跨沪宁沪杭铁路桥基础施工方案

跨沪宁、沪杭铁路桥基础施工方案一、工程情况1116#墩为跨沪宁、沪杭铁路桥墩，各墩紧靠沪宁、沪杭铁路下行线，其与线路的平面位置关系参见附图。特别是1215#右墩，承台边缘已侵入铁路路基下，桩基也紧贴道碴边缘。与投标时的扩初设计相比，施工设计变更很大，主要差别为：桩基边缘与线路中心距离缩小了1.2m，从扩初设计的3.8m变为施工设计的2.6m；墩中心距线路中心距缩小了1.0m，从扩初设计的5m变为现在的4m；承台宽度也加大了0.8m，从扩初设计的3m变为现在的3.8m；桩基从60cmPHC管桩变更为80cm的钻孔桩灌注桩。最为不利的情况是沪杭下行线于5月7日提前开通，这些变化情况使得施工极其困难。现在1215#右墩与靠铁路最近的一排桩桩边缘距线路中心距为264cm，只比列车建筑限界244cm大20cm，由于钻机安置、钢筋笼吊放、钻杆接长、导管漏斗灌注水下砼等施工工序的操作必须有一定的施工范围，因而20cm的距离很难充分保证行车安全。1215#右墩承台边缘与沪杭下行线中心线距离只有224cm，再加上承台施工必须有2050cm的施工范围，则承台施工已侵到路基基床上，承台的施工已危及到路基的稳定。总之，由于桩基及承台距铁路运营线路太近，施工时必须根据各墩基础与线路中心线的不同距离而针对各墩采取不同的防范措施以及合理的施工方案才能确保列车运行及施工的安全。二、列车活载的影响范围根据中─活载求算轨底平面上的竖向活载强度q，即取一个竖向轴重纵向分布于1.5m，横向分布于枕木长度2.5m，得q=22/1.52.56t/m根据铁路活载计算的分布原则，q沿2:1坡度线向外分布,则轨底下h处的垂直压应力为qh=2.5q/(2.5+h)侧压力强度qh为:q*(2.5/(2.5+h))式中──土的侧压力系数，根据跨沪宁、沪杭铁路桥的地质报告进行计算取为0.49。2.5mqhhqh列车活载所产生土压力的计算示意图在到达一定深度,当列车活载所引起的应力qh与路基土自重所引起的应力h的比值(1/n)很小时，可以不考虑活载的影响，n一般取为1015。当n=10，影响深度h=7.7m，对应的水平距离为3.9+1.25=5.2m；当n=15，影响深度h=9.7m，对应的水平距离为5.7+1.25=7.0m。水平距离为线路中心到边缘的距离，1.25m为枕木宽度的一半。各墩承台和桩基与线路中心线的距离与影响范围的关系对照结果如下表。线路中心距承台台边距离承台顶距轨底高高差线路中心距孔桩桩边距离线路中心距影响响范围边n=10时活载载的影响深深度n=15时活载载的影响深深度列车活载对施工工的影响11#墩2.850.733.255.27.79.7较大影响12#墩左侧3.750.734.155.27.79.7有影响右侧2.240.732.645.27.79.7严重影响13#墩左侧3.750.734.155.27.79.7有影响右侧2.240.732.645.27.79.7严重影响14#墩左侧3.130.733.535.27.79.7有影响右侧2.240.732.645.27.79.7严重影响15#墩左侧3.130.733.535.27.79.7有影响右侧2.240.732.645.27.79.7严重影响16#2.930.733.335.27.79.7较大影响根据上表可以看出，11#~16#墩的钻孔灌注桩在铁路活载的影响范围内，为了保证钻孔桩的质量，施工时必须采取一定的保护措施。三、桩基施工方案(一)、临时封锁线路方案由于1215#右墩距沪杭下行线很近，桩基施工时，来自临近铁路的动载容易造成桩基塌孔或缩孔，并影响路基的稳定性。又由于桩基边距铁路建筑限界仅20cm，桩基施工时容易超限，从而影响行车安全。因此，桩基施工时可以采取连续封锁沪杭下行线78天时间，集中力量突击施工的方案。利用这几天的时间，同时上3台钻机（钻机的状态必须良好，如果供电情况允许应上更多的钻机）施工11#边墩及1215#右墩。施工从每一个墩距铁路最近的一排桩开始，施工完这一排桩以后再施工各墩其它桩。施工完最边上的一排桩以后，其它桩受活载的影响相对较小，施工安全相对能得到保证。11#墩由于离线路的距离相对于12#~15#墩远，施工完靠近铁路的一排桩后，其它二排桩对铁路的影响相对较小，可不在封锁时间施工。该方案的优点：能够确保行车安全；缺点：必须连续封锁线路。(二)、架便梁方案由于桩基紧靠线路，为了避免铁路通过时强大的动荷载对桩基造成的影响以及桩基施工时对路基稳定性造成不良的影响，可以每个墩为中心，在线路两侧架设上海铁路局设计的跨度为16m的低高度便梁，对铁路线进行卸载，卸载后即可施工桩基。便梁架设需要四套才能够与承台施工相适宜。钻机、铁路线路、承台、桩基相互位置关系平面图线路枕木沪杭铁路上行线承台钻机底座80孔桩27080222080桩基施工时，必须按如下图示严格控制钻机的摆放位置，以免超限。便梁也必须按要求进行架设，严格控制便梁外缘的宽度在3884mm范围内，否则影响钻机的摆放及桩基施工。桩基施工时，由于靠近铁路的一排桩边缘距铁路建筑限界仅20cm，必须严格控制钻孔施工的每道工序，严禁超限，尤其是吊放钢筋笼、接长钻杆及用漏斗灌注水下砼以及每一个施工人员的站位，均须严格控制。该方案优点：桩基施工不需封锁线路中断行车。缺点：架便梁时间长，需封锁要点，钻孔桩施工时，安全保证难度较大。钻机、铁路线路、承台、桩基相互位置关系侧面图注：本图尺寸以厘米计。h为轨面与地坪高差，60cm。列车建筑限界钻杆钻机架24424460h70h1=121钻机底座90214h2=80轨面h1h216816876h硬化地坪30438080承台线路中心孔桩钻头801408040(三)、打入钢板桩方案由于8m以下列车动荷载影响很小，可以忽略不计，因而可以在靠近铁路一侧紧靠承台边缘的位置打入深度9m的钢板桩(如下图)，以隔断该深度范围内土压力对钻孔桩施工的影响，使钻孔桩施工得以正常进行。同时，该钢板桩也作为以后承台施工开挖时的挡板。钢板桩用0.8t的小打桩机进行施工，因钢板桩以后还将作为承台的挡板，所以应注意严格按设计位置打入钢板桩，参见承台施工开挖时钢板桩的设计图，每排钢板桩比承台长度每侧各加宽2m。每个墩的钢板桩施工需要5小时左右，可以安排在行车密度较小的时间(0:00~4:00)进行。该方案的优点：少封锁线路，且封锁时间不集中；缺点：钻孔桩施工安全保证难度较大。四、承台施工方案(一)、钢板桩方案由于铁路建筑限界为244cm，而线路中心到承台边缘只有224cm，所以必须封锁线路才能施工钢板桩。钢板桩选用槽钢和工字钢。如果钻孔桩施工时采用的是架设便梁方案，已经对线路进行卸载，则此时只需打入无支撑的槽钢钢板桩挡住路基土即可，用挖掘机下沉。；如果钻孔桩施工时采用其它两个方案，未对线路进行卸载，则打入钢板桩必须加设支撑，考虑到基坑内要进行施工，只在钢板桩顶部设一层撑杆，平面布置每12m设置一道，基坑采用人工开挖。经计算钢板桩采用I22a工字钢和30槽钢，桩长6m，锚固长度不小于3m，在每排钢板桩上部平行加一根I22a工字钢作为撑杆的垫板和固定板，纵向加4根撑杆，横向加2根撑杆，撑杆采用旧钢轨，每根受力达14吨左右，由于撑杆受力巨大，必须保证其在施工时不受碰撞。钢板桩施工时采用0.8吨小打桩机，施工时封锁线路，钢板桩的布置见附图。承台施工完毕，靠近铁路一侧的钢板桩不能拔除，避免因回填土不密实，拨桩时造成路基下沉。该方案的优点：施工简便。缺点：钢板桩施工时必须封锁线路(每个墩需要4~6小时)，施工干扰大，施工不方便。(二)、沉井方案当某个墩的钻孔灌注桩施工完毕后，在承台位置就地预制沉井，采取挖土下沉的施工方法。设置沉井的目的是为了施工时能用它来抵抗来自列车动荷载产生的路基土侧压力。沉井分两节，每节1.1m，待第一节沉井下沉到地面标高后再接第二节。由于承台顶距地面地面高度只有20cm，因而沉井高度不高，开挖下沉不困难。沉井可以采取异地预制吊装就位或现场预制的方案。该方案优点：不必封锁线路，施工方便。缺点：施工准备时间长。沉井设计：沉井高2.2m，用8角钢作为刃脚，长边壁厚30cm，短边壁厚50cm。由于下沉井的目的是为了抵抗来自列车动荷载对承台施工造成的侧压力，故只对其砼配筋做计算，其他计算从略。计算将沉井靠近铁路一侧当作简支梁承受分布荷载，简支梁长7m，宽2.2m，高0.3m。计算得跨中最大弯矩为38.5tm，按此计算配筋，沉井内侧需配22根25mm的钢筋，配筋率=1.6%。计算过程从略。沉井设计见附图。(三)、架便梁方案利用上海铁路局设计制造的低高度施工便梁对线路进行卸载。采用D16型施工便梁，跨度为16m，外缘宽度为3440+420=3860mm。紧挨便梁打一排钢板桩(常规方法)，