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列车动载影响下深孔桩开挖及支护技术

1．工程概况
**高速公路下穿隧道与现有**线交叉经过, 全线位于直线地段, 与现有成昆铁路交角α=21°。为确保在下穿隧道施工过程中不影响列车运行, 经多方市场调研, 采取由铁道部建筑专业设计研究院研制开发军用B型梁进行轨道架空, 两端用工字钢配跨梁作为钢梁与路基过渡。轨道整体架空段里程为***, 其中B型梁架空段里程为****, 采取5孔24米B型梁进行加固。B型梁架空轨道分为两次进行, 第一次架空根据简支梁进行架空轨道, 其支墩为人工挖孔桩临时支墩。
2.工程特点及技术难点
(1) 水文地质比较复杂, 临时支墩范围内关键为岩溶水, 岩溶水关键赋存于下伏全、 强风化灰岩、 泥灰岩中, 因为勘察区处于断层结构破碎带周围, 岩石节理裂隙十分发育, 溶蚀、 溶隙、 溶洞发育, 稳定地下水位较浅; 关键赋存于灰岩层溶隙、 溶孔、 溶洞中, 富水性弱～中等, 局部富水性很好。岩溶地下水关键靠大气降水补给, 迳流路径关键沿层面和溶隙内运移, 动态改变较大。
（2）地质特点对墩柱稳定性影响十分不利。临时支墩范围内地层岩性关键为二叠系下统阳新组（P2y）全、 强、 弱风化灰岩、 泥灰岩及二叠系上统火山碎屑岩组段（P1e1）全、 强、 弱风化玄武岩、 凝灰岩等。
建设场地因为处于二叠系上统火山碎屑岩组与二叠系下统阳新组灰岩岩组岩性接触界线, 岩性接触带上分布有0.4～1.5米破碎带, 呈角砾、 碎石状, 富水性好, 工程性质差, 受储水情况影响及岩层裂隙中充填泥土不均匀等影响, 受力时轻易产生不均匀沉降, 对工程建筑物十分不利。
(3)支墩挖孔桩施工对轨道影响很大, 轨道处理不妥将直接影响行车安全, 且施工时无行车封锁, 且上部有接触网, 对施工进度和安全有较大影响;
(4)临时支墩采取人工挖孔施工方法, 施工工艺较简单, 但包含现有线行车安全, 质量要求高;
(4)地质情况较复杂, 地质勘察不具体, 孔桩下部存在溶洞可能。
3.施工方案确定
3.1 轨道加固
临时支墩开挖属现有线施工, 开挖过程对轨道下路基岩层产生扰动, 对现有线行车安全影响较大。在临时支墩开挖之前必需对轨道进行加固处理, 轨道加固方案采取轨束梁形式。
图1 轨束梁加固平面部署图

图2 轨束梁加固效果图及现场
如效果图形式, 在无缝线路上抽出混凝土枕, 换为木枕, 用P43钢轨采取3-5-5-3形式对B型便梁桩基顶部线路进行加固, 在2～5号支墩处设置12.5米轨束梁, 按支墩中心位置对称分布。在0～1和6～7支墩两侧配跨梁位置设置25米轨束梁, 按两支墩跨中位置部署。轨束梁加固以后, 方便进行B型便梁挖孔桩及轨道影响范围内挖孔支护桩作业, 同时进行接触网支架改移。
同时, 在孔口位置用钢筋栏网进行防护, 既保护了道床, 又保障了孔桩施工安全。

图3 挖孔作业
3.2 孔桩开挖支护及防渗
因为孔桩下部水资源比较丰富, 且临时支墩开挖属深孔桩开挖, 在开挖之前一定要确定支护和防渗方案。方案选择时要考虑裂隙岩层防渗特点、 工期紧迫等原因, 标准上依据不一样施工阶段采取有针对性处理方案, 并努力争取做到安全适用, 确保质量、 经济合理、 技术优异。
挖孔桩开挖采取人工开挖方法, 采取提升设备进行出碴, 小型自卸车运输。上部碎石土采取人工风镐开挖, 石质岩层采取浅眼预裂爆破。为确保孔内作业安全, 每1.5米立刻分段施作混凝土护壁。 护壁既能保持孔壁土体稳定, 又能确保挖孔桩结构尺寸, 在施工中严格根据技术交底分节段进行护壁钢筋绑扎和混凝土浇注作业。每施工完成一节, 对实测项目逐一检验, 待各项检验项目均符合设计及规范要求了方可许可进行下一节施工。如图示意。
依据水文地质勘察和施工过程中实际流量, 防渗方案采取抽水机进行抽排, 方便孔内施工。

图4 孔桩支护示意图
为确保在孔桩开挖爆破过程中降低对孔壁震动, 预防塌方, 另外现有线成昆铁路、 公路等运输繁忙, 加上邻近村庄, 施工与运行相互干挠, 必需确保公路及铁路正常运行, 控制爆破飞石, 特制订以下爆破参数:
钻孔直径 d=40mm
最小抵御线 w=0.4～0.6m
孔深 L=1.0 ～1.2m
孔距 a=0.5～0.6m
排距 b=0.5～0.6m
因为该控爆段与现有线交叉, 同时与320国道几乎平行, 施工地段有铁路动力线、 民用电线、 民房等, 爆破飞石是损坏线路设备和危及行车安全最危险原因。依据现场具体情况, 采取了以下防护方法:
（1）覆盖材料: 爆体覆盖材料应含有一定面积、 重量、 强度和弹性、 柔性, 应易于搭接和搬动。在实际施工中结合细孔钢筋网φ10@20*@200、 草袋（或竹夹板）、 施工用尼龙安全网等辅助覆盖材料。
（2）覆盖方法:
爆破前进行全方面（包含各临空面）爆体覆盖;
爆体覆盖采取二层, 即在爆体上先密铺一层草袋, 其上一层胶管帘。
炮口覆盖采取两层, 在孔口盖上钢筋网, 其上用土袋装土压口。注意, 覆盖不能严实, 要留一定数量出气孔, 不至覆盖物掀起。
胶管帘采取搭接型式; 爆破（台阶）顶面上覆盖胶管帘搭接长度大于15厘米, 胶管帘纵向与同一起爆段别炮孔连线平行, 并按爆孔先盖标准进行搭接覆盖。
挖孔工作暂停时, 孔口必需罩盖, 预防坠落。
每次爆破都要爆破员和安全员在场, 在确定无列车经过、 周围无其她人员和覆盖完成情况下才能进行爆破作业。
3.3支墩钢筋绑扎和混凝土浇注
当挖至桩基底标高后, 开始绑扎钢筋, 因为有行车及接触网干扰, 钢筋采取分节绑扎及安装, 以确保施工安全。钢筋笼主筋下部及四面用混凝土垫块做支撑, 确保钢筋保护层。
混凝土浇筑前, 对孔桩严格根据《铁路桥涵工程质量验收标准》进行检验和验收, 对不符合验收标准, 认真进行整改。混凝土浇注前将桩基内积水抽干, 抽完水后倒入两包干水泥, 以降低桩底水, 同时挂上窜筒, 窜筒下口至桩底高度不得超出2m, 预防混凝土离析。当混凝土浇至顶面时, 用枕木头将预埋件预留孔留出。

图5 支墩混凝土浇注
3.4支墩巩固方法
仅仅过程中质量监控还不够, 我们还在施工后对临时支墩及底部水文地质进行质量检测及巩固。
3.4.1钢系梁安装
当支墩周围土体开挖以后, 在列车动荷载影响下, 考虑到支墩高度高而无横向连接, 故在两颗支墩之间增加了两道钢系梁。

图6 临时支墩钢系梁平面图
3.4.2 基底注浆
3.4.2.1 墩身检测及基底地质勘查
在对支墩进行沉降观察和地质勘察后发觉支墩周围有溶洞, 又对5号墩进行了注浆处理, 从而确保支墩稳定。

图7 支墩钢系梁和低应变动力检测
经过现场测试及桩基质量分析, 然后得出结论:
1. 该场地共测试6根桩, Ⅱ类桩5根, Ⅲ类桩1根, 无Ⅰ、 Ⅳ类桩;
2. 测试桩长与施工桩长基础一致, 砼强度等级达成C25, 桩身质量合格;
3. 该场地共测试基岩4个点, Ⅱ类基岩两个, Ⅲ类基岩两个;
4. 提议在桩底基岩处进行加固。
5.
桩身质量评定表
桩号
基岩(m)
桩径(mm)
波速(M/S)
砼
桩身质量评定
4-1 下部
23.0
×1500
4000
＜30
Ⅱ
4-2 下部
21.5
×1500
4000
＜30
Ⅱ
5-1 下部
23.2
×1500
4000
＜30
Ⅲ
5-2 下部
22.1
×1500
4000
＜30
Ⅲ
3-1
桩长 19.9
×1500
3933
C25
Ⅱ
3-2
20.0
×1500
3981
C25
Ⅲ
4-1
19.5
×1500
3971
C25
Ⅱ
4-2
19.6
×1500
3945
C25
Ⅱ
5-1
19.1
×1500
3889
C25
Ⅱ
5-2
19.1
×1500
3872
C25
Ⅱ