復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路路基人工挖孔樁施工技術(shù)

王樹峰，龔 政，閆學(xué)沖，譚鑫亮，劉鑫章

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

隨著城市化進(jìn)程的加快，越來越多的市政道路需要穿越鐵路，在市政道路施工時(shí)由于鐵路運(yùn)輸保通需要而對鐵路進(jìn)行架空保護(hù)，但多數(shù)位于城區(qū)的鐵路周邊環(huán)境復(fù)雜，施工難度很大。為了盡量減少對鐵路運(yùn)行的影響，符合鐵路部門相關(guān)文件要求，鐵路架空保護(hù)支護(hù)樁常常采用人工挖孔施工。

1 工程概況

十堰市林蔭大道3 號(hào)線下穿東風(fēng)鐵路通道工程位于十堰市武當(dāng)路美地天城小區(qū)旁，是林蔭大道3 號(hào)線道路工程的控制性工程，其貫通可有效打通武當(dāng)路到重慶路的交通壁壘，對完善十堰市城區(qū)路網(wǎng)建設(shè)具有十分重要的意義。

根據(jù)地勘情況，下穿鐵路通道附近地勘孔鉆至61m 深，未遇中風(fēng)化及高強(qiáng)度巖層，主要由兩層組成：第一層為雜填土，層厚約8.5～15.5m，主要是開山碎巖塊、巖屑、巖粉及粘性土等；第二層為強(qiáng)風(fēng)化絹云母石英片巖層，主要礦物成分為石英、鈉長石和絹云母，巖體組織結(jié)構(gòu)基本破壞，完整性差，巖體破碎，巖芯主要為針狀巖渣，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V 級，局部夾中分化薄層。未見明顯地下水和暗河。工程地質(zhì)剖面如圖1 所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

由于設(shè)計(jì)支護(hù)樁位于鐵路軌道旁，受鐵路安全限界的要求，其地勘孔未與支護(hù)樁設(shè)計(jì)位置重合，全部在設(shè)計(jì)位置2m 以外，根據(jù)十堰復(fù)雜多變的地質(zhì)情況以及歷史經(jīng)驗(yàn)，以上地勘結(jié)果僅作為參考。

另外通過現(xiàn)場查看，在鐵路路基下方有一橫穿鐵路路基的現(xiàn)狀混凝土涵洞，經(jīng)測量復(fù)核發(fā)現(xiàn)，該涵洞位于通道底板以下，但平面位置與支護(hù)樁3-1、3-2 略有沖突，將對該兩根樁的施工產(chǎn)生一定影響。

如圖2 所示，下穿通道主體結(jié)構(gòu)縱向全長21.6m，橫向由2 個(gè)獨(dú)立的、平行的鋼筋混凝土閉合式框架結(jié)構(gòu)組成，兩箱凈距為0.04m，每個(gè)箱涵寬14.75m，頂?shù)装搴?.0m，側(cè)墻厚0.9m，框架凈高10m，通道頂部覆土約1～2m，鐵路位于覆土層上。

圖2 通道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

由于設(shè)計(jì)采用通道下穿鐵路的方式，其通道主體結(jié)構(gòu)采用原位現(xiàn)澆，在施工時(shí)需首先對鐵路進(jìn)行架空保護(hù)。架空保護(hù)采用位于鐵路附近的10根支護(hù)樁作支撐，8 道鐵路保護(hù)專用D 便梁位于支護(hù)樁頂，以承托列車和軌道的荷載，這樣就直接將其荷載傳遞至通道底板以下的地基，為通道現(xiàn)澆施工創(chuàng)造了工作條件。其支護(hù)樁采用鋼筋混凝土實(shí)心方樁，設(shè)計(jì)尺寸為1.5m×1.5m，樁長為18～28m，共5 排合計(jì)10 根，即每排兩根，同時(shí)為增大樁底的承載力，在樁基底部設(shè)計(jì)了擴(kuò)大頭，最大直徑2.8m，深度2.65m。布置如圖3 所示。

圖3 通道支護(hù)設(shè)計(jì)立面圖和平面圖

2 主要施工工藝

2.1 普通人工挖土

對于表層雜填土，多是鐵路路基建設(shè)時(shí)期的回填土，土質(zhì)較均一，開挖較容易，采用常規(guī)的普通人工挖土施工工藝即可滿足要求。

具體工藝流程如圖4 所示。

圖4 施工流程圖

首先在樁位中心點(diǎn)處放出位置，確定首節(jié)樁孔截面的尺寸，撒石灰線作為樁孔開挖尺寸線。樁孔開挖采用從上至下分節(jié)挖土法，先挖出樁孔的中心部分，再擴(kuò)散到周邊普通土層，每節(jié)挖土1m，人工手持鐵鍬逐層挖掘。鐵鍬鏟土裝入吊桶，用卷揚(yáng)機(jī)提升機(jī)提升至地面，至地面后用裝載機(jī)鏟運(yùn)至附近的堆土位置做后期填土用。

待樁孔每開挖到1m 后，清理孔壁，校核垂直度以及樁孔尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙以及技術(shù)交底要求進(jìn)行護(hù)壁鋼筋綁扎，主筋采用螺紋C20mm，箍筋采用?8mm。第一節(jié)護(hù)壁高出地面30cm，防止水和雜物掉入孔內(nèi)傷人。護(hù)壁模板采用木模，護(hù)壁混凝土采用C25，厚度20cm，振搗密實(shí)。待達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除模板，進(jìn)行下一節(jié)開挖，循環(huán)作業(yè)。

該方法為常規(guī)施工工藝，適用于無地下水的雜填土層，操作簡單，無需特殊工具，且效率高。

2.2 超前支護(hù)護(hù)壁

在施工支護(hù)樁2-1、2-2 時(shí)，當(dāng)挖至約7m 處出現(xiàn)流動(dòng)性極強(qiáng)的淤泥（流泥），詢問得知修建該鐵路前此處有一河流，據(jù)此推斷該流泥與該河道多年沉積淤泥有關(guān)，通過挖孔發(fā)現(xiàn)該處流泥穩(wěn)定性極差，護(hù)壁極易垮塌，按普通人工挖土施工方法已不可行。

針對該情況，項(xiàng)目研究確定了“超前支護(hù)，短掘進(jìn)，強(qiáng)護(hù)壁”的施工方法。具體工藝流程為：采用袋裝粘土封堵→護(hù)壁斜插鋼筋→護(hù)壁調(diào)整施工→澆筑混凝土→拆模下挖。

當(dāng)遇到流泥時(shí)，首先擴(kuò)大孔徑并采取袋裝粘土對流泥進(jìn)行封堵，同步沿護(hù)壁內(nèi)側(cè)斜向插入直徑16mm、長2.5m 的鋼筋以固定粘土袋和附近土層，其次將護(hù)壁節(jié)段調(diào)整至0.4m，厚度調(diào)整至0.5m，進(jìn)一步降低了側(cè)壁垮塌的風(fēng)險(xiǎn)，最后澆筑混凝土，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆模，進(jìn)行下一節(jié)段施工，循環(huán)作業(yè)，直至不出現(xiàn)流泥。流泥處理示意圖如圖5 所示。

圖5 流泥處理示意圖

本方法利用了隧道施工時(shí)超前支護(hù)的工藝原理，成功解決了流泥易造成護(hù)壁垮塌的問題，具有施工簡單、效率較高、代價(jià)較小的特點(diǎn)。

2.3 普通風(fēng)鎬鑿除

雜填土和流泥挖除都可采用常規(guī)的鐵鍬或洛陽鏟等簡單工具進(jìn)行施工，當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)化絹云母石英片巖層后，采用這些簡單工具施工已比較困難，進(jìn)而采用另外一種比較常規(guī)的風(fēng)鎬鑿除工藝進(jìn)行施工，其工藝流程與普通人工挖土類似。

具體工藝流程為：風(fēng)鎬鑿除→石方清運(yùn)→清理孔壁、校核垂直度和尺寸→綁扎護(hù)壁構(gòu)造鋼筋→安裝護(hù)壁模板→澆筑護(hù)壁混凝土→拆模下挖。

采用風(fēng)鎬鑿除的施工方法，可有效解決強(qiáng)風(fēng)化巖層石頭偏硬的問題，效率較高，這也是人工挖孔比較常規(guī)的一種方法。

2.4 水磨鉆破除既有箱涵

在人工挖孔樁中間2 根樁3-1、3-2 掘進(jìn)至約20m 時(shí)，遇到既有混凝土箱涵的側(cè)壁，通過現(xiàn)場破壁試驗(yàn)，該箱涵采用片石混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較高，采用風(fēng)鎬破除效率較低，不能滿足工期要求，按常規(guī)方法，一般采用爆破施工，但此處爆破施工存在3 個(gè)問題：①爆破手續(xù)復(fù)雜，流程長，同樣不能滿足工期要求；②該樁緊鄰鐵路軌道，采用爆破易產(chǎn)生震動(dòng)，對鐵路運(yùn)行安全產(chǎn)生影響，極難通過鐵路部門的安全許可；③該樁僅與現(xiàn)狀箱涵的部分側(cè)壁沖突，采用爆破施工極易造成該箱涵側(cè)壁的整體破壞，不僅會(huì)影響鐵路路基的安全，還會(huì)增加后續(xù)的箱涵處理流程，給該位置人工挖孔樁護(hù)壁施工也帶來一定難度。

基于以上問題，項(xiàng)目綜合比較后采用水磨鉆的施工工藝。具體工藝流程為：水磨鉆鑿除箱涵→廢棄物清運(yùn)→成孔驗(yàn)收→綁扎護(hù)壁構(gòu)造鋼筋→安裝護(hù)壁模板→澆筑護(hù)壁混凝土→拆模下挖。

水磨鉆施工采用小型電動(dòng)機(jī)，沿挖孔樁外徑成環(huán)狀布置，由外側(cè)向內(nèi)側(cè)推進(jìn)施工，將既有箱涵一步步鑿除，然后清運(yùn)廢棄物，再綁扎護(hù)壁鋼筋，進(jìn)行護(hù)壁澆筑，待強(qiáng)度達(dá)到后拆模，進(jìn)行下一節(jié)段施工，循環(huán)作業(yè)，直至穿過既有箱涵。

水磨鉆施工是人工挖孔遇堅(jiān)硬巖石不能采用爆破施工時(shí)的一種常用替代方法，相對爆破施工效率要低，但優(yōu)勢是可克服爆破施工帶來的一些不利因素，在工程量不大的情況下可優(yōu)先考慮此方法。

2.5 半支撐倒邊擴(kuò)孔

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)段挖孔結(jié)束后，需施工樁底擴(kuò)大頭，根據(jù)設(shè)計(jì)，擴(kuò)大頭全部位于強(qiáng)風(fēng)化巖層中，無護(hù)壁，若采用整體斷面垂直下挖的方式，在上部已施工護(hù)壁的豎向荷載作用下，容易壓垮底部擴(kuò)大頭的側(cè)壁，同時(shí)上方護(hù)壁也存在下滑的可能，帶來安全隱患，而且本項(xiàng)目在擴(kuò)大頭開始施工時(shí)也出現(xiàn)了側(cè)壁強(qiáng)風(fēng)化巖屑自然脫落的現(xiàn)象。為避免潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，在底部擴(kuò)大頭開挖時(shí)，項(xiàng)目上采取半支撐倒邊擴(kuò)孔施工工藝。具體工藝流程為：上方標(biāo)準(zhǔn)段完成→一半擴(kuò)大頭施工→臨時(shí)支撐→另外一半擴(kuò)大頭施工→混凝土澆筑。流程示意圖如圖6 所示。

圖6 半支撐倒邊施工流程圖

1）先開挖一邊的擴(kuò)大頭，利用擴(kuò)大頭保留部分對上部護(hù)壁形成支撐，防止上方護(hù)壁整體下滑。

2）對開挖好的擴(kuò)大頭上方護(hù)壁進(jìn)行臨時(shí)支撐：沿護(hù)壁環(huán)向每隔30cm 安裝支撐槽鋼，利用槽鋼給護(hù)壁的豎向潛在向下滑移提供反力，然后開挖第一步的擴(kuò)大頭保留部分。

本項(xiàng)目擴(kuò)大頭尺寸設(shè)計(jì)較大，側(cè)壁巖石風(fēng)化程度較高，采用該方法有效地避免了上方護(hù)壁下滑的安全風(fēng)險(xiǎn)，為擴(kuò)大頭施工提供了安全保障。

3 結(jié)語

1）臨近鐵路的人工挖孔施工風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是在地勘資料不能完全反映樁位地質(zhì)的情況下，需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況逐一出具施工對策，綜合多種方法保障人工挖孔安全正常進(jìn)行。

2）人工挖孔樁施工應(yīng)隨時(shí)注意孔內(nèi)不良地質(zhì)，如流泥等，遇到此類情況時(shí)及時(shí)處理。

3）涉鐵施工是一項(xiàng)敏感工程，施工前需與鐵路部門做好溝通，在施工工藝的選擇上需充分考慮對鐵路的影響，如避免爆破等，防止外在環(huán)境對施工的干擾。