软土地基大体积箱涵顶进施工技术

专注地信

　1、工程概况　　滨海新区中央大道工程新港四号路地道项目隧道工程全长629m，x6节段箱体与既有疏港二线铁路相交，交角为90°，采用顶进施工工艺。箱涵为单箱双室钢筋混凝土箱形框架结构，框构结构跨度16.50+16.50m，主体宽度为36.8m，轴向全长18m，边墙及中墙厚分别为1.1m和1.6m，顶板厚1.1m，底板厚1.3m，结构净高6.2m，结构全高8.6m。框架主体采用c35钢筋混凝土，抗渗指标≥p12。
　　①工程地质。桥址处持力层位于第ⅰ海相沉积土层，以杂填土、亚粘土和软土为主，地质较差，承载力只有80kpa，在标高为-12.19～-8.79m处有一层软土，该层以淤泥质土为主，局部夹淤泥及亚粘土层，属高压缩性土，容许承载力只有75kpa。
　　②水文地质。场区浅层地下水属第四系潜水，地下水主要受大气降水补给并以蒸发等方式排泄。勘察期间新港四号路地道场区静止地下水位埋深为1.0m～2.50m，标高为0.61m～2.31m。水位较高，不能满足施工要求，需要设置止水帷幕并打井降水。
　　新港四号路地道地下水对混凝土结构具有结晶分解复合类强腐蚀性，防护等级为三级防护。
　　2、施工方法
　　2.1铁路路基加固
　　根据地质条件，对顶进影响范围内路基进行注浆加固，防止顶进时发生正面和侧面塌方。底板以上注浆采用ab、ac也穿插加固，提高承载力采用ac液，加固范围至基底以上2m。
　　注浆压力：注浆加固地层压力为0.3～0.5mpa（喷头压力）。本加固范围内主要为淤泥质土和亚粘土，且分布均匀，所以本工程的注浆率控制在30%～35%之间。铁路下布斜孔注浆的形式。
　　2.2工作坑制作
　　工作坑采用灌注桩支护，外贴止水帷幕。钻孔灌注桩支护桩桩径100cm，桩间距150cm。支护桩外侧采用11m长φ0.6m水泥搅拌桩做为一层止水帷幕，桩间距0.5m；支护桩外侧7.5m处采用6m长φ0.6m水泥搅拌桩做为二层止水帷幕。
　　地基加固采用在滑板下设置间距1m的水泥搅拌桩，桩径600mm，桩尖位于框构底板底以下8.5m。降水井沿基坑按u形布置，与线路另一侧u形组成环行布置。
　　工作坑计划从距线路中心线6.35米开挖，坡度1：1.5，分两层一次开挖，垂直路基分条开挖向后背退出。为确保铁路路基安全，减少雨水冲刷对路基的不良影响，靠路基一侧边坡进行挂网喷射混凝土防护。
　　2.3滑板制作
　　滑板锚梁沟采用人工开挖，滑板设5‰上坡，前端标高与桥体底板底标高相同。滑板表面作到光滑平整，高程误差控制在3mm之内。浇筑时滑板混凝土采用平板振动器振捣，平板重叠宽度不小于1/3板宽。为防止顶进过程中出现扎头现象，滑板面按5‰做成头高尾低的坡度。
　　为防止滑板与箱体底板粘连，同时为减少启动阻力，滑板顶面施作润滑隔离层。滑板混凝土强度达到2.5mpa后，在滑板顶面施作润滑隔离层，其做法为表面涂2mm厚机油滑石粉混合物（混合物比例3：7），上铺油毛毡，油毛毡接缝顺顶入方向搭接并粘接牢固。最后铺塑料布，为了防止绑扎钢筋时损坏隔离层，在隔离层上抹2cm砂浆保护层。
　　2.4后背及后背梁施工
　　为了保证后背土体的抗力能满足顶力的需要，
后背桩采用钻孔桩，桩间距1.2m。桩长20m，滑板以下14.4m，滑板以上5.6米。为了保证后背土体的密实，在钻孔桩施工前对后背土体进行强夯处理。后背梁与滑板连为一体，防止顶进施工时滑板断裂跟进。
　　2.5箱涵预制
　　框架主体采用c35钢筋混凝土，抗渗指标≥p12.箱涵为钢筋混凝土结构，分两次浇筑成型。第一次浇筑底板及60cm侧墙，第二次浇筑侧墙及顶板。
　　2.6线路加固
　　线路加固采用吊轨结合纵横抬梁体系的加固方案。吊轨采用“3-5-3”制，钢轨接头需错开1.0m以上，两端伸出路基防护桩外4.0m，吊轨与枕木用φ20u型螺栓联结，钢轨采用50kg/m轨。
　　横梁采用40b工字钢，铺设间距0.9m，接头错开1.5m。铺设横向工字钢时按隔6穿1进行，确保穿完一根捣固密实一根并在工字钢两端用枕木垛支撑稳固，再进行下一根作业。纵梁采用45b工字钢，三根一组，接头错开1.5m以上，纵梁与横梁用φ20u型螺栓联结，纵梁两端支承于防护桩或枕木垛上。
　　2.7箱涵顶进
　　①箱体顶进原则。箱体预制成型后，当框架主体及保护层强度达到设计强度100％；线路加固完成后可顶进。
　　②安装钢刃脚。钢刃角用20mm的钢板制作，各刃角均焊接而成，焊缝高度不小于8mm，焊接时要防止翘曲。底刃角在安装时刃角底面与桥涵表面成一仰角，以利于切土，防止桥涵扎头。侧刃角较桥涵端面外框尺寸略大，以减小顶进阻力。
　　③顶进设备及顶镐布置。该桥最大顶力54944.88kn，采用500t顶镐，顶镐的顶力按顶镐额定顶力的60%计算，54944.88÷9.8÷（500×0.6）=19台，顶镐采取对称布置，故采用20台500t顶镐，左右各侧布置10台。
　　④顶进施工。框架桥顶进即是开动高压油泵，利用顶镐的顶力在后背的反力作用下推动框架桥前进，正常情况下每次顶程可为顶镐行程的80%左右。一个顶程完成后回镐并将分配横梁归位，加长顶铁以待下一循环，如此往复直至框架桥就位。
　　空顶。桥体在滑板上空顶时，根据偏差及时调整箱体两侧顶力，使桥体严格按设计轴线进入路基，因为桥体大部分进入路基后，已经形成了孔道，再纠正方向比较困难。
　　顶进挖土。箱体顶进过程中，墙体部分土方由人工开挖，其余土方由小型挖掘机开挖，并由装载机、汽车配合运输。洞内挖土采用2台pc220挖掘机挖土修坡，必要时人工配合，装载机倒运并装车，自卸车运土。挖土时，严格掌握切土量，底板、侧刃角必须吃土顶进，挖土坡面不得陡于60°，先挖两侧，后挖中间，形成向洞内凸出弧形，待桥体顶进到坡面时才能挖除凸出土方，确保路基不发生塌方，保证运行安全。
　　方向控制及纠偏措施。箱桥在滑板上空顶时，可由方向墩控制顶进方向。当箱桥脱离滑板后，通过调整两侧千斤顶布置，结合挖土来控制顶进方向。
　　千斤顶调整应与挖土及其他措施结合使用，才能收到更好的效果，当桥体左偏时，减少左半边边墙、底板吃土，减少左侧阻力，使桥体左侧顶进速度快于右侧，当桥体右偏时，减少右半边边墙、底板吃土，使右侧顶进速度快于左侧，无论怎样挖土两边墙外侧不能挖空，边墙吃土量不少于5㎝.为了改变桥体两侧土抗力，保证桥体正确就位，在桥体制作时，两侧预埋螺栓用以安装钢刃角。
　　3、控制措施

本工程顶进段为x6箱体节段，由于x4节段上部轻轨托换结构，下部为地道，地道受托换限制尺寸要求比较严格。x5节段总长度为15.5m，为了保证本工程整体线性及道路等级，x6节段水平、高程最大偏差不能超过5cm。鉴于以上原因，从以下几个方面进行控制。
　　3.1设置迎头桩
　　在顶进前端距铁路中心线6.35m处设置迎头桩，采用钻孔灌注桩，桩基参数与围护桩一致。工作坑开挖前采用钢丝绳与线路另一侧支撑桩进行拉锚处理，共设置14道。设置迎头桩后，即保证铁路路基的稳定性，也较少了吃土顶进的距离，对控制箱涵的偏差非常有利。
　　3.2路基下注浆
　　路基下注浆既是保证顶进时线路前方及侧方不出现塌方，也是大体积顶进框构的持力层，因此注浆效果的好坏直接关系到框构在顶进过程中出现扎头现象。施工前进行试验段施工，确定各施工参数，并对试验段注浆效果进行检测，承载力达到设计要求后再大面积施工。
　　3.3工作坑地基加固
　　由于箱体预制到箱体顶进还有一段时间，因此地基加固效果关系到箱体是否会出现下沉现象。本工程采用20%水泥掺量进行注浆，地基加固后对地基进行承载力检测，检测结果大于设计规定值。本工程箱体预制至顶进间隔时间为30d，顶进前复测未发现箱体下沉。
　　3.4滑板船头坡设置
　　为防止顶进过程中出现扎头现象，滑板面按5‰做成头高尾低的坡度。在滑板顶面施作润滑隔离层，其做法为表面涂2mm厚机油滑石粉混合物（混合物比例3：7），上铺油毛毡，油毛毡接缝顺顶入方向搭接并粘接牢固。最后铺塑料布，为了防止绑扎钢筋时损坏隔离层，在隔离层上抹2cm砂浆保护层。
　　3.5空顶控制
　　桥体在滑板上空顶时，根据偏差及时调整箱体两侧顶力，使桥体严格按设计轴线进入路基，因为桥体大部分进入路基后，已经形成了孔道，再纠正方向比较困难。
　　3.6顶进过程中控制
　　①顶进挖土。顶进挖土时，两边墙外侧不能挖空，边墙吃土量不少于5㎝。
　　②测量控制。测量工作对箱体顶进很重要，每顶进一镐（每镐50cm，每次开挖步距50cm），测量一次高程和左右方向偏差，并做好记录，以便根据偏差情况，采取相应措施，及时纠偏，保证箱体顺利就位。
　　4、结语
　　本箱涵顶进施工历时6天，顶进施工箱体就位后测量结果如下：前端中线向东偏移1mm，后端中线向西偏移3mm（规范允许中线偏差为200mm）。前端标高+15mm，后端标高-23mm（规范允许标高偏差为+200，-150mm），超过预定目标。同时为大体积箱涵在软土地基中顶进施工积累了宝贵的经验。

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