馮燕萍

（杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司道橋所，浙江 杭州 310000）

1 概述

隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)總值已經(jīng)躍入世界前列。在這樣的大背景下，我國(guó)的鐵路建設(shè)速度也一樣發(fā)生了巨大變化，從二十世紀(jì)末至今，經(jīng)歷了數(shù)次大提速。鐵路交通的大發(fā)展帶動(dòng)了一方經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通的便捷大大提高了全國(guó)人民的生活質(zhì)量。但是，由于鐵路建設(shè)的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性，不可避免地與地方道路發(fā)生交叉，并對(duì)城市村莊進(jìn)行了切割。為認(rèn)真貫徹和落實(shí)總書記關(guān)于鐵路沿線安全環(huán)境治理工作重要指示精神，同時(shí)也是為了保證人民人身和財(cái)產(chǎn)安全，需進(jìn)行平改立工程改造，徹底解決道口影響鐵路運(yùn)輸安全的外部環(huán)境安全隱患問題。

然而鐵路平改立項(xiàng)目一般都具有施工工期短，工程投資受控等特點(diǎn)。因此，必須深入研究如何在保證臨營(yíng)鐵路施工安全的同時(shí)，盡可能縮短工期，降低平改立項(xiàng)目的工程投資。而對(duì)于平改立工程（尤其是下穿鐵路工程）一般涉及橋涵及道路結(jié)構(gòu)的基坑開挖，如何優(yōu)化基坑工程設(shè)計(jì)來縮短工期、降低工程建設(shè)費(fèi)用是各個(gè)階段設(shè)計(jì)時(shí)需要分析和解決的問題。

文中以金千鐵路平改立項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)道路基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)選，優(yōu)化方案不僅能滿足臨營(yíng)鐵路基坑開挖安全的要求，也能壓縮工期，降低造價(jià)。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程概述

該項(xiàng)目位于蘭溪市，已建1-6.0×4.0m 鐵路框架橋下穿既有金千鐵路，下穿段機(jī)動(dòng)車道為新建四級(jí)公路，起終點(diǎn)均與既有道路相順接。設(shè)計(jì)范圍內(nèi)公路全長(zhǎng)約280m，道路穿越鐵路兩側(cè)走向呈S 形，道路邊線距離鐵路中心線最近僅為9.0m, 兩側(cè)道路施工均為臨營(yíng)鐵路施工。路面設(shè)計(jì)標(biāo)高在地下水位以下的路段，本工程支擋結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土U 型槽封閉地下水，U 型槽基坑開挖深度0.7～5.41m。道路平面線位走向如圖1 所示。

圖1 線位平面示意圖

根據(jù)該項(xiàng)目地質(zhì)詳勘報(bào)告顯示，該范圍土層分別為雜填土、粉質(zhì)黏土、圓礫、粉砂巖以及強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。

本工程道路及U 型槽基底均位于粉質(zhì)黏土層，該地層能夠滿足U 型槽基底承載力的要求，所以無(wú)需進(jìn)行地基處理。

2.2 原基坑支護(hù)方案

本工程U9～U10 范圍內(nèi)因開挖深度最大，一側(cè)離金千鐵路中心線距離最小僅有4.0m，另一側(cè)離既有建筑物邊僅4.0m，基坑開挖邊界條件受限，其余范圍內(nèi)基坑均采用鋼板樁支護(hù)及放坡開挖。為確保既有金千鐵路運(yùn)行的安全，且能保障施工期間路基穩(wěn)定，采用D24 型施工便梁對(duì)線路進(jìn)行加固，施工期間限速通行。

在道路U 型槽結(jié)構(gòu)基坑開挖深度3.0～5.5m 路段內(nèi)，采用φ80cm 鉆孔灌注樁（樁長(zhǎng)為15m），外側(cè)加兩排φ60cm@20cm 水泥攪拌樁止水帷幕進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，并設(shè)置Φ609×14@5m 鋼管橫撐。原基坑設(shè)計(jì)平面圖如圖2所示。

圖2 原基坑支護(hù)平面圖

經(jīng)計(jì)算，本方案雖能滿足一級(jí)基坑的設(shè)計(jì)要求，但該方案存在施工的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且基坑支護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高等缺點(diǎn)。

2.3 基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)

因本工程為平改立項(xiàng)目，工程投資受控，工期較緊，結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)原基坑支護(hù)方案進(jìn)行了比選。

2.3.1 基坑圍護(hù)方案比選

根據(jù)本道路U 型槽基坑工程的挖深、周邊建構(gòu)筑物現(xiàn)狀情況、施工場(chǎng)地環(huán)境條件和實(shí)際地勘情況，目前可以考慮的支護(hù)方案一般包括：①全放坡開挖形式；②復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)；③拉錨式排樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)；④單排樁或雙排樁懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)；⑤內(nèi)撐式排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

放坡開挖是目前工程造價(jià)最低的圍護(hù)形式，施工速度較快、土方開挖較方便等，在但現(xiàn)場(chǎng)踏勘的實(shí)際情況來看，U 型槽基坑邊離金千鐵路及周邊房屋最小距離均不到5m，基坑四周不具備完全放坡開挖或部分放坡的條件。

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)施工亦較為便捷而且施工工期相對(duì)較短，但相對(duì)放坡開挖費(fèi)用較高，且本基坑距離鐵路和建筑物均極近，土釘墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也存在空間的問題，因此不采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。

拉錨式排樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)周邊的影響較小、受力也較好、且工程費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。但本基坑開挖范圍空間極小，因此本工程基坑開挖不適合采用拉錨式排樁墻。

單排樁懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)一方面受力相對(duì)較差，工程費(fèi)用較高，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形較大，因此不采用單排樁懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)撐式排樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)規(guī)避了排樁懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)外，對(duì)土質(zhì)條件相對(duì)較差的深基坑內(nèi)同樣適用，所以本工程道路U 型槽結(jié)構(gòu)基坑經(jīng)過各支護(hù)結(jié)構(gòu)的比選，采用內(nèi)撐式排樁墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

排樁墻目前有以下三種形式，各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

鉆孔灌注樁排樁墻技術(shù)工藝極為成熟、施工效果較好，目前已在很多地區(qū)的深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)中得到了較好的應(yīng)用。因此本基坑原方案就是采用鉆孔灌注樁排樁墻進(jìn)行支護(hù)。

SMW 工法結(jié)構(gòu)具有抗彎能力相對(duì)強(qiáng)、節(jié)省工程費(fèi)用、且可節(jié)約圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間。但三軸水泥攪樁機(jī)械龐大，場(chǎng)地要求較高，耗電量巨大，施工速度一般，且目前市場(chǎng)上型鋼租賃費(fèi)用較高，因此本方案不采用SMW 工法圍護(hù)樁。

PC 工法組合鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)兼具有SMW 工法結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)外，施工相對(duì)比較靈活、而且可回收再利用（也能降低費(fèi)用）綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，且能節(jié)約圍護(hù)結(jié)構(gòu)空間的同時(shí)，也能提高工程建設(shè)的速度，從而降低工程費(fèi)用。

2.3.2 基坑圍護(hù)計(jì)算

針對(duì)本工程基坑采用PC 工法組合鋼管樁支護(hù)進(jìn)行了計(jì)算?；硬捎脝⒚餍怯?jì)算如圖3、圖4 所示。

圖4 變形內(nèi)力包絡(luò)圖

從圖3、4 計(jì)算結(jié)果可以看出，該工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能滿足一級(jí)基坑設(shè)計(jì)的要求。

圖3 基坑計(jì)算概況圖

2.3.3 基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合計(jì)算數(shù)據(jù)及對(duì)工程經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析，對(duì)開挖深度3.0～5.410m 區(qū)段的基坑支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用PC 工法樁（?630x14 鋼管樁@1500，樁長(zhǎng)為14m+兩個(gè)包Ⅳ型拉森鋼板樁，樁長(zhǎng)為9m），樁頂設(shè)置Φ609×14@5m鋼管橫撐?；釉O(shè)計(jì)如圖5～圖7 所示。

圖5 優(yōu)化基坑支護(hù)平面圖

圖6 PC 樁平面詳圖

圖7 基坑橫斷面圖

2.4 圍護(hù)形式的比較

鉆孔灌注樁作為較為常用的基坑支護(hù)樁，雖然技術(shù)工藝成熟，但也存在一定的問題，比如施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較久，止水需單獨(dú)設(shè)置水泥攪拌樁止水帷幕，而且止水效果不容易控制和保證，會(huì)產(chǎn)生泥漿不環(huán)保，施工完后形成了永久性的障礙物等缺點(diǎn)。而PC 工法樁作為一種新型圍護(hù)樁，剛好對(duì)鉆孔灌注樁的這些缺點(diǎn)進(jìn)行了克服，它具有施工工期較短，不需要水泥和養(yǎng)護(hù)時(shí)間,；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力較好，且剛度大，能減小基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境及建構(gòu)筑物的影響；而且可以回收再利用，綠色環(huán)保；止水效果好等優(yōu)點(diǎn)。相比于鉆孔灌注樁，PC 工法組合鋼管樁具有一定的優(yōu)勢(shì)，且PC 工法樁兼具了止水帷幕的效果，總體工程造價(jià)相對(duì)較低，且節(jié)約了圍護(hù)空間。

經(jīng)過費(fèi)用測(cè)算和對(duì)比，本工程U9～U10 范圍內(nèi)開挖深度最大路段采用PC 工法樁進(jìn)行優(yōu)化基坑設(shè)計(jì)后，較之前采用的鉆孔灌注樁支護(hù)加水泥攪拌樁止水帷幕的基坑圍護(hù)方案，工程建安費(fèi)用減少將近300 萬(wàn)，符合本平改立工程的費(fèi)用要求。價(jià)格組成如表1 所示。

表1 本工程PC 工法樁價(jià)格組成表

本工程優(yōu)化后的基坑方案施工工期與原方案相比，預(yù)計(jì)節(jié)省45 天。該方案縮短了工期，也在一定程度上減少了工程造價(jià)。

3 PC 工法樁的適用條件

PC 工法樁目前普遍適用于軟土，粉砂，黏土，卵石，淤填土、吹填土，PC 工法樁的施工工藝通常需要根據(jù)具體的地質(zhì)情況來選取最適當(dāng)?shù)氖┕し桨浮?/p>

4 PC 工法組合鋼管樁施工相關(guān)要求

4.1 PC 工法樁中拉森鋼板樁需采用小止口施工。

4.2 PC 工法樁的空隙也需要采用小企口拉森鋼板樁進(jìn)行連接。

4.3 PC 工法樁必須嚴(yán)格控制好鋼管樁下沉?xí)r候的速度，鋼管樁下沉速度一般為1m/min。

4.4 PC 工法組合鋼管樁長(zhǎng)度、組合形式、材料強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并滿足相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范。

5 PC 工法樁的社會(huì)效益

目前國(guó)內(nèi)PC 工法鋼管樁約20 萬(wàn)噸，若按每年使用兩次計(jì)算，則每年使用的鋼管樁和拉森鋼板樁，可節(jié)約砼大約100 萬(wàn)方，節(jié)約鋼筋約10 萬(wàn)多噸，節(jié)約水泥約12萬(wàn)噸。每年節(jié)約的鋼材相當(dāng)于可再建二艘航母。

6 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)過程中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在考慮對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路安全的前提下，對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行了全面的分析，并采取了針對(duì)性的設(shè)計(jì)和方案比選。基坑設(shè)計(jì)在確保鐵路和基坑工程安全的同時(shí)，也滿足平改立項(xiàng)目特殊性的要求。新建道路的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用的專項(xiàng)設(shè)計(jì)措施合理、有效。為工程建設(shè)的順利開展提供了可靠的技術(shù)支持。

PC 工法樁因其自身優(yōu)勢(shì)，目前已越來越多應(yīng)用于工程實(shí)踐，但國(guó)內(nèi)目前階段使用施工工藝，還是會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪音，尤其在臨營(yíng)鐵路中應(yīng)用仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患，未來靜壓工藝的廣泛應(yīng)用勢(shì)必能降低對(duì)鐵路安全的風(fēng)險(xiǎn)，也將進(jìn)一步開拓PC 工法樁的應(yīng)用范圍。