贺小涛 上海铁路局经营开发处

D型便梁基础桩基施工的安全与技术分析

贺小涛 上海铁路局经营开发处

结合某下穿京九铁路立交项目，对条基下高压旋喷桩、人工挖孔桩施工工艺进行介绍。同时根据相关规范通过理论分析及计算说明增设挖孔桩的必要性及有效性，进而得出一些有益的结论。

D型便梁；高压旋喷桩；人工挖孔桩；土压力

1 前言

1.1 工程概况

某下穿京九铁路立交桥改建工程，主体施工内容为6孔框架桥下穿京九铁路。框架桥中心线与京九铁路线交角为87.08°。设计道路中心线位于直线上，与桥中心线一致。新建框架桥上为京九铁路上下行两股线路，线间距为4.12 m，线路中距离框架桥边距离为5 m。

框架桥净跨采用8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m，为并列等高6座单孔单体框架结构，各单孔框架间距均为0.15 m，边墙厚度0.75 m，总宽度为60.75 m。框架桥顶板厚0.65 m，底板厚0.75 m，总高度7.7 m。

1.2 工程地质及水文条件

本场地覆盖层为第四系松散沉积物，勘察揭示的土层由耕表土、粉土、粉质粘土和粉砂层组成。根据地勘报告，场地地基土按成因类型、形成时代、力学性质，自上而下可分为5个工程地质层。各层岩土的分布、物理力学性质简述如下：

①号粉土：黄褐色，稍湿，稍密，干强度低，韧性低。平均层厚为1.26 m，层底高程为35.0 m～34.2 m。承载力特征值为120 kPa。

②号粉质粘土(夹粘土)：棕，灰褐色，可塑，干强度中等，韧性中等。平均层厚为2.83 m，层底高程为32.4 m～31.1 m。承载力特征值为160 kPa。

③号粉质粘土：黄褐色，硬塑，局部可塑，干强度中等，韧性中等。平均层厚为2.90 m，层底高程为30.1 m～25.6 m。承载力特征值为210 kPa。

④粉土粉砂互层：灰黄色，湿，中密，局部密实，强度低，韧性低。平均层厚为3.06 m，层底高程为27.0 m～24.10 m。承载力特征值为190 kPa。

⑤号粉砂：黄褐色，饱和，密实。最大揭露深度11.0 m。承载力特征值为230 kPa。

框架桥底板底位于③号粉质粘土和④粉土粉砂互层。地下水类型属孔隙潜水，动态水主要赋存在②、③号土层内，地下水稳定水位3.30 m～3.70 m（标高32.2 m～32.6 m）。

1.3 线路加固形式

本工程处于繁忙干线电气化区段，列车运行速度：正线160 km/h，运行对数约138对。铁路上下行线间距4.12 m，为小间距线路。

针对以上特点，同时根据D型施工便梁使用说明，本工程采用D16型施工便梁低位架设方法，便梁偏架48 cm。便梁基础采用高压旋喷桩加钢筋混凝土条基结构，但出于多方面安全考虑，在实际施工过程中于4、5#条基下加柱桩基础，具体加固方式如图1所示。采用多排Φ60 cm高压旋喷桩结合人工挖孔桩的加固方法，高压旋喷桩间距0.5 m，桩长15 m，高压旋喷桩水泥掺量为45%，单根桩施工完成后立即插入Ф28螺纹钢，长度为5.62 m，绑焊连接。条基下人工挖孔桩各布置2根Ф1.5m与1根Ф1.8m（设置在支墩中间），桩长6.8m，钢筋锚入支墩1.5 m，四周仍用高压旋喷桩加固。

图1 条基高压旋喷桩及人工挖孔桩布置图

2 高压旋喷桩施工

2.1 施工流程

高压旋喷桩对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基有较好的处理效果。

施工流程：测量放样→检查验收→高喷钻机就位→下放喷浆管→浆泵试压→（搅拌水泥浆）旋喷、提升→清洗泵、管路、钻具→返浆回灌、回填。

本工程旋喷桩施工钻孔采用旋转式钻机，单管旋喷注浆加固。施工参数为喷嘴直径：2.4 mm；旋转速度20 r/min；浆液流量23 l/min；喷浆压力20 MPa；水灰比：0.75：1；提钻速度：30 cm/min；水泥用量：180 kg/m。

2.2 加固效果计算

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），对高压旋喷桩形成的有粘结强度增强体复合地基承载力可按下式计算：

根据项目实际情况、地勘报告土层厚度及桩基规范相应土层的极限侧阻力标准值，计算高压旋喷桩单桩承载力特征值Ra=989.4 kPa，则fspk=2.8 MPa，接近设计文件中要求达到的28 d强度（3 MPa）。考虑到计算过程中参数取值的差异，计算结果可接受，满足设计要求。因此本工程高压旋喷桩加固方式可提高条基下地基承载力13倍（原地基土承载力按加权平均计算，承载力特征值为200 kPa）。

但高压旋喷桩加固对于硬黏性土，以及含有较多的块石或大量植物根茎的地基，因喷射流可能受到阻挡或削弱，冲击破碎力急剧下降，切削范围小或者影响处理效果，所以旋喷桩处理效果差别较大，强度离散性也较大。而本工程框架桥底板正处于③硬塑粉质粘土层、④粉土粉砂层（顶进前拉槽施工也表明旋喷桩加固效果差异性较大），为了保证4#框架桥顶进时条基及线路安全，在高压旋喷桩加固的基础上增设了人工挖孔桩是有必要的。

3 人工挖孔桩施工

3.1 施工流程

人工挖孔桩具有机具设备简单，施工操作方便，占用场地小，对铁路营业线影响小，施工质量可靠，施工速度快，造价低等优点。挖孔桩适用于桩直径800 mm以上，无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量砂、砂卵石、砾石的粘土。施工流程：场地平整→桩位测定→开挖桩孔（检查有毒有害气体，通风换气；孔口设置吊架）→孔内出土→立模灌注护壁→下一循环→成孔检查→钢筋笼吊装就位→灌注桩身混凝土。

3.2 挖孔桩承载力验算

4#、5#条基下各有3根人工挖孔桩，直径分别为1.5 m、1.8 m。桩基承载力计算一般包括竖向、水平、抗弯承载力三方面，根据本工程特点（箱体顶进在条基一侧挖土），抗弯对桩基稳定性影响较大，因此本文主要对Ф1.5 m挖孔桩抗弯承载力进行分析（Φ1.8 m挖孔桩所受荷载与Φ1.5 m桩基本相同）。

3.2.1 土压力计算

桩基抗弯验算需先计算主动、被动土压力，主动土压力根据《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）附录A计算。被动土压力根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）计算，为安全考虑，桩顶以下4.3 m土层可看做垂直开挖（实际为1：0.5放坡，见图2）。本工程采用止水帷幕加井点降水措施，因此主动、被动土压力计算过程中不考虑地下水影响。

图2 主动、被动土压力计算简图

F为列车行进时的制动力或者牵引力。根据铁路桥涵设计基本规范，双线桥采用一侧的制动力或者牵引力，按列车竖向静活载（q=137.7 kN/m）的10%计算，F=137.7×8×0.1= 110.2 kN，作用在轨顶，对单根挖孔桩，F近似取1/3计算（36.7 kN）。60轨高度176 mm，轨底距便梁底为599 mm，因此荷载F作用点距便梁底0.775 m。

（1）主动土压力计算

根据铁路桥涵设计基本规范附录A，计算作用于桩侧主动土压力（含线路上活载，取137.7 kN/m）：

主动土压力作用点至计算土层底面的距离为：

条基侧为松散回填道砟，因此只作为静载叠加在桩侧主动土压力计算结果中，条基侧土压力不单独计算，则Ea= 1374.4 kN，Ca=2.98 m。

（2）被动土压力计算

Mmax=3621.1 kN·m。

人工挖孔桩配筋如图3所示，在扩底范围及变截面以上500 mm（桩底以上1.625 m范围内）除竖向筋N1外，尚有N5钢筋（伸入变截面以上500 mm），因此在验算桩的抗弯承载力时，须同时验算桩底与桩底以上1.625 m截面。

对桩底以上1.625 m截面弯矩计算，得Ea1=979.8 kN，Ca1= 2.32 m；Ep1=234.5 kN，Cp1=0.428 m；Mk=36.7×（0.775+10.5-1.625）+979.8×2.32-234.5×0.428=2 526.9 kN·m。

综上，桩底及桩底以上1.625 m截面处弯矩分别为Mmax= 3621.1 kN·m、Mk=2526.9 kN·m。

图3 Φ1.5m挖孔扩底桩配筋图

3.2.2 抗弯验算

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）附录B，沿周边均匀布置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩，其正截面受弯承载力应符合下列规定：

（1）对桩底（扩孔直径2.25m）进行抗弯验算：

=4050+3420=7470 kN·m〉Mmax=3621.1 kN·m，满足要求。

（2）对桩底以上1.625 m截面进行抗弯验算：

计算步骤与桩底验算基本相同，局部数据有差异，A=π×

=2630.7 kN·m〉Mk=2526.9 kN·m，Ф1.5 m挖孔桩抗弯满足要求。

因此，桩底及桩底以上1.625 m截面处抗弯均能满足要求。

4 结束语

本文主要对条基下高压旋喷桩、人工挖孔桩施工工艺及技术安全措施进行了介绍，并通过高压旋喷桩加固效果计算及人工挖孔桩抗弯验算说明了增设挖孔桩的必要性及有效性。同时可以得出以下结论：

（1）理论计算结果表明，本工程高压旋喷桩加固方式可提高地基承载力13倍左右，满足设计要求。但考虑到土质、工期等方面因素，有必要在4#、5#条基下增设人工挖孔桩。

（2）人工挖孔桩抗弯验算结果表明，桩底以上1.625 m截面处弯矩Mk=2 526.9 kN·m，与桩基抗弯承载力2 630.7 kN·m很接近，但考虑到挖孔桩周围高压旋喷桩的加固作用，Φ1.5 m、深6.8 m挖孔桩能满足顶进时安全要求。

（3）由于Φ1.8 m挖孔桩所受荷载与Φ1.5 m桩基本相同，根据理论分析计算结果，Φ1.8 m挖孔桩可调整为Φ1.5 m。

[1]TB100 02.1-2005.铁路桥涵设计基本规范[S].

[2]JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范 [S].

[3]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[4]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].

[5]卢顶明.大跨度箱形桥顶进时便梁支墩的设置与施工[J].上海铁道科技.2005,2：27-28.

[6]李建群.高压旋喷桩加固下穿铁路立交工程软弱地基的应用研究[J].中国西部科技.2013,3：21-22.

[7]梁贤明.旋喷桩在既有线顶进箱涵中的应用[J].山西建筑,2008,34(36)：327-328.

[8]靳永良.高压旋喷桩在处理铁路既有路基中的应用[J].科技创新导报. 2013,2,98-98.

[9]雷鹏飞.人工挖孔桩在铁路营业线施工防护中的应用 [J].科学之友. 2010,2：45-46.

[10]洪文霞.人工挖孔灌注桩的施工技术[J].铁道建筑.2003,10：65-66.

[11]毛坤海,龚宏华.箱涵顶进线路加固中便梁支点(桩基)优化设计[J].铁道建筑.2001,2：55-56.

责任编辑：王 华

来稿日期：2017-02-22