东北地区城市道路下穿高铁桥梁基础防护方案研究

东北地区城市道路下穿高铁桥梁基础防护方案研究

徐彬

徐彬

中铁九局集团有限公司勘察设计院辽宁沈阳110051

摘要：城市道路下穿高铁，如果工作坑采用降水措施会引起铁路桥梁墩、台及路基沉降，威胁列车行车安全。根据“铁路安全管理条例”第三十五条规定，“高速铁路线路路堤坡脚、路堑坡顶或者铁路桥梁外侧起向外各200米范围内禁止抽取地下水。”城市道路下穿客专基坑防护及止水措施至关重要，本文针对多种基坑防护及止水方案进行了专门研究。

关键词：铁路；防护；方案

一、概述

城市建筑基坑防护及基坑防护工程较为常见，在地下水丰富地区会经常采用，特别是我国南方江浙一带地下水及地表水丰富的区域。防护及止水方案也有多种方式，诸如地下连续墙、钢筋混凝土防护桩与注浆、旋喷桩、水泥搅拌桩等结合的形式和SMW劲性搅拌桩等方式，可以根据不同地区及地质条件选用。其中钢筋混凝土防护桩与注浆、旋喷桩、水泥搅拌桩等结合的形式在我国应用比较广泛，地下连续墙和SMW劲性搅拌桩方式在南方粘性土地区应用较为广泛，北方砂性土地区应用较少。本文以沈阳市文大路公铁立交桥工程下穿哈大客专工程实例，并结合东北地区地质条件、地下水情况及地区设备情况确定可实施的设计方案。

二、工程概况

1.1既有概况

文大路是沈阳市内一条东西走向的主干路，沥青路面，目前路面宽20.0m。自鸭绿江北街至望花北街区段内先后与六条铁路相交，由西至东分别为：三专线、京哈下行线、京哈上行、工务段材料库专用线、哈大客专下行线、哈大客专上行线。文大路与哈大客专（哈大客专下行线、哈大客专上行线）交汇处为32.8+48+32.8m连续梁高架桥，净空17.0m，高架桥为圆端形桥墩，钻孔灌注桩基础。

1.2场地工程地质概况

桥址处地层从上至下为：

①杂填土（Q4ml）：主要有碎石、炉渣、块石、砂及粘性土组成。层厚1.5～2.0m。

②粉质黏土（Q4al+pi）：灰色，硬塑，钻入该层最大厚度为25.0m，均未穿透该层，σ0=240KPa。

勘察期间各钻孔均遇见地下水，地下水为孔隙潜水，略具有承压性。受地表排水沟的影响，地下水位偏高，勘察期间稳定水位埋深为2.5～3.5m。该段地下水对混凝土结构具弱侵蚀性。

框构桥基底及基坑围护结构均位于②粉质黏土层中。

1.3建设方案

文大路采用左、右幅路分离的方式分别下穿铁路，左、右幅路主桥均为下穿式框构桥，采用孔径为1-12.0m，框构桥全宽14.0m，轴长63.0m，全高8.5m。框构桥主体采用C35钢筋混凝土框架结构，抗渗等级不低于P8。框构桥现场预制，采用中继间法顶进就位。地下水影响范围内设置C35钢筋混凝土U型槽封闭，U型槽全长230m。

三、基坑防护及止水方案

2.1工程难点

根据“铁路安全管理条例”第三十五条规定，“高速铁路线路路堤坡脚、路堑坡顶或者铁路桥梁外侧起向外各200米范围内禁止抽取地下水。”本工程的难点在于施工止水，针对既有线下、框构桥预制工作坑、U型槽基坑的防护及止水措施。

2.2既有线下止水

京哈铁路为国铁一级干线，运输繁忙，施工期间不能中断行车，框构桥顶进期间不能带水作业。既有线下防水考虑对框构桥两侧10m范围内路基采用旋喷桩固化处理，在铁路路肩外搭设脚手架，机械打斜孔注浆解决线下止水方案。桩底间距0.6m，排距0.6m，相互咬合，桩底高程按计算降水半径确定。为防止旋喷桩大面积施工土体变软产生路基沉降而影响铁路行车，旋喷桩采用隔二打一法施工。旋喷桩固化过程中对铁路线路要进行全过程监测，并随时对轨道进行养护维修，发现问题及时处理。

2.3框构桥基坑及U型槽止水

根据本项目实际情况，最初设计四个方案，分别为SMW劲性搅拌桩方案、防护桩+止水帷幕方案、地下连续墙+止水帷幕方案、地下连续墙永临结合方案。上述方案止水效果均较好，但前两种方案施工较为简便，后两种方案施工工序相对繁琐，施工难度大，施工工期较长，工程造价较高，并且沈阳地区应用较少，专业机械设备需外购或从南方调运，另地下连续墙永临结合方案地下连续墙为水下浇筑砼，无法振捣，密实度稍差，作为U型槽侧墙使用需提高混凝土标号，并且U型槽底板及侧墙浇后，拆除连续墙锚索，U型槽侧墙受力转变，可能产生裂纹。

经初步比选，并充分考虑施工难易及工程造价等因素影响，选定前两个方案进行研究。

2.3.1方案一：SMW劲性搅拌桩

框构桥工作坑设在三专线左侧，考虑SMW劲性搅拌桩刚度较小，变形较大，对铁路行车存在较大的安全隐患，故距最外侧线路中心6.5m至11m范围内工作坑两侧设钻孔防护桩，桩径0.8m，桩距1.3m，桩上设2道锚索，锚索采用2φS15.2钢绞线，横向间距1.30m，桩顶设0.8m冠梁，防护桩外侧设单排旋喷桩止水帷幕，桩径0.6m，间距0.45m，相邻两桩咬合0.15m，以保证铁路行车的绝对安全。工作坑其余三面采用SMW劲性搅拌桩进行防护，SMW劲性搅拌桩直径0.85m，相邻两桩咬合0.20m，搅拌桩内插入700*300*13*24H型钢，按隔一插一布置，SMW劲性搅拌上设2道锚索，锚索间距3.0m，H型钢间挂网锚喷C20混凝土。另考虑机械设备高度及施工期间对铁路运输存在的潜在危险，工作坑底面设旋喷桩止水，桩长1.0m，桩径0.6m，间距0.45m，相邻两桩咬合0.15m。

哈大客专桥墩处U型槽基坑侧面考虑土体变形对高铁桥墩的影响，也采用框构桥工作坑邻近铁路侧防护方式。其他段U型槽施工工作坑均采用SMW劲性搅拌桩进行防护，基底止水采用水泥搅拌桩，桩长由1.0m变化到0.5m，桩径0.6m，间距0.45m，桩长1.0m，相邻两桩咬合0.15m。

2.3.2方案二：钻孔防护桩+止水帷幕

本方案工作坑底面止水帷幕设置和哈大客专桥墩处U型槽防护及止水同方案一。不同之处在于其他段U型槽施工时，工作坑四周采用钻孔桩进行防护，钻孔桩直0.6m，桩距1.0m，桩顶设0.8m冠梁，钻孔桩长度随基坑深度变化，桩外采用双排水泥搅拌桩防护，桩径0.6m，间距0.45m，桩长8.0m，相邻两桩咬合0.15m，基底止水设置同方案一。

2.3.3方案比选

两方案止水效果均满足工程要求，并且满足“铁路安全管理条例”第三十五条之规定，别切两方案施工方案简单，上述两方案技术上均可行。SMW劲性搅拌桩方案，造价较低，但东北地区缺乏施工经验，北方缺乏市场，设备的运输（或购置）费用较大，对于在东北地区推广具有良好的市场发展前景。钻孔防护桩+止水帷幕相比而然造价要高，但施工难度小，止水效果好；刚性较强，较易控制变形。

四、结语

综上所述，对于城市建筑物附近及高铁等对变形要求较高的场地建议采用钻孔防护桩+止水帷幕方案，其余对变形要求较低的场地可采用SMW劲性搅拌桩方案。对于东北地区而言，砂性土居多，相比钻孔防护桩应用更为广泛。因此对于东北地区类似下穿高速铁路和客专项目建议采用钻孔防护桩+止水帷幕方案，能最大限度的减小对铁路运输和高铁沉降的影响，保证铁路运输的安全，较好的兼顾城市建设和铁路运营的风险，可供同类项目参考借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.铁路桥涵设计基本规范.TB10002.1-2005.北京：中国铁道出版社，2009.

[2]中华人民共和国铁道部.铁路桥涵地基和基础设计规范.TB10002.5-2005.北京：中国铁道出版社，2009.

[3]中华人民共和国铁道部.铁路工务安全规则.铁运[2006]177号部令发布.北京：中国铁道出版社，2009.

[4]中华人民共和国铁道部.路混凝土结构耐久性设计规范TB10005-2010.北京：中国铁道出版社，2010.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市道路工程设计规范CJJ37-2012北京：中国建筑工业出版社，2012.