淺談化學(xué)灌漿DCG工法在下穿鐵路砼框架橋沉陷糾偏中的應(yīng)用

張　華　陸運(yùn)高　黃　華　周　德　皮有良（南寧鐵路局工程管理所，廣西 南寧 530000）

淺談化學(xué)灌漿DCG工法在下穿鐵路砼框架橋沉陷糾偏中的應(yīng)用

張華陸運(yùn)高黃華周德皮有良
（南寧鐵路局工程管理所，廣西 南寧 530000）

本文針對(duì)玉林至鐵山港高速公路下穿益湛線鐵路的砼框架橋出現(xiàn)下沉偏斜的現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程、水文地質(zhì)及地形地貌實(shí)際，對(duì)該砼框架下沉產(chǎn)生的原因進(jìn)行科學(xué)分析，在確保既有鐵路運(yùn)行安全的前提下，提出并采取化學(xué)灌漿DCG工法進(jìn)行糾偏和抬升整治，實(shí)現(xiàn)砼框架橋的抬升和糾偏，滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

化學(xué)灌漿；DCG工法；糾偏；抬升

當(dāng)前，隨著國(guó)家對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的大力投入，公路與鐵路之間相互交叉穿（跨）越的現(xiàn)象越發(fā)頻繁。對(duì)于新建道路穿越既有鐵路，為最大限度減少公路施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，通常在二者交叉部位采用頂進(jìn)框架橋的工藝施工。該方法雖然對(duì)既有鐵路行車運(yùn)營(yíng)影響較小，但由于受行車干擾影響，設(shè)計(jì)難以查明既有鐵路路基下設(shè)計(jì)框架位置處的工程﹑水文地質(zhì)，導(dǎo)致框架橋施工過(guò)程中或工后出現(xiàn)扎頭﹑不均勻沉陷等病害時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的功能與安全使用。因此，研究解決下穿鐵路框架橋沉陷糾偏技術(shù)，具有較大的技術(shù)價(jià)值和較好的社會(huì)效益?，F(xiàn)結(jié)合玉林至鐵山港高速公路下穿益湛鐵路砼框架橋下沉的工程實(shí)例，就化學(xué)灌漿DCG工法在下穿鐵路砼框架橋沉陷整治中的施工方法﹑工藝效果等進(jìn)行分析探討，以期為類似工程處理提供有價(jià)值的參考案例。

1 工程概況

玉林至鐵山港高速公路主線下穿益湛鐵路（鐵路里程K877+440.43）處的框架橋采用頂進(jìn)法施工，頂進(jìn)到位后確認(rèn)框架橋體出現(xiàn)不均勻沉降，最大沉降量為580mm，兩端四個(gè)角沉降差達(dá)300mm。該病害的存在，無(wú)法滿足高速公路通行凈高的要求，直接影響了立交橋的正常使用，對(duì)高速公路和鐵路運(yùn)營(yíng)都是嚴(yán)重的安全隱患。因此，為使框架橋恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的標(biāo)高，必須對(duì)其采取補(bǔ)救施工，進(jìn)行緊急加固與抬升處理。

經(jīng)勘查，本工程鐵路兩側(cè)相關(guān)地質(zhì)條件如下：

（1）工程地質(zhì)條件。第四系人工堆積層（Qml）：鐵路路基填筑土，層厚約5m，灰黑色，為灰?guī)r片石填筑，下部黃褐色，由粉質(zhì)黏土及粒徑2cm～5cm的碎石組成，底部黑色，由粉質(zhì)黏土組成；第四系沖積﹑殘積層（Qal+el）：層厚約8m，粉質(zhì)黏土為主，局部為中砂，灰白色，飽和，可塑，刀切面不光滑，手捻有砂感。中砂，黃褐色，飽和，稍密，磨圓度一般，含10%的白云質(zhì)灰?guī)r。粉質(zhì)黏土，黃褐色，紅褐色，棕褐色夾淺黃色，稍濕-飽和，可-硬塑，偶夾少量巖石碎塊，部分手可捏碎；基巖，為泥盆系下統(tǒng)地層（D1），巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。

（2）水文地質(zhì)條件。該段路基下臥較厚的強(qiáng)風(fēng)化層，且常年地下水豐富，土層經(jīng)開(kāi)挖孔樁施工的擾動(dòng)后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到支撐重達(dá)2500多噸框架橋的承載力要求。

圖1

2 整治施工過(guò)程

2.1整治方案

綜合分析橋址處的工程水文地質(zhì)以及框架橋下沉特征，經(jīng)多方案比選與論證，決定采用化學(xué)灌漿DCG工法分兩步進(jìn)行：

一是對(duì)擬抬升框架橋處的鐵路線路進(jìn)行架空及對(duì)砼框架橋處的地基進(jìn)行加固；

二是對(duì)框架橋進(jìn)行抬升與糾偏。加固方法為采用兩排C30鋼筋混凝土樁作支墩（沿鐵路方向間距為6m，左右對(duì)應(yīng)兩側(cè)支承樁距離為11.2m，直徑1.5m樁長(zhǎng)17m，樁底均嵌入基巖），結(jié)合工字鋼縱挑橫抬梁對(duì)鐵路線路進(jìn)行加固與架空。橫抬梁采用I55b工字鋼，兩根一束，沿鐵路中心線方向間距為0.7m；縱梁采用I55b工字鋼，跨度不大于6.0m的采用4根一束，兩端邊跨跨度大于6.0m（7.3 m至9.5 m不等）的采用5根一束。施工期間，要求列車慢行通過(guò)，速度不大于45km/h。框架范圍兩側(cè)N1～N6﹑N9～N14號(hào)樁采用D1.5m鉆孔樁，鉆孔樁采用I55b工字鋼進(jìn)行剛性聯(lián)結(jié)?？蚣芊秶饴坊螻7與N8號(hào)樁采用D1.5m人工挖孔樁。

2.2鐵路線路加固處理

2.2.1樁基布孔線路加固圖如圖1所示。

2.2.2鐵路線路扣軌圖如圖2所示。

2.3化學(xué)灌漿施工

2.3.1 框架橋基礎(chǔ)外圍加固

首先，在框架橋基礎(chǔ)外4m范圍內(nèi)的路基進(jìn)行帷幕式灌漿加固處理?？蚣軜虻装逄幫翆榆浫?，僅通過(guò)壓水沖孔就可以輕易地直接將灌漿管插入土層9m。灌漿開(kāi)始后，很快就可以看到灌漿孔周圍由近及遠(yuǎn)地冒出由清晰到渾濁的地下水，隨著灌漿施工的有序推進(jìn)，冒水現(xiàn)象逐步消失，到最后個(gè)別孔位灌漿時(shí)，從基礎(chǔ)邊擠壓出大量的泥漿，灌漿壓力也有所提高，地面開(kāi)始隆起。這些現(xiàn)象說(shuō)明帷幕灌漿不僅隔絕地下水，還在速凝漿液的擠壓下，該段土體中豐富的地下水﹑泥漿被擠壓出灌漿地層，起到脫水?dāng)D密和置換的作用，對(duì)框架橋基礎(chǔ)底部形成較為密實(shí)的包圍圈，為下一步對(duì)框架橋基礎(chǔ)底部地基進(jìn)行灌漿加固創(chuàng)造有利的條件。

圖2

2.3.2框架橋基礎(chǔ)底部地基加固

對(duì)框架橋內(nèi)下沉量最大部位的地基進(jìn)行灌漿，除基礎(chǔ)下1m左右的深度有原施工中換填的片石外，其余層厚鉆孔進(jìn)尺速率較快，說(shuō)明該部位的確下臥軟基，這是導(dǎo)致框架橋沉陷的主要原因。為保障對(duì)框架橋均勻加固抬升時(shí)盡可能減少對(duì)臺(tái)背路基的擾動(dòng)，在基礎(chǔ)上精心布設(shè)了三排灌漿孔，并根據(jù)灌漿孔與基礎(chǔ)邊的距離來(lái)確定漿液的凝固時(shí)間，同時(shí)將各灌漿孔列分為一序孔和二序孔逐次施工。為確保灌漿操作的可控性及灌漿加固效果，灌漿過(guò)程壓力切忌過(guò)大，并結(jié)合如下要素判斷灌漿終止：

一是灌漿壓力≥1.0MPa；

二是對(duì)框架橋有抬動(dòng)；

三是出現(xiàn)明顯的串漿。

當(dāng)一序孔灌漿加固結(jié)束后，擬進(jìn)行二序孔灌漿時(shí)，監(jiān)測(cè)到框架橋已累計(jì)抬升了20mm，說(shuō)明經(jīng)過(guò)一序孔灌漿該段土體已逐漸密實(shí)，基礎(chǔ)加固效果明顯。但抬升框架橋20mm的過(guò)程中，框架橋上的鐵路線路幾何尺寸參數(shù)發(fā)生變化。為確保鐵路行車安全，決定暫時(shí)停止灌漿施工，提前進(jìn)行扣軌作業(yè)，使鐵路線路與框架橋完全脫離，并預(yù)留足夠的抬升空間，避免灌漿抬升框架橋?qū)﹁F路線路的影響。為避免注漿對(duì)上部鐵路線路的影響，在扣軌完成后及時(shí)調(diào)整了終止灌漿的兩個(gè)要素：一是灌漿壓力1.0 MPa≤P≤1.5MPa；二是保證每天框架橋單孔灌漿的抬升量不大于20mm。通過(guò)以上措施，觀測(cè)確認(rèn)注漿抬升對(duì)鐵路線路沒(méi)有產(chǎn)生明顯的影響，直至順利完成砼框架橋的基礎(chǔ)加固灌漿施工過(guò)程。

2.3.3抬升與糾偏

完成鐵路線路的扣軌加固和砼框架橋的地基加固等前期工作后，工程進(jìn)入糾偏抬升關(guān)鍵階段，要點(diǎn)如下：

（1）在原下沉量最大的北流端進(jìn)行針對(duì)性抬升，以減少沉降差。隨著灌漿抬升的有序推進(jìn)，框架橋被不斷往上抬，為避免局部抬升過(guò)大對(duì)砼框架橋結(jié)構(gòu)造成破壞，需要不斷調(diào)整注漿工藝。

（2）根據(jù)框架橋各部位不同的沉降量來(lái)設(shè)定抬升比例，及時(shí)調(diào)整孔位灌漿。由于大量速凝漿液的灌入，地基土體的密實(shí)度不斷提高，灌漿壓力也相應(yīng)增加（說(shuō)明地基的承載力增加），這時(shí)對(duì)支承樁的向外擠壓力也加大，盡管已對(duì)其中的四對(duì)樁（2#-9#﹑3#-10#﹑5#-12#﹑6#-13#）進(jìn)行剛性對(duì)拉限制，但還是造成支承樁一定的水平外移，特別是沒(méi)有做對(duì)拉的1#和4#樁，最大樁頂橫向位移達(dá)120mm。

（3）在灌漿過(guò)程中及時(shí)處理砼框架橋抬升引起的一系列問(wèn)題。為保證灌漿抬升時(shí)鐵路線路的安全，在抬升過(guò)程中，對(duì)注漿時(shí)間﹑注漿深度﹑注漿方法和護(hù)樁措施及時(shí)作出調(diào)整，主要措施如下：

一是對(duì)1#樁和4#樁補(bǔ)做剛性牽拉；

二是調(diào)整抬升時(shí)的灌漿深度，減少支承樁的受力面積；

三是考慮到對(duì)拉的橫向約束力不足，還增加了對(duì)位移量超出50mm的支承樁后土體進(jìn)行灌漿加固，以抵抗部分因框架橋抬升灌漿產(chǎn)生的向外推力，最大程度地減少支承樁的外移。四是采取對(duì)稱灌漿，列車通過(guò)時(shí)停止灌漿以及定點(diǎn)小抬升等方法，保證灌漿的過(guò)程動(dòng)態(tài)可控。

表1

3 實(shí)施效果

通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)灌漿孔位，精確調(diào)配化學(xué)漿材，及時(shí)調(diào)整注漿壓力，確保了鐵路線路正常運(yùn)行。灌漿過(guò)程對(duì)框架橋臺(tái)背的路基﹑翼墻﹑護(hù)坡等均未造成破壞，從2012年10月中旬灌漿單位進(jìn)場(chǎng)施工至11月30日，最終抬升糾偏滿足設(shè)計(jì)要求，其中北流端南側(cè)最大抬升量為780mm。抬升糾偏后的砼框架橋既滿足鐵路線路的縱坡要求，同時(shí)也符合高速公路通行凈高大于5.0m的要求。2014 年1月3日，建設(shè)單位組織施工﹑監(jiān)理單位對(duì)糾偏和抬升后運(yùn)營(yíng)13個(gè)月的框架橋頂面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，所測(cè)結(jié)果與2012年11月30日測(cè)量結(jié)果一致，說(shuō)明采取DCG工法化學(xué)灌漿后的地基非常穩(wěn)固。

4 體會(huì)

（1）DCG 工法作為一種對(duì)在建構(gòu)筑物糾偏﹑抬升方面應(yīng)用比較成熟的施工方法，早在二十世紀(jì)九十年代，就在高速公路的結(jié)構(gòu)加固﹑糾偏﹑復(fù)位工程中得到廣泛應(yīng)用，工程效果好評(píng)如潮。本工程通過(guò)運(yùn)用該技術(shù)對(duì)玉林至鐵山港高速公路下穿益湛鐵路框架橋進(jìn)行加固﹑糾偏與抬升，解決了以往頂進(jìn)法施工的框架橋難以糾偏的難題，為類似的下穿鐵路框架橋工程的糾偏提供借鑒，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。

（2）DCG工法在下穿鐵路框架橋糾偏整治中的應(yīng)用存在一定的局限性，一般只針對(duì)單線鐵路頂進(jìn)法施工的框架橋進(jìn)行糾偏，且架空鐵路進(jìn)行框架橋糾偏的造價(jià)較高。為此，建議施工單位在進(jìn)行支承樁樁孔人工開(kāi)挖時(shí)，須逐樁詳細(xì)記錄工程水文地質(zhì)情況，特別是設(shè)計(jì)框架底板標(biāo)高以下的地質(zhì)情況，一旦發(fā)現(xiàn)地基承載力不符合設(shè)計(jì)要求，及時(shí)采取切實(shí)可行的地基加固及防止框架扎頭措施，確保頂進(jìn)框架施工質(zhì)量。

（3）從頂進(jìn)結(jié)構(gòu)受力分析可知，覆土頂進(jìn)時(shí)，頂進(jìn)框架有向上抬頭的趨勢(shì)；挖空頂進(jìn)時(shí)，頂進(jìn)框架有向下扎頭的趨勢(shì)。根據(jù)《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10415-2003），框架橋涵頂進(jìn)就位后，其高程允許偏差為頂程的1%且抬頭不大于150mm，扎頭小不大于200mm。為此，若確定按挖空頂進(jìn)實(shí)施，建議施工單位在預(yù)制框架時(shí)，將滑板標(biāo)高預(yù)抬升100mm至150mm。

（4）當(dāng)?shù)匦螚l件允許，在確保鐵路道床厚度及頂進(jìn)允許偏差的前提下，建議設(shè)計(jì)時(shí)加大下穿鐵路框架的設(shè)計(jì)凈高，以防止因施工偏差超限而導(dǎo)致的公路通行凈高不足。

[1]鄧敬森．原位化學(xué)灌漿加固技術(shù)（第1版）[M]．中國(guó)水利水電出版社，2011．[2]蔣碩忠，鄧敬森．中國(guó)化學(xué)灌漿的現(xiàn)狀與未來(lái)[M]．武漢：長(zhǎng)江出版社，2005．[3]馬乃富．淺談DCG工法在平鐘高速路基沉陷處理工程的應(yīng)用[J]．科學(xué)之友，2010（04）：15-16．

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