咬合桩在既有线桥梁基础冲刷防护中应用.doc

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摘 要:钻孔咬合桩作为一种成熟的支护围挡结构，在地铁车站等深基坑围护施工中应用广泛，但将咬合桩应用于铁路桥梁基础防护却相对少见。文章援引巴图塔至准格尔铁路项目中的工程实践，介绍了在对既有桥梁明挖基础的冲刷防护设计中，采用咬合桩进行防护的施工技术，该技术具有施工速度快，对周边环境和既有线运营扰动小，防水效果明显等优点，同时文章还对钻孔咬合桩在桥梁基础冲刷防护施工中的基本技术及施工要点作了简介。
关键词:咬合桩; 既有线桥梁; 明挖基础; 冲刷防护

1引言
钻孔咬合桩作为一种新型的地下工程围护结构，是由王振信教授在 20 世纪 70 年代引入国内的。由于相邻单桩之间相互重叠咬合，形成挡土、止水效果很好的钢筋混凝土“桩墙”，因此咬合桩也称为连续桩墙。
目前，钻孔咬合桩施工技术已经相当成熟，国内钻孔桩多用于地铁、高层建筑等深基坑的防护工程中，将咬合桩应用于既有桥梁基础防护上尚属少见。笔者结合工程实例，对咬合桩在既有线桥梁基础冲刷防护中的应用进行介绍，为今后类似工程提供了可借鉴的宝贵经验。

2工程背景
巴图塔至准格尔铁路( 以下简称巴准铁路) 是由神华集团投资修建的一条运煤专用线，全线位于内蒙古鄂尔多斯境内。巴准铁路正线于 DK 3 + 284. 5 ～DK 4 + 457. 755 之间设公涅尔盖沟特大桥，本桥为单线桥。
公涅尔盖沟与线路交叉右前角 40°，沟底河槽由于挖沙、取土破坏比较严重。该沟上游距线位约 3 km处为宝勒高水库，水库总库容为 754. 98 万 m3，工程规模为小一型水库，设计调洪库容为 53. 13 万 m3，设计洪水位1 242. 06 m，校核调洪库容为 69. 5 万 m3，校核洪水 位 1 43. 42 m。设计洪水为 30 年一遇 ( P =3. 33% ) ，校核洪水标准为 300 年一遇。水库溃坝流量为34 088. 3 m3/ s，桥址断面流量为2 289. 0 m3/ s，桥址溃坝水位 H1/100 = 1 186. 40 m。本线于 DK 4 + 221. 8上跨既有包神一线的公涅尔盖沟大桥，于 DK 4 + 188上跨既有包神二线公涅尔盖沟大桥，包神一线、二线基本上平行走行，与巴准新线交叉右前角为 133°。交叉桥位处地层为第四系全新统风积细砂，冲洪积细 ～ 粗圆砾土; 第四系上更新统冲积细砂，下伏侏罗系中统砂岩夹泥岩。本段地下水主要为第四系孔隙潜水，地下水位深度为 2 ～10 m。桥址区地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为 H2。
本桥与包神一、二线夹角较小，交叉处桥墩密布，严重压缩河道，造成对河床的冲刷加剧，桥墩处局部冲刷尤为严重。根据内蒙古水利部门的防洪评估报告，此处一般冲刷深度为 3. 5 m，局部冲刷深度达 9. 8 m。我们通过水文计算进行复核，结果与水利部门基本一致。由于包神一线桥墩基础为八角形明挖扩大基础，基底高程在冲刷线以上，这样就严重危及行车安全，如图 1、图 2 所示，因此必须对包神一线桥墩基础加以改造或防护。

3方案比选
经过认真研究，提出 4 种处理方案:
( 1) 方案Ⅰ将明挖扩大基础改造为桩基础，进行加固处理。
( 2) 方案Ⅱ对明挖基础周围土体采用旋喷注浆法进行加固处理，然后河床表面采用铺砌防护。
( 3) 方案Ⅲ采用地下连续墙对明挖基础进行围挡，围挡范围内的河床表面采用铺砌防护。
( 4) 方案Ⅳ采用咬合桩对明挖基础进行围挡，围挡范围内采用铺砌防护。
经过反复比选，我们最终确定了方案Ⅳ。理由如下:方案Ⅰ实施难度较大，造价较高，且对铁路运营影响较大，根据以往工程实例，加固效果并不理想。方案Ⅱ相对造价低，但由于此处地下水较丰富，不易控制浆液在地下扩散的方向和范围，使得固结体的质量难以保证，因此也不推荐采用。方案Ⅲ防护效果较好，但由于此处冲刷较深，连续墙底需位于冲刷线以下，这就使得开挖土方量较大，且易对邻近桥墩基础造成扰动，因此也不推荐。方案Ⅳ采用咬合桩具有开挖土方量少，对邻近墩基础扰动小，止水效果好，防护质量易保证等优势，故推荐采用此方案。

在采用方案Ⅳ进行防护时，在平面图上所标示的ABCD 范围内如图 3 所示，首先沿 AB、CD 2 条直线方向布设直径为1. 25 m 的 C30 咬合桩，然后将界限内地表 0. 5 m 厚的浮土清除，再用 C20 混凝土浇筑至原地面高度。其中 A 桩( 钢筋混凝土桩) 与 B 桩( 钢筋混凝土桩) 间隔布置，相互咬合，桩间中心距 1. 05 m，桩长13 m，嵌入弱风化泥岩夹砂岩层。桩顶与 C20 混凝土板相连，连接处采用高、宽均为 0. 5 m 的倒角进行过渡，桩身主筋弯折后伸入混凝土板内，并与倒角边平行，且伸入板内长度不小于 1 m。顶板混凝土块按 5 m ×5 m进行浇筑，块间设置 3 cm 宽伸缩缝，缝内嵌填聚氨酯弹性胶。此处若对明挖基础逐墩单独防护存在以下问题: 若咬合桩距基础较近，则冲刷后易形成“孤岛”，危及行车安全; 防护范围若适当放大，经过比较，逐墩单独防护采用桩数反而较带状成片防护多，故此处采用成片防护，以确保防护效果。

4咬合桩简介
钻孔咬合桩是采用全套管钻机钻孔施工，在相邻单桩之间形成相互咬合排列的桩墙围护结构。为了便于桩身的切割，桩的排列形式采用素混凝土桩( A 桩)和钢筋混凝土桩( B 桩) 间隔交错布置。施工顺序为先施工 A 桩，在 A 桩混凝土初凝之前完成 B 桩的施工。其中，A 桩采用超缓凝混凝土，B 桩采用普通钢筋混凝土，并在施工时采用全套管钻机，将相邻 A 桩相交部分的混凝土切割掉，实现桩身咬合，如图 4 所示。

施工要点如下:
( 1) 为了保证钻孔咬合桩定位的精确度并提高施工效率，在桩顶以上设置混凝土导墙进行辅助定位，从而对孔口的定位误差进行严格控制。
( 2) 咬合桩开钻时，为保证桩底部分仍有足够的咬合量，需严格控制套管的垂直度。可在地面上选择相互垂直的 2 个方向，采用经纬仪或线锤来监测地面以上部分套管的垂直度。每节套管下压施工完，下一节套管安装之前，需用线锤检查孔内套管的垂直度，发现偏差应及时纠正，合格后方能进行下一节套管施工。
( 3) 钻孔咬合桩施工时，由于 B 桩必须切割 A 桩，若 A 桩混凝土过早凝固，将导致 B 桩无法成桩或垂直度无法保证，从而增加施工难度，故需将 A 桩混凝土的初凝时间进行适当延长。通常采用掺加 SP 型缓凝减水剂，将混凝土的初凝时间延缓到55 ～60 h，从而确保施工方案实施的可操作性。

5结语
本次防护采用咬合桩对明挖基础进行包围式防护，且对防护范围内地表进行铺砌防护，形成一个立体的“防护罩”，确保明挖扩大基础附近的土体不被扰动，保证了桥梁运营的安全。通过本次加固处理，包神一线明挖基础被洪水冲刷掏空的安全隐患得以彻底消除。
咬合桩作为一项十分成熟的施工技术，已经普遍应用于地铁和隧道的深基坑临时支护，特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良地基，但将咬合桩应用于铁路桥梁基础防护却相对少见。通过本例可以看到: 采用咬合桩防护具有施工速度快，对周边环境和既有线运营扰动小，防水效果明显等优点，取得了不错的效果，对类似工程的设计具有很好的借鉴作用。

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