿越铁路前预先穿入塑料套管。

3.3 支撑桩补强措施

施工时桩底可能遇到地质较差情况，出水量大，且处于细砂层，挖孔后形成流沙状态，压力很大，护壁出现相应变形，为保证人员安全与路基稳定，需采取措施保证支撑桩等效作用。

3.3.1 孔底植入钢筋

挖孔桩挖至护壁变形处，做好混凝土护壁，在孔底竖向密布植入与主筋同规格钢筋，长度3.5m，埋入土层2.0m，孔周圈植入钢筋与上层钢筋笼有效绑扎连接。

3.3.2 孔壁插入铆筋

孔内每两节护壁垂直铁路方向，宽度1.0m范围，在护壁接缝处、主筋间距内水平打入直径Φ25mm，长度700mm螺纹钢，外漏300mm，伸入土层400mm。

3.3.3 预埋注浆管

钢筋笼绑扎完成后，在孔内预埋四根注浆管，注浆管伸入孔底土层以下3.0m，延伸至桩顶外部，用胶带将管口密封。

3.3.4 桩底注浆

挖孔桩浇筑混凝土后，找出预埋注浆管，连接注浆机，将配置好的水泥浆注入桩底下部，注入压力为2MPa～3MPa，每根注浆管注浆时长为2h，注入水泥约2.5t，整根桩底共注入水泥10t。注浆硬化后，植入的竖向钢筋将桩身混凝土与水泥浆硬化基础连城一体，等效增加支撑桩桩长，加强了桩身的侧向抗土压力和抗剪力，同时护壁四周水平植入的钢筋，也会增大桩身的承载力和摩擦力。

4 支撑桩承载力验算

根据现场布置情况，受力简图见图2。

由图2可知Z2-2#支撑桩桩底受力最大，选取Z2-2#支撑桩承载力进行以下验算：

a.主跨组合：20m+16m；

列车荷载：查《铁路桥涵设计规范》附录C可知：

Lp=16m“中荷载”换算均布荷载：Q16活=122.1kN/mF16=122.1×16/2=976.8kN

Lp=20m“中荷载”换算均布荷载：Q20活=113.1kN/mF20=113.1×20/2=1131kN

静载：D便梁自重+线路自重（不含道砟）

线路自重(钢轨+混凝土枕):

静载合计：F=98.5+600=698.5(kN)

图2 支撑桩受力平面、纵断面图

列车冲击系数（按V限=45km/h）

折减系数r=V限/（2Vkp-V限）=45/（2×80-45）=0.39

16m跨度：冲击系数1+ru=1+0.39×28/（40+16）=1.20

20m跨度：冲击系数1+ru=1+0.39×28/（40+20）=1.18

火车活载Q:Q火车活载=Q火车活载（Lp16）+Q火车活载（Lp20）=976.8×1.20+1131×1.18=2506.74

荷载组合：P总=698.5+2506.74=3205.24(kN)

Z2-2#支撑桩自重：G桩自重=25×2×2×14=1400(kN)

为了保证安全，考虑两列火车通过该段时支撑桩的受力。

Z2-2#单桩的受力：P=1400+3205.24=4605.24(kN)

b.根据设计提供地质资料计算Z2-2#单桩基础承载能力

U-桩周长2×（2+2）=8m

fi=80kPa桩周土极限摩阻力（由于土层复杂，检算按较小的黏土层极限摩阻力，取值80kPa计算）

li-土层埋置深度6.5m

A-桩底支承面积

[σ]-桩底地基土的容许承载力(kPa)，当h≤4d时，[σ]=σ0+k2γ2（h-3）；当4d＜h≤10d时，[σ]=σ0+k2γ2（4d-3）+k'2r2(h-4d)；当h＞10d时，[σ]=σ0+k2γ2（4d-3）+k'2r2(6d)，其中d为桩径或桩的宽度（m）；

m0-桩底支承力折减系数。钻孔灌注桩桩底支承力折减系数可按表6.22-6采用；挖孔灌注桩桩底支承力折减系数可根据具体情况确定，一般可取m0=1.0。

故P＜[P]，挖孔桩符合要求能满足要求。

5 结语

随着城镇道路网越来越完善，下穿既有铁路框架桥、涵施工也会越来越多，目前线路架空支撑桩采用人工挖孔施工较为普遍。施工过程中，营业线列车可正常运行，且安全和质量均能够保证。线路支撑桩人工挖孔技术成熟且施工成本低，多个作业面可同时施工，为后续的顶进施工提供支撑保障，既节约了施工成本，同时也保证了铁路运营安全。