PC 工法桩在铁路平改立项目中的应用

冯燕萍

（杭州铁路设计院有限责任公司道桥所，浙江 杭州 310000）

1 概述

随着我国改革开放的不断深入，我国经济总值已经跃入世界前列。在这样的大背景下，我国的铁路建设速度也一样发生了巨大变化，从二十世纪末至今，经历了数次大提速。铁路交通的大发展带动了一方经济的进一步发展，经济的发展和交通的便捷大大提高了全国人民的生活质量。但是，由于铁路建设的长期性和复杂性，不可避免地与地方道路发生交叉，并对城市村庄进行了切割。为认真贯彻和落实总书记关于铁路沿线安全环境治理工作重要指示精神，同时也是为了保证人民人身和财产安全，需进行平改立工程改造，彻底解决道口影响铁路运输安全的外部环境安全隐患问题。

然而铁路平改立项目一般都具有施工工期短，工程投资受控等特点。因此，必须深入研究如何在保证临营铁路施工安全的同时，尽可能缩短工期，降低平改立项目的工程投资。而对于平改立工程（尤其是下穿铁路工程）一般涉及桥涵及道路结构的基坑开挖，如何优化基坑工程设计来缩短工期、降低工程建设费用是各个阶段设计时需要分析和解决的问题。

文中以金千铁路平改立项目为实例，对道路基坑支护设计进行了优选，优化方案不仅能满足临营铁路基坑开挖安全的要求，也能压缩工期，降低造价。

2 工程设计

2.1 工程概述

该项目位于兰溪市，已建1-6.0×4.0m 铁路框架桥下穿既有金千铁路，下穿段机动车道为新建四级公路，起终点均与既有道路相顺接。设计范围内公路全长约280m，道路穿越铁路两侧走向呈S 形，道路边线距离铁路中心线最近仅为9.0m, 两侧道路施工均为临营铁路施工。路面设计标高在地下水位以下的路段，本工程支挡结构采用钢筋混凝土U 型槽封闭地下水，U 型槽基坑开挖深度0.7～5.41m。道路平面线位走向如图1 所示。

图1 线位平面示意图

根据该项目地质详勘报告显示，该范围土层分别为杂填土、粉质黏土、圆砾、粉砂岩以及强风化粉砂岩。

本工程道路及U 型槽基底均位于粉质黏土层，该地层能够满足U 型槽基底承载力的要求，所以无需进行地基处理。

2.2 原基坑支护方案

本工程U9～U10 范围内因开挖深度最大，一侧离金千铁路中心线距离最小仅有4.0m，另一侧离既有建筑物边仅4.0m，基坑开挖边界条件受限，其余范围内基坑均采用钢板桩支护及放坡开挖。为确保既有金千铁路运行的安全，且能保障施工期间路基稳定，采用D24 型施工便梁对线路进行加固，施工期间限速通行。

在道路U 型槽结构基坑开挖深度3.0～5.5m 路段内，采用φ80cm 钻孔灌注桩（桩长为15m），外侧加两排φ60cm@20cm 水泥搅拌桩止水帷幕进行联合支护，并设置Φ609×14@5m 钢管横撑。原基坑设计平面图如图2所示。

图2 原基坑支护平面图

经计算，本方案虽能满足一级基坑的设计要求，但该方案存在施工的时间相对较长，且基坑支护费用相对较高等缺点。

2.3 基坑优化设计

因本工程为平改立项目，工程投资受控，工期较紧，结合该项目特点，对原基坑支护方案进行了比选。

2.3.1 基坑围护方案比选

根据本道路U 型槽基坑工程的挖深、周边建构筑物现状情况、施工场地环境条件和实际地勘情况，目前可以考虑的支护方案一般包括：①全放坡开挖形式；②复合土钉墙支护结构；③拉锚式排桩墙支护结构；④单排桩或双排桩悬臂式支护结构；⑤内撑式排桩支护结构。

放坡开挖是目前工程造价最低的围护形式，施工速度较快、土方开挖较方便等，在但现场踏勘的实际情况来看，U 型槽基坑边离金千铁路及周边房屋最小距离均不到5m，基坑四周不具备完全放坡开挖或部分放坡的条件。

土钉墙支护结构施工亦较为便捷而且施工工期相对较短，但相对放坡开挖费用较高，且本基坑距离铁路和建筑物均极近，土钉墙的围护结构，也存在空间的问题，因此不采用土钉墙支护结构。

拉锚式排桩墙支护结构对周边的影响较小、受力也较好、且工程费用较低等优点。但本基坑开挖范围空间极小，因此本工程基坑开挖不适合采用拉锚式排桩墙。

单排桩悬臂式支护结构一方面受力相对较差，工程费用较高，且围护结构的变形较大，因此不采用单排桩悬臂式围护结构。

内撑式排桩墙支护结构规避了排桩悬臂式支护结构存在的缺点外，对土质条件相对较差的深基坑内同样适用，所以本工程道路U 型槽结构基坑经过各支护结构的比选，采用内撑式排桩墙的围护结构。

排桩墙目前有以下三种形式，各自的优缺点如下：

钻孔灌注桩排桩墙技术工艺极为成熟、施工效果较好，目前已在很多地区的深基坑开挖支护结构中得到了较好的应用。因此本基坑原方案就是采用钻孔灌注桩排桩墙进行支护。

SMW 工法结构具有抗弯能力相对强、节省工程费用、且可节约围护结构的空间。但三轴水泥搅桩机械庞大，场地要求较高，耗电量巨大，施工速度一般，且目前市场上型钢租赁费用较高，因此本方案不采用SMW 工法围护桩。

PC 工法组合钢管桩围护结构兼具有SMW 工法结构的优点外，施工相对比较灵活、而且可回收再利用（也能降低费用）绿色环保等优点，且能节约围护结构空间的同时，也能提高工程建设的速度，从而降低工程费用。

2.3.2 基坑围护计算

针对本工程基坑采用PC 工法组合钢管桩支护进行了计算。基坑采用启明星计算如图3、图4 所示。

图4 变形内力包络图

从图3、4 计算结果可以看出，该工程基坑围护结构设计能满足一级基坑设计的要求。

图3 基坑计算概况图

2.3.3 基坑优化设计

结合计算数据及对工程经济进行分析，对开挖深度3.0～5.410m 区段的基坑支护方案进行了优化设计，采用PC 工法桩（Ø630x14 钢管桩@1500，桩长为14m+两个包Ⅳ型拉森钢板桩，桩长为9m），桩顶设置Φ609×14@5m钢管横撑。基坑设计如图5～图7 所示。

图5 优化基坑支护平面图

图6 PC 桩平面详图

图7 基坑横断面图

2.4 围护形式的比较

钻孔灌注桩作为较为常用的基坑支护桩，虽然技术工艺成熟，但也存在一定的问题，比如施工周期相对较长，养护时间较久，止水需单独设置水泥搅拌桩止水帷幕，而且止水效果不容易控制和保证，会产生泥浆不环保，施工完后形成了永久性的障碍物等缺点。而PC 工法桩作为一种新型围护桩，刚好对钻孔灌注桩的这些缺点进行了克服，它具有施工工期较短，不需要水泥和养护时间,；围护结构的受力较好，且刚度大，能减小基坑开挖对周边环境及建构筑物的影响；而且可以回收再利用，绿色环保；止水效果好等优点。相比于钻孔灌注桩，PC 工法组合钢管桩具有一定的优势，且PC 工法桩兼具了止水帷幕的效果，总体工程造价相对较低，且节约了围护空间。

经过费用测算和对比，本工程U9～U10 范围内开挖深度最大路段采用PC 工法桩进行优化基坑设计后，较之前采用的钻孔灌注桩支护加水泥搅拌桩止水帷幕的基坑围护方案，工程建安费用减少将近300 万，符合本平改立工程的费用要求。价格组成如表1 所示。

表1 本工程PC 工法桩价格组成表

本工程优化后的基坑方案施工工期与原方案相比，预计节省45 天。该方案缩短了工期，也在一定程度上减少了工程造价。

3 PC 工法桩的适用条件

PC 工法桩目前普遍适用于软土，粉砂，黏土，卵石，淤填土、吹填土，PC 工法桩的施工工艺通常需要根据具体的地质情况来选取最适当的施工方案。

4 PC 工法组合钢管桩施工相关要求

4.1 PC 工法桩中拉森钢板桩需采用小止口施工。

4.2 PC 工法桩的空隙也需要采用小企口拉森钢板桩进行连接。

4.3 PC 工法桩必须严格控制好钢管桩下沉时候的速度，钢管桩下沉速度一般为1m/min。

4.4 PC 工法组合钢管桩长度、组合形式、材料强度满足设计要求，并满足相应钢结构规范。

5 PC 工法桩的社会效益

目前国内PC 工法钢管桩约20 万吨，若按每年使用两次计算，则每年使用的钢管桩和拉森钢板桩，可节约砼大约100 万方，节约钢筋约10 万多吨，节约水泥约12万吨。每年节约的钢材相当于可再建二艘航母。

6 结论

本次设计过程中，基坑围护结构设计在考虑对运营铁路安全的前提下，对各个影响因素进行了全面的分析，并采取了针对性的设计和方案比选。基坑设计在确保铁路和基坑工程安全的同时，也满足平改立项目特殊性的要求。新建道路的基坑围护结构设计过程中采用的专项设计措施合理、有效。为工程建设的顺利开展提供了可靠的技术支持。

PC 工法桩因其自身优势，目前已越来越多应用于工程实践，但国内目前阶段使用施工工艺，还是会产生一定的振动和噪音，尤其在临营铁路中应用仍存在一定风险及安全隐患，未来静压工艺的广泛应用势必能降低对铁路安全的风险，也将进一步开拓PC 工法桩的应用范围。