线下路基及框构基坑开挖与防护技术 - 滑模施工|筒仓滑模|滑模公司

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	线下路基及框构基坑开挖与防护技术

发布时间：2016.03.02 新闻来源： 浏览次数：

    1 ·工程简介
    沈阳四环与既有铁路交叉处，铁路线路为直线，路基填方高度约6.5m，原路基填料大致为中风化的山皮土。铁路两侧地势较平坦，为水田区，地下水位高、地层由上至下为种植土层、中砂层、粗砂层和粉质粘土层。框构桥顺铁路线方向长86.13m，轴长10.6m，桥高9.0m，底板位于原地表以下2m 多深，底板底设30cm 碎石垫层和10cm 混凝土垫层。
    2· 施工方案选择
    线路路基开挖在线路加固完成后进行，采用从上往下分层开挖，先挖除钻孔桩操作平台再开挖原路基土，分层厚度按不大于2.0m 控制，旧路基开挖宜从框构一侧向另一侧进行，以便逐步架空线路。靠近顶部吊轨梁附近需全部采用人工配合PC60 等小型挖机进行开挖装车，自卸汽车运土。要重点控制框构两侧路基刷坡控制并及时防护，按设计要求的底宽单侧比框构底宽出1.3m、边坡1:1.5 控制（详见图1），以确保两端铁路路基的稳定。

    为确保铁路路基安全，减少雨水冲刷对路基的不良影响，路基开挖面边坡边坡和防护可进行稳定性分析，必要时挂网喷射混凝土防护。
    根据设计图纸地质状况柱状图可知，框构桥工作基坑坑底位于松散、饱和且含少粘性土的砂层，地下水位高出坑底近2.5m。如果直接采用明挖法开挖基坑，坑壁可能因沙涌导致坍塌，从而影响铁路路基的稳定。为此，在开挖路基土至原地面处后，应在基坑范围挖几个2m 深的探坑，以便确认原路基底的地基处理情况。如确实存在涌水流砂时，采用在基坑四周施工双排高压旋喷桩止水帷幕，止水帷幕平面尺寸为工作基坑结构尺寸每侧加宽2m，并待桩体达到强度要求后再进行基坑开挖作业，开挖按从一端向另一端进行，最后剩余部分后退式挖除。以确保基坑和既有线路基安全，旋喷桩止水帷幕布置详见图2 所示。

    3· 旧路基纵向边坡稳定性分析
    旧路基主要采用风化的山皮土及粘土进行填筑，经过填筑分层压实和多年的运行，路基土体经过风化和雨水等的作用，已基本重新结块组合。土为粘性土质，通过查相关手册和试验验证确定基本参数为：土的粘聚力c=5kPa，内摩擦角Φ=24°，容重γ=17kN/m3。此处路基纵向边坡采用查《建筑施工手册》和用直线法先计算稳定坡度，并按一定安全系数选择合适的坡度角。（也可采用圆弧破裂面法（条分法）对土坡稳定性进行分析验证，由于此法较繁琐，此处不予验证。）
    取框构桥处路堤平均高度6.5m 进行边坡稳定性验算。按《铁路桥涵设计基本规范要求》的要求，列车静活载对路基边坡侧向土压力应按列车静活载换算成当量均布土层厚度进行计算。将列车静活载换算成土柱高。按最不利的情况，即当列车车头行驶至边坡坡顶的和线路加固接头处时，按下式换算土柱高，列车活载图示如图3、图4。

铁路列车荷载采用特种荷载轴重为250kN 控制设计，选取图示的37.5m 长进行计算。考虑列车限速30km/h，冲击系数λ 取1.15，不考虑制动力。

    考虑到现场实际还有防护桩对边坡进行部分防护，哪怕对列车荷载和土质参数进行界定选择时有些偏差，按1:1（即45°）对框构两侧的线路进行放坡应该还是比较安全的。同时基于对施工期间可能破坏坡面造成不安全因素，采用了对坡面挂钢筋网并喷射5cm 厚混凝土进行防护的方案，确保施工和行车安全万无一失。
    4· 线下路基土开挖与防护实施
    4.1 线下旧路基土开挖
    线路加固完成后，开始按设计尺寸挖除钻孔桩操作平台及扣轨梁下面的路基土方。挖方采用水平分层开挖，自上而下开挖，分层厚度按不大于2.0m 控制。靠近顶部吊轨梁附近需全部采用人工配合PC60 等小型挖机进行开挖，其余均采用PC220 挖掘机开挖装车，自卸汽车运土，并就近利用与相应路基上；在挖掘过程中所有机械严禁碰挂桩基和纵横梁等。
    开挖宜从远离斜坡道一侧向另一端进行，以便逐步架空线路，严禁从路基底部掏洞式开挖，开挖框构两侧路基时要严格按经稳定性分析确定的方案进行，按1:1 进行刷坡，刷坡前放好开挖线，确保一次刷坡到位，防止超挖后进行回填的情况出现，边坡防护应紧跟施工，刷完一侧及时挂网喷砼防护。刷坡及防护详见图5，以确保线路路基的稳定。

    施工投入4 台挖掘机进行土方开挖，10 台自卸汽车运输土方。开挖前、开挖过程中要加强施工监控量测工作，确保线路变形、沉降或位移可控，保证线路行车安全。
    4.2 框构两侧既有线边坡防护
    4.2.1 防护方案及参数
    为了减少线路架空期间，列车通过对线路的纵向的动荷载冲击，以确保既有线路基的稳定，边坡采用挂网喷射混凝土进行防护。网片采用准6钢筋，200*200cm 网眼布置，喷射砼标号采用C20 砼，结合坡面多为碎石土，参照相关标准选喷射厚度5cm。具体详见图5、表1。

    4.2.2 施工工序及技术措施
    网喷支护的施工作业按如下步骤进行：①坡面整修：先将边坡表面破碎松散的土渣清除干净，对边坡局部不稳定处进行清刷或支补加固；在边坡松散空洞处和坡脚处设置一定数量的泄水孔，预留的长度根据现场确定布设。②挂网：先将圆盘钢筋调直，按边坡形状尺寸取料加工，钢筋网的网眼尺寸采用20cm×20cm，网片采用打入坡面的端钢筋头绑扎或焊接固定，以保证喷射混凝土时钢筋不晃动。因开挖面多为碎石土不平整，钢筋网直接紧贴开挖坡面即可，以保证钢筋网外保护层厚度。③喷射混凝土作业：喷射混凝土之前，用清水将坡面冲刷干净，湿润坡面。钻孔采用气腿式凿岩机，孔径40mm，钻孔垂直边坡面，根据设计深度钻孔。如遇岩石过于坚硬时采取加水的方式钻孔，钻孔时必须随机钻速度钻进，不得能强加压力冲钻，以免影响边坡岩石的稳定。④养生：当最后一次喷射的混凝土终凝2h 后，立即喷水养护。每天至少喷水四次，养护时间一般不得少于7d。在终凝后第一次喷水养生时，压力不宜过大，以防止冲坏喷射混凝土防护层表面。气温低于5℃时，不得喷水养护。在养生过程中如果发现剥落、外鼓、裂纹、局部潮湿、色泽不均等不良现象，应分析原因，采取措施进行修补，以防后患。
    4.3 框构底板基坑开挖
    根据在框构底板靠近四角和中间位置的5 个地方的进行试挖，由于开挖选择在4 月上旬，此时是枯水季节，且地下冻土正要化冻的季节，开挖出来的地层上部1.5m 为干燥的山皮料与原状腐殖土混合状态、下部约1m 厚为黑色淤泥状，部分夹砂，有少量地下水渗出，边坡整体自稳性好。
    根据试挖情况确定，取消原双排高压旋喷桩止水帷幕的方案，采用直接放坡开挖，坑壁放坡坡度为1:0.75（详见表2），四周按底宽加宽0.6m 控制。机械开挖至设计标高以上20cm 处时，先在四周挖出约0.3*0.3m 的排水沟，并基坑其中两个对角上设置1.0×1.0×0.6m 集水井，安放水泵及时抽水，保持基坑干燥，不被浸泡，在水量最少的一角挖设斜坡道，以便机械进出基坑。

     剩余20cm 土采用人工人工清底，方向从远离斜坡道的一角开始后退式进行，一次性清至设计标高，回填30cm厚碎石垫层紧跟清底进行推进，防止扰动原状土。
    开挖中采用人工配合刷坡，为防止雨季基坑外雨天对工作基坑冲刷、浸泡，必要时基坑开挖前，在基坑四周外围开挖截水沟及挡水埂。施工过程中要注意防止机械设备较重地刮碰防护桩基桩身。
    开挖完毕后，立即报甲方驻地代表、设计、监理工程师共同进行基底承载力检验，检验合格后立即进行垫层施工，避免基底长时间暴露造成承载力下降。
    框构基坑开挖时，由工务部门进行监护，开挖过程中随时观测线路变化情况，一经发现问题立即处理，保证铁路行车安全。
    4.4 垫层施工
    工作基坑开挖完成后，采用铲车铺填30cm 厚碎石垫层，并采用人工配合铲车整平。碎石垫层初平后，采用压路机进行碾压。对防护钻孔桩四周、基坑死角等铲车无法布料、整平且无法用压路机碾压部位，采用人工上料、找平，并用小型打夯机夯实。
    碎石垫层施工完成后，及时对整个基坑底部用10cm厚C15 砼进行封底处理。封底砼要求沿铁路方向从一端至另一端连续进行浇筑，不留横向施工缝。浇注至四周排水沟及集水坑时，直接用砼分层浇筑到位。整个浇筑过程中采用插入式振捣棒配合平板振动器振捣，平板重叠宽度不小于1/3 板宽。砼垫层表面要求做到光滑平整，顶面高差控制在20mm 以内。
    5· 结论
    根据旧路基边坡稳定性分析及基坑处地表以下的挖探坑试验，得出以下结论，可供施工时参考。①框构桥两侧既有线边坡按1:1 放坡，并挂网喷射5cm 厚混凝土进行防护的方案安全可行；②选择在了化冻时和水田上水前的地下水最少的时间开挖基坑，简化了施工，省掉了止水帷幕施工，加快了施工进度，降低了施工成本；③通过边坡稳定性分析和防护结构的合理选择，可以选出最佳安全坡度和防护结构的组合，这样既可以保证施工安全，减短了线路架空长度，提高了安全系数，减少了路基土开挖和墙背回填量，甚至可以减少部分防护桩和线路加固量，加快施工进度，降低施工成本，提高经济效益。