浅谈临近既有铁路线桥墩基坑开挖防护施工

浅谈临近既有铁路线桥墩基坑开挖防护施工

毕杰朋

中铁十四局集团第四工程有限公司山东济南250000

摘要：本文以阿尔及利亚贝佳亚港口至东西高速公路阿尼夫互通100公里高速公路连接线S3-2标段OA86+308.1桥桥墩基坑防护施工为案例，以不影响火车的通行安全为目的，在挖除部分铁路路基后保证其边坡稳定性的情况下快速展开基坑防护施工，在工期紧张的情况下为后续施工赢取时间。

关键词：挖除，铁路路基，边坡，稳定性，快速，基坑防护，工期紧张，后续施工，赢取时间

1工程概况

本工程为位于BejaiaBenimans北约0.7km处，里程范围PK86+091.5～PK86+528.8，桥梁跨越EL-Mahir河，两次跨越既有铁路，交角90.00º，桥梁长度437.3m。桥梁左右幅均为钢筋混凝土T梁，左幅桥跨8×36.1+1×28.1+1×36.1+3×28.1m，右幅桥跨7×36.1+3×28.1+2×36.1+28.1m。本桥分别在PK86+115.2（左右幅第一跨1#-2#墩）和PK86+436.5（左幅第10跨10#-11#墩、右幅第11跨11#-12#墩）处跨越既有铁路，承台施工范围侵占部分铁路路基。

本文主要节选PK86+436.5处左幅第10跨10#墩为例，探讨临近既有铁路线桥墩基坑防护施工。

2施工方案

2.1PK86+436.5处左幅10#墩

本处临近既有线铁路施工承台开挖时需占有部分既有铁路路基，为确保既有铁路边坡遭到部分挖除后仍能保证其稳定性，不影响火车的通行安全特对挖除部分边坡后的铁路路基进行边坡稳定性计算，在不影响其边坡稳定型的前提下方能展开承台基坑开挖施工。

2.1.1防护示意图

2.1.2施工序及施工工艺

2.1.2.1第一步实施安全防护施工

如上图PK86+436.5处墩位防护平面图及防护断面图所示，由测量人员，根据本方案提供的图示测放桥墩承台范围及开挖线，然后在距离开挖线50cm处钉入长5m的钢轨进行边坡防护，沿既有线铁路方向间距1m一根布置，在既有铁路线和承台开挖线之间设置铁皮安全防护围挡。

2.1.2.2第二步实施桩基平台施工

如上图PK86+436.5处墩位防护断面图所示，首先进行桩基施工平台填筑部分施工，分层填筑碾压合格后再进行承台侵入铁路路基部分挖除施工，开挖面用塑料布封闭，防止地表水及雨水渗入土体。

2.1.2.3第三步墩柱下部结构施工

桩基平台修筑完成检验合格后，进行后续的桩基施工、承台基底开挖施工、承台砼施工、墩柱砼施工。

2.1.2.4第四步回填施工

承台施工完成，墩柱施工高度超过既有铁路路基高度后及时对基坑进行分层压实回填恢复其铁路路基边坡，这项回填工作必须在雨季来临之前完成。

2.1.3承台开挖既有线铁路路基部分边坡挖除后边坡稳定性计算

本计算书根据《欧洲国际铁路联盟列车活载标准》采用车辆荷载轴重为250KN，均布荷载为80KN/m。

2.1.3.1左幅第10跨10#墩

土层参数：粉土厚度是6.70m，坑壁土的重度γ值是19.25kN/m3，坑壁土的内摩擦角φ值是25.00°，内聚力C值是18.50kPa，饱容重值为22.00kN/m3

a计算原理:

根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着：

①土条自重，②作用于土条弧面上的法向反力，③作用于土条圆弧面上的切向阻力。

将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.3的要求。

b.计算公式:

Fs=∑{cili+[（γh1i+γ'h2i）bi+qbi]cosθitanφi}/∑[（γh1i+γ'h2i）bi+qbi]sinθi

式子中：

Fs--土坡稳定安全系数；ci--土层的粘聚力；li--第i条土条的圆弧长度；γ--土层的计算重度；θi--第i条土中线处法线与铅直线的夹角；φi--土层的内摩擦角；bi--第i条土的宽度；hi--第i条土的平均高度；h1i--第i条土水位以上的高度；h2i--第i条土水位以下的高度；γ'--第i条土的平均重度的浮重度；q--第i条土条土上的均布荷载；

其中，根据几何关系，求得hi为：hi=（r2-[（i-0.5）×bi-l0]2）1/2-[r+l0-（i-0.5）×bi]tanα

式子中：

r--土坡滑动圆弧的半径；l0--坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；α--土坡与水平面的夹角；

h1i的计算公式

h1i=hw-{（r-hi/cosθi）×cosθi-[rsin（β+α）-H]}当h1i≥hi时，取h1i=hi；当h1i≤0时，取h1i=0；

h2i的计算公式：h2i=hi-h1i；

hw--土坡外地下水位深度；

li的几何关系为：

li={arccos[（（i-1）×bi-l0）/r]-arccos[（i×bi-l0）/r]×2×r×π}/360，

θi=90-arccos[（（i-0.5）×bi-l0）/r]

c.计算安全系数

将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数Fs：

计算得出，安全系数为2.172，滑裂角35.142°，圆心X为-0.008m，圆心为4.915m，半径R为4.915m.

计算结论如下：

开挖内部整体稳定性安全系数Fs=2.172>1.30满足要求。

以上述同样方法计算得其余墩位基坑边坡稳定系数均满足要求。

2.1.4基坑开挖安全保证措施

2.1.4.1距离基坑顶1m处安装高0.9m的钢管防护栏杆，并挂醒目的标语提示。指定车辆的行走路线，尽量远离基坑边。基坑开挖的土方及时用车运到其它堆放场地，不得堆放在基坑边。

2.1.4.2设置监控量测点及监控。沉降变形动态监测主要在既有铁路路肩上进行。路基沉降观测主要是测定防护前后及施工期间的路基沉降及整体水平位移值。根据观测的数据绘制时间和沉降曲线，根据计算预测其最终沉降值，确定工后沉降及不均匀沉降是否满足安全要求。当边桩横向位移每天大于5mm，地面沉降超过10mm时，与铁路有关部门协调，停止铁路运行或铁路减速慢行。路基变化恢复正常情况时，恢复铁路运行及施工。

2.1.4.3当承台施工完毕后，及时回填基坑，恢复铁路既有边坡防护。

3结论

按照本防护方法，顺利的完成了OA86+308.1桥临近既有铁路线部位下部构造的施工。本工法工序简单、施工快捷、耗资、耗时少，除为工程建设节约了成本外，还为工程的按时完工赢取了宝贵时间。

参考文献：

[1]张倬元，王士天，王兰生．工程地质分析原理.北京：地质出版社．

[2]陈祖煜，等.岩质边坡稳定性分析--原理、方法、程序.北京水利水电出版社，2005.

[3]常出骠，张世民．工程地质手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4]OA86+308.1桥施工图纸、阿尔及利亚高速公路公司CCTP专用技术条款.