浅谈临近既有线防护挖孔桩施工技术

1浅谈临近既有线防护挖孔桩施工技术摘要：本文以某车站旅客通道异型块施工为例，阐述了临近既有线防护挖孔桩施工技术。关键词：库仑土压力基坑防护桩1工程概况近年来，随着铁路既有线扩增的施工，邻近结构物（如涵洞接长、桥梁承台、地道施工等）对临近既有线及路基边坡影响较大，但同时对既有线路及路基边坡进行加固防护，这在铁路既有线施工中仍然是一个难点，而采用挖孔桩能够满足此类施工的需求。某车站旅客通道框架主体轨下洞身二施工，基坑开挖深度最深为7m，基坑按1:1放坡水平距离达28m。由于整个车站改造施工方案的需要，首先暂停既有6道与既有10道间的线路运营，作为施工场地。由北向南方向，左侧为既有5道，右侧围既有11道，仍处于运营状态（如下图所示）。为了施工旅客通道框架主体既有11道既有10道既有9道既有8道既有7道既有6道既有5道站台中心线轨下洞身二异型块二轨下洞身三轨下洞身二开挖及防护桩布置图注：1、本单位均以cm计；2、绿线范围为施工开挖区域，基坑坡比为1:1。3、人工防护桩桩径为1m，间距均为2.0m。轨下洞身二，如果单纯采用D型便梁对既有5道进行架空加固，开挖后线路下方路基易坍塌，难以回填密实。且由于工期较短，采用D型便梁耗时较长，成本较大。故对此方案优化，采用人工挖孔桩对该线路及其路2基进行防护。地道洞身基础置于黏土（夹园砾）层上，地震动峰值加速度0.05g，属中亚热带季风气候，年总降水量1345mm~1940mm，70%集中在4月~9月。2建立检算模型及检算条件（1）在地下固定的桩可视为刚性悬臂梁的静定结构计算，桩顶部无水平拉杆，桩底为弹性嵌固。计算图式如下：挖孔桩桩受力示意图（2）桩身设计参数：圆桩桩径1.5m，C30钢筋砼桩身，C20钢筋混凝土护壁厚20cm，桩间距2m。（3）按最不利条件检算，轨下洞身2距既有5道中心最小距离为4m，开挖高度按7m计。（4）轨下洞身2基底面以上为7米,土为硬塑黏土，查《路桥施工常用数据手册》，摩擦角为θ=35°,重度γ=18KN/m3，粘聚力c取0(KN/m2)（5）挖孔防护桩桩身范围内地质情况从上而下为粘土，其σ0=180kpa。3检算过程3.1荷载计算因既有5道还在运营使用中，路基面上承受着轨道荷载和列车的活载，若运用库仑土压力公式计算土压力，首先应将轨道和列车活载转换为与路基填料相同的土柱高度，作为外荷载，计算土压力。顺线路方向截取1.0m的路基：（1）活载纵向分布：作用于路基面上的列车活载采用“中活载”（轴重250KN，轴距1.6m）。3W1=250/1.6=156.25KN/m计。（2）活载横向分布宽度为：L=2.6+0.5×2=3.6m（自轨底起以45°扩散角传力至路基面，道床厚度为0.5m）（3）轨道恒载计算如下：60Kg/m钢轨：P=2×60=120Kg/m=1.2KN/m钢筋砼枕：1667根/Km配件：0.2KN/m碎石道床：40.2KN/m则：∑W2=1.2+2.04+0.2+40.2=43.64（KN/m）（4）换算土柱高（填料为砂性土γ=18KN/m3）h0=(W1+∑W2)/lγ=(156.25+43.64)÷(3.6×18)=3.1m地面均布荷载换算成当量土层厚度：'3.63.11.923.62.2hm（其中：4-1.3-0.5＝2.2）'71.92'1822.947hhrrh3.2桩长计算：(由已经条件根据“布氏理论”求桩的入土深度)27.0)23545(tan2aK2p35Ktan(45)3.69217180.271.92180.270.7(3.690.27)18apaeumkkr70.77.7lhum则土压力:7187.70.271.921870.27196.3/2EKNm2274.6733ahm()'(3.690.27)22.9478.45rpakkkr2266196.30.2578.457.7rEmKl3366196.34.670.15478.457.7rEanKl4由m、n值查“布氏理论曲线”表得查表得:w=0.63则:0.637.74.851xwlm理论入土深度:1.20.71.24.8516.52tuxm即桩长：H=h+t=7+6.52=13.52m（轨下洞身2实际开挖高度为6.5m，为了加大保险系数，计算采用7m）故：实际施工桩长为14m时满足防护桩的稳定性要求。3.3最大弯矩计算：'22196.32.24()(3.690.27)22.94mpaExmkkr'3max3()()6(3.690.27)22.942.24196.3(7.72.244.67)887.54.6pammkkrxMElxaKNm以上是受力面单位为1米的计算出来的弯矩,护桩所承担的受力面为2米。故：3max262887.541775.05.pammkkrxMElxakNm3.4配筋计算:5混凝土采用C30：214.3/cfNmm最大弯矩：max1775.05.MkNm桩直径采用1.5米,换算矩形边长为：0.8760.8860.87615001329bhDDmm钢筋采用HRB335,2300/yfNmm,h0—截面有效高度（mm），取1329-100=1229mm62201775.05100.06214.313291229scMafbh0.5(112)0.5(1120.062)0.968SsYa6201775.05104973.50.9683001229ssyMAmmYfh试算，取26根直径22mm钢筋。29882.6sAmm令：3009882.60.11714.31766241yscfAKfAsin2(1.25)213aKaK采用试算法求得a=0.221.2521.2520.220.81taa计算所能承受的弯矩：33max(sinsin)2sin3tcyssaaMfrafAr336maxmax20.6370.562(14.37500.6373009882.6650)/1033.141775.4.1775.05.MMKNmKNm配筋满足要求！4检算结论经检算：采用16Ф1.5C30桩长14m，桩间距2米，配置26根直径22mm的HRB335螺纹筋的钢筋混凝土人工挖孔桩，满足轨下洞身2施工。另采用直径8mm的Q235钢筋，间距200mm；每2米用16mm直径的HRB335钢筋作为钢筋笼的构造筋。5防护桩施工方法5.1施工准备6（1）开挖前探明地上地下电缆、水沟、水管、管线等障碍物，若有障碍物应及时通知设备单位进行迁改或者做防护措施。（2）充分了解施工图纸及场地的地下土质和地质资料。（3）进行桩位轴线及桩中心点测量放样，围绕桩中心点撒灰粉确定装位置。确定桩位对铁路道床无影响之后，通知监理检验桩位，合格后进行场地平整。（4）设备进场，临时设施、施工用水、用电均应按要求施工到位。（5）对准备进场的钢筋、水泥、砂、石进行见证取样，保障材料合格。5.2工艺流程测量放样—孔桩锁口开挖—护壁—摇轮架—安装吊桶—照明、通风设备、活动盖板—第一节孔桩土方开挖—钢护筒装模—护壁—逐节往下循环作业—检查验收—吊放钢筋笼—浇筑桩身混凝土—回填桩基。5.3操作工艺（1）开挖劳动组织：每孔挖进每台班需2-3人，其中井下1人、吊出渣1人，指挥纪录1人，现场安全防护员2人（监控线路两端）。周围设置围栏，警示带。为防止孔桩塌方故采取跳跃式隔孔开挖，开挖时，先挖中间部分土方，然后扩至周边。孔桩锁口应高于地面30cm左右，防止水或者杂物掉入井中。在桩口搭设摇轮架，提升弃土，人工运至指定弃土点，。挖至1m浇筑护壁，循环成孔。在挖孔桩开挖过程中采用锤球测量控制桩的垂直度，采用测绳测量控制孔深，采用小钢尺测量控制孔径，1m一测，保证挖孔桩的垂直度、孔径和深度。当桩深开挖超过10m时，采用鼓风机强制送风。如施工过程中出现渗水较大时，应设置集水坑，采用水泵进行抽水，保证施工过程中桩底不出现积水现象。（2）护壁施工每开挖1m深度后立即采用护壁进行防护，孔径成型之后，搭设钢护筒，采用方条支撑。护壁钢筋在加工厂完成制作，在桩内绑扎成型。护壁混凝土按施工配合比采用人工自拌混凝土进行现场拌制，灌注护壁混凝土时，应敲击模板或用竹竿木棒反复插捣。待护壁混凝土达到设计强度的75%后进行下一节开挖。7（3）钢筋制作由于施工场地临近既有线为电气化铁路，桩身钢筋在加工厂制作完毕后，运至施工场地，人工搬运至桩旁，单根插入，搬运过程中，安全防护员需全程监控，注意钢筋搬运时保证与高压线的安全距离，以及防止出现“红光带”等安全事故。钢筋在桩内绑扎成型，钢筋接长在孔口采用搭接焊。钢筋骨架保护层使用混凝土垫块绑扎在钢筋笼箍筋上，钢筋笼设置如上图所示。（4）混凝土浇筑在桩身钢筋安装好，监理检验合格后，将孔底积土，杂物清理干净，如有积水用泵抽干，然后进行混凝土灌注，混凝土采用C30，经串筒或导管入桩，防止砼离析。分层浇筑，插入式捣固器捣固密实。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高上超灌30cm左右。（5）回填处理防护桩浇筑完毕后，应将桩头进行处理，并对桩孔进行回填。6孔桩开挖施工应急措施（1）漏水处理1）强排：采用排水能力较大的水泵；2）堵漏：在强排的前提下，采用水泥、水玻璃封漏水通道，减少渗漏水量；3）在护壁混凝土浇筑时，适当加大水泥用量和速凝剂的掺量，提高混凝土的早期强度。随机布置排挖孔与护壁示意图集水坑φ8@200φ8@200φ8@200护壁钢筋8水孔以减小侧压力。（2）松散结构致使塌方1）缩短护壁的深度，加快支护的频率；2）在护壁边界外围，采用临时木板支撑或者钢筋网片支撑措施，增加施工安全系数。7安全防护措施（1）现场管理人员应向施工人员仔细交待挖孔桩处的地质情况和地下水情况，提出可能出现的问题和应急处理措施。要有充分的思想准备合备有充足的应急措施所用的材料、机械。制定安全措施，并要经常检查和落实，做好安全技术交底，并让施工队学习并且签名。（2）孔桩设置的防护围栏应注意摆放位置、高度，严禁侵入限界和限高。（3）孔桩作业人员必须要有类似的施工经验，身体健康，无高血压及恐高症的井下施工人员担任。孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽、安全带。孔下作业人员和孔上人员要随时保持联络，地面孔周围不得摆放易坠落伤人的物品。每工作2小时，井下人员和地面人员进行交换。（4）井下人员应注意观察孔壁变化情况，如发现塌落或护壁裂纹现象应及时采取支撑措施。如有险情，应迅速撤离，并尽快采取有效措施排除险情。（5）经常检查支架、滑轮、绳索是否牢固，下吊时要挂牢，挖出的土方应及时运离装孔口，不得堆放在孔口四周1米内。（6）料斗装料时斗内的高度必须低于料斗顶面10cm，严禁装满，防止掉渣。（7）施工照明、通风等所配电气设备应一机一闸一漏电保护器，供电线路要用三芯橡皮线，电线要架空，不得拖拽在地上，并经常检查电线和漏电保护器是否完好。（8）当天挖孔，当天浇筑护壁，人离开施工场地时，要把孔口盖好，并设立明显警戒标志。（9）要预防孔内有害气体的侵入。防护人员和检查人员下孔前10分钟把孔盖打开，如有异常气味应及时报告有关部门，进行处理之后方可作业。（10）孔内必须设置应急软爬梯，供人员上下的电葫芦、吊笼等应安全可靠并配有防坠装置，不得使用麻绳和尼龙绳或脚踏井壁凸缘上下。8安全应急措施（1）落实“安全生产、预防为主”的方针。（2）发现操作人员孔底中毒应急措施：立即用气泵将新鲜空气灌入孔桩内—抢救人员戴好防毒面具进入桩孔内救人—采用提升车将被抢救9人员吊上地面—送医院抢救。（3）操作人员发现孔底塌方应急措施：立即用提升车放入孔桩内—采用提升车将被作业人员吊到地面。9结语本工程施工时，采用挖孔桩对既有铁路及路基进行加固防护