既有高速铁路桥梁基础防护施工技术

王 健

(中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300000)

随着基建设施大规模的批准和建设，越来越多的临近、交叉、穿越施工显现，在临近交叉或者穿越施工中，怎么保证既有结构的安全是施工方案中必须关注和重视的，关于临近桥梁施工时对既有桥梁基础结构保护的案例有很多，很多从业者从中提炼了宝贵的经验数据。贾大鹏等[1]采用有限元软件分析了采用隔了措施后隧道施工对既有桥梁墩台结构的影响，结果表明隔离桩在降低既有结构变形方面效果良好。纪茜尧等[2]通过数值模拟，认为考虑到隧道结构特点，施工中采用埋入式隔离桩代替全长隔离桩具有不错的经济效益。林炳泉等[3]结合地铁线路下穿高速公路桥梁案例，模拟了隔离桩施工对既有结构的影响，表明隔离桩自身施工时对桥梁桩基产生的负摩阻力可以忽略不计。宋慧林[4]认为隔离桩保护相对于超前深孔注浆会导致桩身整体总的侧摩阻力增大。奎耀等[5]通过实际施工案例分析得出，隔离桩设置在距离隧道的位置对控制影响较大，一般距离隧道越近，效果越好。卢致强等[6]结合某施工案例，根据隔离桩加固效果和土体滑裂面的关系，建议隔离桩嵌入到滑裂面以下一定深度才能保证加固效果，通常不小于4m。王祖贤等[7]正交试验结果表明，桩长对保证隔离桩的控制效果十分关键，因此要保证桩长超过隧道底部埋深的1.2 倍。周希[8]的现场监测结果表明，隔离桩的施工对既有桥梁墩台的沉降影响最大，水平位移相对要小很多。

上述文献大多数是通过数值模拟来分析隔离桩施工对既有结构的影响，现场实际施工的数据相对较少，本文结合郑许市域铁路工程许昌段下穿郑万高铁及京广高铁，采用隔离桩法施工有效控制了既有结构的变形，对隔离桩法施工的工艺原理和施工关键工艺进行了详细阐述。

1 工程概况

如图1所示，郑许市域铁路工程许昌段DK59+765.05～DK60+149.00 为路基段施工，长383.95m，从京广高铁新许特大桥615#、616#墩之间80m 跨连续梁桥孔中穿过，与京广高铁交叉里程位于京广高铁二郎庙线路所至许昌东站区间K757+377.817～K757+457.837，交叉角度为24°。此段区间涉及路基、轨道、通信、信号、接触网、牵引变电、电力工程等，需要接触网杆组立，强弱光电缆敷设等。

图1 路基下穿京广高铁平面示意图

该段下覆地层为深厚第四系地层、地下水位较高，为控制地基施工对京广高铁既有桥墩桩基所造成的影响，在DK59+951～+971 和DK60+022～+042 段路基与既有京广高铁桥墩之间采用隔离桩进行加固，隔离桩共两排，桩长为29m，共计210 根，隔离桩外侧边缘距离既有桥墩承台外侧边缘的保护间距为1m。

2 总体施工方案

郑许市域铁路工程许昌段与郑万高铁、京广高铁交叉，以下穿路基形式从既有铁路桥梁下方穿过，路基沉降经估算分析，不满足无砟轨道路基工后沉降的设计要求，对路基地基采用U 型槽+钻孔桩桩板结构加固，对既有桥墩桩基础影响较大。为控制地基施工对高铁桥墩桩基所造成的影响，在路基与高铁桥墩中间采用隔离桩进行加固。

根据现场施工情况，考虑施工过程可能给既有结构带来的不利影响，隔离桩施作在路基两侧与贴近既有结构处的地下位置，隔离桩通过钢筋、水泥的加固可以有效行程整体性较好的隔离结构，以使得路基桩基施工时对周围土体的影响被限制在隔离结构一侧，同时承受较大的土体侧压力，可以有效限制另一侧既有结构周围土体的变形。

3 隔离桩施工技术

3.1 施工准备

1）原材料试验及设备进场：水泥采用P.O42.5 水泥，水泥进场后按照规范进行检验。由于本工程施工场地狭小，位于京广高铁特大桥下部承台1m 位置，现投入地质钻机3 台。

2）确定施工机具和配套设备：钻孔机及配套设备，机可采用YG100 型地质钻机，钻机作业高度小，满足桥下净空要求。

3）按照设计图纸，施工之前对所有桩位进行测放，复合水准基点、桩位位置等。

4）钻机就位必须铺垫平稳，垂直稳定牢固，钻头对准桩位，钻杆垂直度检查与调整。

3.2 技术要求

1）隔离桩是一种钢筋混凝土地基加固桩，采用钻机钻具取芯钻进成孔，桩内灌注C35 钢筋混凝土成桩，灌注材料采用水泥浆。

2）隔离桩共设置两排，规格采为0.25m@400。

3）隔离桩混凝土施工之前需要进行混凝土试配，混凝土配合比需要通过现场试验或试验性施工最终确定。

4）隔离桩应间隔施工，隔五打一（图2）。

图2 隔离桩施工

3.3 施工方法及施工工艺流程

隔离桩施工采用地质钻机，钻机高4m，配3.5m 长钻杆、250mm 取芯钻头，采取泥浆护臂进行保护，成桩间隔实施，隔五打一，工艺流程如图3 所示。

图3 施工工艺流程图

1）测量定位 施工定位采用全站仪进行，确定隔离桩位置后用红色油漆做醒目标志。

2）钻孔 将履带螺旋钻机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜；将钻杆抬至钻机旁，启动钻机，慢慢钻进；每钻进2m 接一次钻杆，直至得到设计有效深度。用测斜仪等检测孔深、倾角等。注浆孔应隔五打一施钻，不应全部钻完再注浆，以免孔位窜浆。

3）钢筋笼安装 钻孔完成后安装钢筋笼，钢筋笼设置采用3 根∅25 钢筋通常布置，每节钢筋笼每节长度4.5m，连接方式采用焊接。

4）注浆管安装 下完钢筋后及时安设注浆管，避免出现塌孔。注浆管采用内径3cm 的尼龙管，注浆管在桩内通长，不能存在接头。

5）注浆液配置和注浆 下放注浆管完毕后，要及时进行注浆，注浆管将注浆机和注浆管连接在一起，接口要密封连接。注浆机需装设压力表，注浆压力为0.2～0.3MPa。注浆管下至孔底后提起100mm 进行注浆，直至孔口冒出纯浆为止，然后边注浆边缓慢提起注浆管。

3.4 施工现场监测

在施工影响范围内对既有桥墩建立位移变形(横向、纵向水平位移和竖向位移)监测系统，即在既有京广高铁桥梁承台顶面四角及墩台顶部四周各布置4 个监测点，采用膨胀螺钉埋设，在影响范围之外建立基准点，采用精密水准测量、三角测量法在路基钻孔桩施工期间进行墩台横向、纵向水平位移和整向位移监测，分析路基钻孔桩施工对既有桥墩的影响。

观测期间要时刻关注墩台的累积位移，当位移达到极限值时（横向、纵向、竖向位移极限值均为2mm），应及时停止施工，并查清原因，针对超限位移原因采取针对性措施，确保墩台安全。

3.5 施工质量检测

1）施工完成后对桩间土取样进行土工试验，检测其力学指标相比隔离桩施工期的变化情况，然后做现场静力触探和标贯试验，测试隔离桩施工后的挤密加固效果。

2）桩基施工过程中，取混合料做同条件试块，按照设计图纸要求每台班做一组3 块40mm×40mm×160mm 的试块，标准养护，测定28d 抗压强度。

3）为确保工程质量，桩基施工完成28d 后需要按照图纸要求进行桩身的完整性、桩土组成的复合地基的整体性进行检测，随着隔离桩的施工，周边土体会被成装的挤压而挤密，土体强度会随之增加。

4）桩基施工7d 后，采用低应变法对桩身的完整性进行检测，检测频数不少于施工总数的10%。

4 施工效果

京广高速铁路新许特大桥监测显示，垂直累计变化最大为616 号桥墩，累计变化最大值为0.23m，水平累计变化最大为616 号桥墩，累计变化最大值为-0.29mm，满足规范规定，累计变形值与本次变形值均小于预警值。

相比原设计方案针对路基地基加固桩采取全钢护筒永久跟进设置，在桩基钻孔施工过程中利用钢护筒的刚度隔离钻孔施工对周围土体的扰动，节约成本299 万元。

5 结语

下穿既有高铁工程，对既有高铁桥墩稳定性影响最大的是桥墩周围土体开挖施工，采用隔离桩提前对土体开挖范围周边土体进行加固，确保既有高铁桥墩周边土体的稳定性，从而保证了既有桥墩的稳定。

1）设置隔离桩将路基与高铁桥梁既有桥墩分离，形成1 个有效的屏障，能有效地保护邻近既有桥墩桩基础，降低路基工程施工中对既有桥墩的影响。

2）综合考虑无砟轨道路基工后沉降的设计要求及既有高铁桥梁桥墩位移影响，合理选择设计参数，对下穿高铁段路基地基钻孔灌注桩及高铁桥梁墩台桩基进行位移计算，确保计算结果满足规范要求。

3）实时监测施工过程基础位移，分析监控数据，评估路基钻孔桩施工对既有桥墩的影响。根据评估结果进行施工工业和施工参数的调整和修正，通过监测数据的及时反馈和动态修正施工参数，可以确保施工安全、高效、快速。