高地下水位流砂地層頂進框架橋設(shè)計

李穎

摘 要：結(jié)合北海市內(nèi)澇整治（二期）工程——鐵路北側(cè)排水明渠西段II標(biāo)下穿鐵路框架橋的設(shè)計方案、施工中出現(xiàn)的一些問題及處理方案、施工運營效果，介紹了高地下水位流砂地層頂進框架橋所采用的基坑支護結(jié)構(gòu)及止水帷幕設(shè)計方案、鐵路加固人工挖孔樁施工期止水措施、頂進就位后鐵路路堤回填恢復(fù)方案及基坑止水帷幕滲水應(yīng)急處理措施，可供以后相似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：頂進 框架橋 流砂 高地下水

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0086-03

1 工程概況

北海市內(nèi)澇整治（二期）工程——鐵路北側(cè)排水明渠西段II標(biāo)下穿進港線鐵路框架橋位于北海市西藏路鐵路平交道口處，與鐵路交角為90°，交叉處鐵路里程為K2+010?？蚣軜蜷L20m，寬18m，采用2～8×4.5m雙孔連體箱式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂、底板及中墻壁厚均采用0.7m，頂板與邊墻間設(shè)1.5m×0.5m倒角，底板與邊墻間設(shè)0.3m×0.5m倒角。北海進港線鐵路為地方I級單線電氣化普速鐵路，有砟軌道，軌底距框架橋頂板覆土厚4.1m。因鐵路北側(cè)為花鳥市場及商品房，距鐵路較近，鐵路東南側(cè)為單層廠房，廠房圍墻距渠道中線14.71m，西南側(cè)立有一根墩海線高壓塔，其上設(shè)置兩條220kV同桿同塔輸電線路，距渠道中線21.3m，故將頂進工作坑設(shè)置于鐵路南側(cè)，兩側(cè)基坑對高壓塔及廠房設(shè)置支護。

2 地質(zhì)概況

鉆探揭示橋位及工作坑處地層從下至下依次分布為：素填土（約0.5m厚）、上層粉質(zhì)黏土（約4m厚）、礫砂（約5m厚）、下層粉質(zhì)粘土（約2m厚）、粗砂層。場地內(nèi)地下水為孔隙水，局部具有承壓性，承壓水頭約0.5～1m，屬中等富水，水量較豐富，水位埋深約3.5～5.0m，水位位于礫砂層。框架橋及工作坑基底位于下層粉質(zhì)粘土層上，但工作坑開挖需穿越富水礫砂層，施工需采取降水或止水措施。

3 鐵路加固方案

3.1 設(shè)計方案

為保障鐵路正常運行，框架橋施工期間采用12m+24m+12m三孔D便梁進行加固，并對鐵路限速45km/h。因便梁基礎(chǔ)距離鐵路中心線距離僅2.3m，上方為鐵路接觸網(wǎng)，無法采用鉆機機械施工，故D便梁基礎(chǔ)采用D=1.5m人工挖孔樁基礎(chǔ)，其中中跨挖孔樁樁長19m，邊跨挖孔樁樁長12m。人工挖孔樁設(shè)置15cm厚鋼筋混凝土護壁，橋址范圍地下水位較高，護壁按0.3～0.5m一節(jié)短進尺開挖。

3.2 施工效果

當(dāng)挖孔樁開挖到地面下4m左右時，出現(xiàn)嚴(yán)重流砂情況，估計流砂量每分鐘達(dá)到0.1m3，每開挖一段還沒等護壁澆筑好流砂就涌入樁孔內(nèi)，導(dǎo)致施工無法按原計劃進行。因便梁支墩只能采用人工挖孔，而場地處鐵路、建筑、管線較密集，若采用大規(guī)模降水措施容易導(dǎo)致鐵路或其他建筑物沉降，故經(jīng)研究將流砂層內(nèi)挖孔樁護壁改為打入鋼護筒形式，于鐵路行車間隙打入，有效解決了孔壁塌孔問題。

4 基坑支護方案

4.1 基坑支護方案

受渠道標(biāo)高控制，工作坑需于原地面下挖10m，其東西兩側(cè)分別為廠房及110kV高壓塔基礎(chǔ)，在預(yù)制框架結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留1m寬施工操作空間及1m寬排水溝空間后，工作坑內(nèi)側(cè)與廠房圍墻邊緣凈距僅為3.1m，與高壓塔基礎(chǔ)中心距離僅為10.6m，已無放坡開挖條件，必須按要求設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)。因工作坑附近的高壓塔為整個北海市電力供應(yīng)的主線路之一，若基坑支護結(jié)構(gòu)失效導(dǎo)致輸電桿傾斜超限，將嚴(yán)重影響北海市居民正常的生產(chǎn)生活。故支護結(jié)構(gòu)必須按安全等級一級設(shè)計，根據(jù)《建筑基坑技術(shù)規(guī)程》（JGJ-2012）的相關(guān)要求，本基坑采用排樁+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)支護（見圖1）。

排樁采用φ1.0mC30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁間距1.2m，樁頂設(shè)置C30鋼筋混凝土冠梁，冠梁內(nèi)側(cè)設(shè)置φ609mm鋼管支撐，壁厚12mm，支撐間距3m，鉆孔樁平均樁長20m。

4.2 基坑止水方案

工作坑范圍內(nèi)地下水位較高，砂層含水呈飽和狀，在人工開挖基坑深度超過地下水標(biāo)高進入砂層后，砂層里的孔隙水從基坑壁向基坑內(nèi)流出，同時帶走細(xì)顆粒的粉細(xì)砂，易形成流砂影響砂層基坑壁的穩(wěn)定。而場地處建筑物、鐵路及管線密集，無法采用大面積降水將場地地下水降至基坑底面以下。為保證施工期基坑安全，工程采用高壓旋噴樁與灌注樁咬合作為基坑止水方案。

灌注樁間設(shè)φ0.6m旋噴樁，與灌注樁共同組成止水帷幕，旋噴樁樁間距1.2m，灌注樁范圍外由旋噴樁單獨為防止頂進過程中流砂嚴(yán)重造成路基坍塌，止水帷幕范圍應(yīng)延至鐵路對側(cè)，包住頂進就位后框架橋范圍，旋噴樁應(yīng)伸入下層黏土層不小于3m。因地下水位位于地下4m左右，故鐵路道床范圍內(nèi)旋噴樁機難以施工部分，先于鐵路路基邊坡上按1.5m間距梅花狀布設(shè)注漿孔對富水砂層土體注水泥漿固結(jié)，再待D便梁加固鐵路后，開挖至砂層頂面，采用小型旋噴樁基于D便梁下方施作旋噴樁，將鐵路兩側(cè)止水帷幕連為一體。

4.3 設(shè)計預(yù)計位移

根據(jù)上述設(shè)計方案及地層特性采用理正巖土軟件對工作坑基坑穩(wěn)定進行檢算，預(yù)計工作坑最大水平位移為18.29mm，位于地表以下3.82m處，最大沉降采用拋物線法計算結(jié)果為20mm，發(fā)生于基坑邊緣7m處，如圖2所示。

4.4 施工問題

在開挖期間，西側(cè)支護樁距地面8m左右出現(xiàn)了2處滲水點，東側(cè)支護樁距地面8m左右出現(xiàn)了4處滲水點，滲水點均位于灌注樁間的旋噴樁位置。開挖至底部時，東側(cè)支護樁靠近基坑底部位置突發(fā)噴射性涌砂，導(dǎo)致靠廠房角地面出現(xiàn)一個直徑約3m，深度約3m的土坑，基坑?xùn)|側(cè)的支護樁發(fā)生位移，位移40mm，遠(yuǎn)超設(shè)計位移限值。趕赴現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)，施工單位在打設(shè)灌注樁及旋噴樁后，未施工冠梁及鋼支撐就已開挖至基坑底部。

4.5 病害原因分析

4.5.1 旋噴樁止水帷幕漏水的原因

（1）框架橋所處地層為第四系賓海沉積層，地質(zhì)復(fù)雜，砂層、黏土層的層次、層深、厚度變化大，對旋噴樁施工質(zhì)量有影響。

（2）旋噴樁較長，地質(zhì)復(fù)雜，使施工中有時難以控制旋噴樁垂直度等因素，造成旋噴樁與混凝土灌注樁未能充分咬合，導(dǎo)致止水帷幕漏水。

（3）施工單位為趕工期未按設(shè)計圖紙施作內(nèi)支撐便開始開挖至基坑底，缺少內(nèi)支撐的約束作用后，導(dǎo)致基坑圍護樁在土壓力作用下水平位移大為超過設(shè)計允許位移，加之各樁缺少樁頂冠梁的整體約束作用，水平位移不一，相互錯動，造成旋噴樁與灌注樁間出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致止水帷幕漏水。

4.5.2 地面沉陷的原因

場地地下水位較高，砂層厚度大，含水飽和。地下水在止水帷幕縫隙或裂隙處滲漏或流出，形成流水通道攜帶泥砂涌出，致使土層中形成空隙或空洞，導(dǎo)致地面塌陷。

4.6 施工補救措施

（1）馬上回填基坑至樁頂冠梁高程，防止基坑水平位移進一步擴大。

（2）及時施工樁間支撐并施加預(yù)加軸力，旋噴樁需待支撐施做完畢并施加圖紙中預(yù)加軸力后方可施工，東側(cè)基坑需待旋噴樁施工完畢后方可注漿。

（3）東側(cè)基坑外側(cè)于已施工的旋噴樁止水帷幕外側(cè)再增設(shè)一排高壓旋噴樁加強止水，樁間及樁與已施工的止水帷幕結(jié)構(gòu)間相互咬合。

（4）東側(cè)基坑于增設(shè)的旋噴樁外側(cè)已塌陷及已開裂部分土體采用水泥-水玻璃雙液注漿固結(jié)，注漿孔按間距1.5m梅花狀布置。

（5）西側(cè)基坑于滲漏點附近采用水泥-水玻璃雙液注漿固結(jié)土體，以堵住滲漏點，注漿孔按間距1.5m梅花狀布置。

5 鐵路路基恢復(fù)方案

5.1 路基恢復(fù)方案

框架橋頂進完畢后兩側(cè)超挖段鐵路路堤因鋼軌下方機械無法進入碾壓，采用常規(guī)填料難以碾壓密實，為防止因填料不密實而出現(xiàn)鐵路沉降等問題，對超挖或施工擾動部分的鐵路路堤需采用注漿加固。預(yù)制框架時，應(yīng)于邊墻及頂板預(yù)留注漿孔，注漿孔直徑為50mm，如注漿孔與框架鋼筋相碰，可適當(dāng)移動注漿孔的位置，注漿結(jié)束后用M10微膨脹水泥砂漿封堵。注漿壓力在0.3～0.5MPa之間，漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1。

5.2 施工效果

采用注漿方案恢復(fù)鐵路路堤，施工簡便，使用效果較好。本項目于2015年年底竣工，至今3年來，未見橋位附近鐵路線路出現(xiàn)沉降病害問題。

6 結(jié)語

隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，道路、排水及其他市政設(shè)施穿越鐵路工程也愈加常見，其中大部分市政工程下穿鐵路所采用的均為頂進框架橋（涵）結(jié)構(gòu)。本文介紹了濱海地區(qū)常見的高地下水位流砂地層頂進框架橋所采用的基坑支護、鐵路加固方案及工程施工中出現(xiàn)的一些問題，可供以后相似工程借鑒。

參考文獻(xiàn)

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