软土地段邻近既有铁路深基坑支护关键技术研究

胡博

（中铁九局集团第四工程有限公司，辽宁沈阳110000）

0 引言

软土路基是一种特殊地区路基，是较为常见的施工地段，需要特殊设计处理，具有含水量大、渗透性差、天然强度低和压缩性高等特征，如果超过临界高度，地基就会失去稳定。我国铁路行业规范对软土地基定义为强度低、压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。软土的成因，一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质，多分布在海滨，湖滨，河流沿岸等地势低洼地带，地表常年潮湿或积水，地表往往有大量吸水植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的有机物。对于软土地基，应根据软土、淤泥的物理力学性质、埋层深度、路堤高度、材料场地情况进行处理。如在软土地段不能采用良好的深基坑支护方法保障基坑安全，势必对临近既有铁路运输造成一定影响。

1 铁路深基坑支护类型

由于地质条件等因素的影响，铁路基坑的支护形式也是千差万别，各种支护方式的优点和适用范围也不一样，因此，在使用支护方式和方法时，要根据具体的地质条件、水文条件、基坑周围的地质及施工条件等各种因素进行选择。在相同的深基坑工程中，不同的支护结构形式，对不同的材料性能有很大的影响，从而影响到其经济效益。因此，在支护结构的选取上，必须考虑基坑深度、侧壁安全等级、水文地质条件、周边环境复杂、施工条件等因素，合理选取符合条件的护坡形式，常见的基坑支护方法有以下几种。

1.1 放坡开挖

放坡开挖泛指根据有关规定，在不设置围护结构的基础上，仅在已有的放坡范围内（基坑周围），有足够的场地、地质土质良好的浅基坑，在场地条件允许且经验计算能确保其稳定的情况下，可以采取放坡法。由于施工方便、施工速度快及造价经济合理，可以在没有障碍物的条件下进行施工，坡面必须采用相应的保护措施，避免因降雨造成的滑坡，降低雨水渗透对边坡的影响。

1.2 内支撑支护结构

内支撑支护结构包括内部支撑体系和支护结构，它通过支护结构的作用来承受水平方向的水、土压力，从而避免地基发生侧向崩塌，保证基坑的稳定。内支撑支护可应用于不同深度、不同土质的基坑，在设计中采用严格的控制变形，对开挖人员和建筑物的安全起到很好的作用，但混凝土内支撑结构施工工期长，拆除工作量大，支护体系需占用基坑内的空间，其布置应考虑后续施工的方便。

1.3 地下连续墙支护结构

在地下连续墙的施工中，需要使用特殊的挖槽装置，根据测量放样及已划分的槽段，在周围挖出一条沟，每条沟的长度通常在4～6m 左右，并在需要时使用搅拌桩进行加固，具有良好的耐久性，适合于大部分的土层，土层中有孤石、大颗粒卵石、砾石等障碍，其成槽效率较低。

1.4 拉锚式支护结构

拉锚式支护结构包括铁路深基坑支护和锚杆系统。在铁路深基坑工程中，一般采用的是地下连续墙或排桩墙，其锚固系统可分为地表锚索和锚索两类。由于地面拉锚式支护结构需要足够的空间来布置锚杆等锚固件，因此在施工场地紧张的情况下会受到限制，而锚杆式结构的基础土体对锚杆的锚固力要求更高。拉锚式支护一般用于砂土、粉土、硬塑至硬质的基层或岩石层，因为锚固要求基础土能提供更大的锚固力，故应谨慎采用。

1.5 排桩支护结构

排桩是一种在基坑周边按一定的桩型排列组合而成的铁路深基坑支护结构，对于工程中不能放坡或因场地的限制而不能使用搅拌桩支护时，在6～10m深的基坑内，适合基坑侧墙1、2、3 级基坑，并广泛应用于边坡加固、铁路深基坑支护、坝基稳定、滑坡整治等领域。排桩的支护方式有钻孔灌注桩、预制钢筋混凝土板桩、人工挖孔桩、钢板桩等。

1.6 钢板桩支护结构

钢板桩支护结构是以钢板桩为基础，采用钢板桩作为支撑，以其本身的形状对地基进行加固，起到了很好的阻水作用。钢板桩支撑结构是一种应用于8m深的软土地基，在工程完成后可以将钢板桩从地基中取出，从而达到回收再利用的目的，节约了投资和时间。同时，在工程施工中，还要考虑到钢板的拔除对周围的土体和地面土的影响，因此会产生很大的噪音，并会对周围居民的生活产生一定的影响。目前，钢板桩的常用截面形式有U 形、Z 形、直腹板三种。

2 工程概况

2.1 工程介绍

成昆铁路项目工程中的西昌西站站前广场进出站道路配套工程毗邻铁路，在工程现场勘测深度范围内，所有的地基土壤都属于第四系的疏松沉积。根据地质时代、地层名称、层厚、层底标高、土层描述等进行地层特性描述，如表1所示。在该项目勘察阶段，已完成的技术钻孔最大深度为75m。

表1 地层特性表

2.2 施工工艺流程

该工程具体施工工艺流程见图1。

从工程流程图1 中可以看到，工程的主要内容是基坑支护、开挖、管桩等，从而达到较好的支护效果，是软土地段治理的重要技术环节。在深基坑开挖过程中，必须克服基坑开挖深度大、外侧水位浅、围护安全稳定性高、施工安全风险高的问题[1]。针对上述难点，在理正深基坑计算软件的基础上，结合基坑设计图纸、设计基底标高、地质、水文资料以及同类工程的施工经验，结合理正深基坑计算软件[2]，对基坑整体稳定性、抗倾覆、抗隆起、管涌进行验算，最后通过对基坑加固的个别检算，最终确定采取二级放坡+拉森Ⅳ型钢板桩+钻孔桩（营业线侧）的支护方式[3]，严格监督施工方案的执行，尤其是在深基坑附近既有铁路侧路基沉降、位移观测工作，确保深基坑施工在可控范围内进行，如果出现变形超限的情况，要有相应预案确保补强措施的及时应用[4]。

图1 施工工艺流程图

3 邻近既有铁路软土深基坑支护施工方案

基坑最大开挖深度为9.152m，在管桩施工完毕后，进行基坑支护，采用二级放坡+拉森Ⅳ钢板桩+钻孔桩（业务线一侧），在封底混凝土浇筑之前，基坑的开挖深度分别为5.6m 和9.152m，施工后为5.1m 和8.652m；钢板桩在距离框架本体2m 处插入，钢板桩的平面尺寸为52.5m×118.2m。整个基坑支护工程对钢板桩的要求很高，一方面钢板桩的尺寸要满足工程的要求，而且要均匀地布置在平面上，不能有任何不规则的角度；另一方面，还要保证在施工时，支架不会受到撞击和任意的切割而损坏。在施工过程中，应注意钢板桩的变形，其允许的施工误差见表2[6]。

表2 钢板桩施工允许偏差值

在进行钢板桩施工过程中，要对其进行动态监控，特别是在钢板桩倾斜超过2% 时，或有较大的倾斜，必须立即将其拉出，继而再进行施工。

3.1 软土地段铁路深基坑钢支撑安装

该工程中，钢板桩的支护结构比二级斜坡高0.5m，在基坑周围布置，距离框架边线2m 处，并设有内支撑；内支撑的安装包括牛腿、对口撑、围檩、竖向支撑、角撑等，牛腿安装中使用的三角板必须焊接在钢板桩上，并控制焊缝间隙，间距为3m，牛腿的安装高度要在试样后确定，为保证受力均匀，整体牛腿的安装高度必须是一致的。

围梁的安装应采用起重设备，在牛腿支架上分段吊挂，该项目的围梁采用H400×400×13×21mm 的双拼式，焊接时长度要与钢板桩的长度一致[7]。接缝必须是全焊，并应使用与翼缘板相同厚度的钢板，焊接点应在H 形钢腹板和翼缘板周围，并在横向支撑处进行焊接。施工中存在的孔洞大是普遍存在的问题，在这一工程中也是如此，为保证结构紧密，并填满裂缝，一般采用C30 细石混凝土[8]。用Φ609×10mm 的钢管栓接，在横向支撑端H 形钢腹板的左右两侧，用H 形钢翼缘板等厚度的三角形钢板与桁架间的帮焊卡位。在此基础上，采用¢8 钢丝绳抱箍，以改善内支承的安全稳定性。垂直支承采用Φ500×10mm 的钢管，并配合使用2.5m 的水平支承[9]。

为增强支承作用，该项目采用3 根钢管，每隔13.69m。垂直和横向支承的交接部位，应该采用与H型钢翼缘板相同厚度的钢板作为支架，以增加稳定性。角撑虽然很小，但对钢板桩的稳定起到很大的作用，该项目的角撑采用φ609×10mm 的钢管，将帮焊卡位设在角撑端和横梁之间，选用的材料是一种厚实的三角钢板，并在翼板的两边焊接三角形的限位钢板。

3.2 邻近既有铁路侧增设钻孔灌注桩桩排支护方案

为改善既有铁路侧向基坑边坡的稳定性，保证线路的正常运营，在相邻线区间内设置一排49 个钻孔桩，桩径Φ1.0m，长度24m，桩心间距1.2m，钻孔桩与既有线线路中心线的距离为8.1～13.59m；钻孔桩采用正循环钻机成孔，下钢筋笼灌注混凝土而成。

3.3 既有铁路沉降位移观测

在该工程中，对相应区间的已建铁路路肩进行监测，监测区间相隔5m，共设12 个检测点。将直径30mm、长度150cm、顶部光滑的钢筋插入土壤中，继而在桩周边30cm 处浇筑混凝土，并进行编号。路基监控桩头为半圆形，高度超过埋深5mm，并在上面刻画十字，并进行防锈处理。埋好后，按照二等水准基准，利用电子水准仪对桩顶的标高进行测量，并以此为起始读数。安装完毕后，应对各部件的初始读数进行检测，同时，从框架桥施工开始到框架桥完成基坑开挖后3 个多月，根据已建铁路路基的沉降位移监测资料进行分析，以此保障基坑支护的可靠性。

4 结语

综上所述，软土地段因其特殊性极大程度上加剧了施工的不稳定性，如处理不当会对整体施工造成不同程度的影响。据此，在软土地段邻近既有铁路深基坑支护施工中应结合实际情况，做好关键技术分析论证，以此保障铁路建设施工安全的稳定性。