小直径钢管灌注排桩在路基防护中的施工及应用

发表时间:2016/1/26   来源:《工程建设标准化》2015年11月供稿   作者:鲁翼
[导读] 四川路桥华东建设有限责任公司 成灌铁路跨线桥为成都第二绕城高速公路主线上跨成灌快铁(已建成通车),主桥为转体施工,单墩荷载超过20000t。

鲁  翼
  (四川路桥华东建设有限责任公司,610299)
  【摘  要】本文着重介绍了成都第二绕城高速公路成灌铁路跨线桥铁路路基防护施工控制,本桥采用的φ114×25mm无缝钢管梅花状布置,单根深度30m。由于本工程高铁路基允许沉降要求高,地质条件特殊,防护深度大,对类似防护工程提供了一种新的思路和相应的施工工艺。
  【关键词】小直径;钢管灌注排桩;路基防护;施工应用
  一、工程情况
  成灌铁路跨线桥为成都第二绕城高速公路主线上跨成灌快铁(已建成通车),主桥为转体施工,单墩荷载超过20000t。由于跨越处位于成灌快铁路基边缘,二绕高速施工及运营阶段对铁路路基会产生一定的影响,设计考虑采用小直径钢管灌注桩对铁路路基进行防护处理。工程设计为沿铁路路基两侧各布置长80m宽1m深30m的钢管桩防护带共1204根,采用φ114mm×25mm无缝钢管按等腰三角形布置,横、竖向间距均为40cm。钢管桩桩身设直径φ15mm的开孔,按竖向间距20cm,120?螺旋布设,每施工完一孔采用M30水泥砂浆注浆以确保钢管桩与周边连接紧密。

  成灌高铁路基钢管灌注排桩布置图
  二、对铁路地基影响分析情况
  本工程对成灌高铁影响较大的是右线第37#、左线第40#主墩中心线所在断面(分别为A-A断面、B-B断面),两断面里程相差15.29m。断面路基填高5.22m,路堤顶面13.4m,坡率1:1.5,左线中心与右线中心相隔4.4m,松软土(粉质粘土)5m,稍密卵石土4.8m,中密卵石土12m,密实卵石土(见图2)。

  A-A断面(DK22+984.93)                                   B-B断面(DK22+969.64)
  成灌高铁路基、地基断面图
  对未进行隔离处理的跨线桥基与成灌高铁路基分别进行理论计算和数值模拟计算。对于成灌高速铁路,其地基的工后沉降容许值为15mm,不均匀沉降引起的折角不能超过1‰(《高速铁路设计规范》(TB10621—2009))。不管是理论计算还是数值模拟,可知37#、40#主墩使得路基产生的附加沉降均在5mm以上,最大值在8mm左右,加上已产生的路基工后沉降,增加了高铁路基总的工后沉降,对于工后沉降要求极为严格的高铁路堤将产生很大的影响。在跨线桥桥墩承台与成灌线路基之间采用小直径钢管灌注桩法进行地基隔离加固处理,可将成灌线路基处附加沉降控制在4.5mm以内,使得此处成灌高铁路基的工后沉降满足规范要求(《高速铁路设计规范》(TB10621—2009)要求不得大于15mm);将不均匀沉降产生的路基折角由处理前的0.3‰降低到0.07‰(《高速铁路设计规范》(TB10621—2009)要求不得大于1‰),避免差异沉降给成灌高铁带来的危害;还可将路基产生的水平附加位移控制在0.80mm以内,最大水平附加拉应力减小到8KPa,比未处理时减小近一半,有效避免了路基产生横向拉张滑移或隆起。
  三、施工工艺及关键技术
  本工程综合考虑地质情况及工程工期要求和现场施工环境,采用HM90液压潜孔锤钻机钻孔,钻孔直径150mm。该钻孔采用跟管钻进(套管在下钢管后用拔管机拔出),并且利用空压机产生的高压空气进行排渣,直至钻孔达到设计深度。该工艺具有成孔快,对周边地基影响小,成孔质量好等特点。灌浆用3SNS泵采用孔底反向注浆的方式,浆液从注浆管向内灌入,即是将注浆管插至距孔底5-10cm的位置,使砂浆至孔底进入,从灌浆管底部上返至孔口,气体随浆液直接排出。
  钢管桩沿成灌高铁两侧布置3排,纵、横向间距0.4m,共1204根桩。钢管桩钻孔为φ150mm的垂直向下孔,成孔孔径不得小于设计值的101%。成孔过程中,应匀速钻进,严格控制钻孔速度,以防止钻孔弯曲和变形,造成钢管下孔困难。钻孔时应用压缩空气排渣。为减小钻孔和钢管下孔施工过程中对土体的扰动和邻孔干扰,钻孔应彩跳孔施工。钻进达到设计深度后,不得立即停钻,必须在停止进尺的情况下,稳钻1~2分钟,以保证孔深、孔径和孔内的干净。
  本工程采用的是7.5m长的无缝钢管,钢管下孔前在管壁上钻好注浆孔外,还应在钢管外壁涂抹润滑油,以方便钢管入孔。钢管连接采用φ60mm×8mm的钢管作接长钢管,总长1.2m。接长钢管内套于两根φ114mm×25mm无缝钢管之间,两头搭接长度60cm,并与φ114mm×25mm焊接,中央采用拉通焊接,两头采用120?成孔后焊接。为确保焊接牢固,焊接必须严格遵循相应的焊接技术规范,并保证焊疤不突出管壁,以防止下管困难。
  本工程由于地质多为卵石土,地下水系发育,在实际灌浆施工时砂浆随地下水流失较多不易灌注饱满。在施工中采用分层多次灌注的方式,即灌浆时先将注浆管深入至距孔底5-10cm位置开始灌浆,灌注一定量的浆液后拔出注浆管进行下一孔道的注浆至该批次注浆全部完成,约5小时后重新下插注浆管,同样下插至距初次压浆面(通过抽拔注浆管明显感觉出初次压浆面位置)约5-10cm位置,开始灌浆。以此重复至管顶冒出浓浆。经施工完成后开仓检查,周边地质与钢管桩板结情况良好,达到预期效果。

  灌浆3天后开仓检查情况
  四、实际应用
  通过成灌铁路及钢管桩设置的位移及沉降监测点,监测钢管桩及铁路路基的变形过程,变形深度以及最大变形量,以评价钢管桩的防护效果。本工程从施工开始至今约14个月,监测数据显示实际工况下铁路地基及钢管桩位移情况均小于理论计算和数值模拟计算,防护效果明显。近年来,随着城市房屋建设、公路、铁路的迅速发展,在已有建筑附近新建建筑物的情况越来越普遍,由此造成已有建筑物附加沉降及不均匀沉降,影响正常使用,特别是对于沉降要求严格的建筑物如高速铁路等。如何分析新建建筑物对已有建筑物的附加沉降影响(影响范围、影响大小等)和提出切实有效的防护措施具有实用意义,而目前相关研究及成套工艺相对较少,本文以成灌铁路的施工实例为类似工程提供参考和借鉴。
  参考文献:
  [1]成都第二绕城高速公路成灌铁路跨线桥设计文件.南京:江苏省交通规划设计院
  [2]桥涵施工技术规范JTG/TF50- 2011.北京:人民交通出版社
  [3]公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63-2007.北京:人民交通出版社
  作者简介:
  鲁翼,男,籍贯四川省达州市,四川路桥华东建设有限责任公司职员,本文研究方向为防护桩施工技术及应用。

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