特殊环境下铁路桥墩加固承台基坑围护及开挖方法探讨

折 磊 中国铁路上海局集团有限公司上海工务大修段

1 工程概况

徐州市轨道交通3 号线下穿既有铁路京沪四线、东到线白云山立交桥，对既有白云山铁路桥下部结构有较大影响，需对3号线下穿铁路两侧的桥墩进行加固。白云山铁路大桥建于1990 年，桥上铁路分别为京沪四线和东到线，对应铁路里程分别为K801+595、K1+091。白云山桥为两座分离式单线铁路，桥均采用48 m 钢桁梁，下穿影响的桥墩编号为50#、51#，东侧为京沪四线，西侧为东到线。桥址处白云山桥上跨响山路、京沪铁路下行线及小运转线，桥下管线较多，白云山大桥桥墩距小运转铁路股道约3 m。既有白云山铁路桥50#、51#墩采用三柱式轻型墩+钻孔灌注桩基础，墩身截面为1.6 m×0.6 m，墩身高分别为8.5 m、5.6 m，承台尺寸为纵×宽×厚=5 m×6.6 m×2 m，基础采用6Φ0.8 m 钻孔桩，桩长分别为11.5 m、13 m（图1）。

图1 现场情况及示意图

2 施工任务

对白云山铁路铁路桥50#、51#桥墩及承台进行包裹加固，51#B 墩距离既有最近，主要以51#B 墩进行研究讨论，根据设计图纸的要求，桥墩两侧分别设置2 根φ1 m 的钻孔桩，51#B墩有效桩长11 m，采用C30混凝土。51号墩B 承台四周采用拉森钢板桩进行围护开挖。 开挖至既有承台底面，钻孔桩伸入新建承台，既有承台进行加宽加高，加固后承台横截面尺寸为纵×宽×厚=8.75 m×6.6 m×4.5 m，对既有桥墩墩身进行混凝土包裹，高度与盖梁底齐平，加固后墩身尺寸为宽宽×高度=2.2 m×4.3 m（图2）。

图2 施工情况示意图

3 施工环境与存在的难点

51#B 墩一半在响山路人行道上一半在铁路工务工区房屋后，作业空间非常狭小，大型机械难以进入，按设计图纸要求，围护钢板桩与小运转线线路中心距离只有1.87 m，根据现场标高测量结果，基坑底与靠线路一侧基坑底高差为6 m，基坑深度较深，小运转线与京沪下线间电气化杆距基坑不足5 m。电气化杆基础只有2 m 深。基坑围护支护必须要得到保证，对线路路基及铁路设备安全影响巨大。且施工影响的四条线路均为徐州站铁路枢纽内，对徐州北、徐州南、徐州站的列车运行都会产生巨大的影响，铁路设备安全至关重要。经过一段时间的施工，承台其余三侧钢板桩施工已经结束，但靠近既有线一侧钢板施工受阻，前期利用封锁点进行线路侧钢板桩施工，钢板只打入四根，且入土深度均不超过4m，经过调查分析，小运转线先建白云山铁路桥后建，铁路桥施工时可能采用混凝土和大型石块回填，导致钢板桩不能打入。承台基坑距离小运转线距离小、深度较深，必须进行好围护才能进行施工，施工进入暂停状态。如何保证小运转线路基稳定及电气化杆安全稳定成为下一步施工的重点。

4 围护方案研究比选及确定

根据现场实际情况，为确保铁路路基安全稳定，先在承台位置对应线路上架设D16 便梁，确保铁路路基安全稳定，再进行方案的进行研究探索。经过多次的现场测量、施工机械调查和方案讨论，提出三种施工方案。具体如表1。

表1 基坑围护及路基加固方案对比表

组织施工、监理、设计、业主、铁路设备管理单位进行讨论，对以上四种方案进行分析对比，方案1挖孔桩围护工期太长、铁路边降水施工风险大方案不可行，方案2 重力式挡墙，需从上往下施工，挡墙没有受力点，验算不能通过，方案3 土钉墙，土钉锚入路基下，路基为回填土，不是原状土，土钉锚无法受力，方案不可行。方案4 钢板桩挡墙，钢板桩横向设置，一边与简支梁桥桥台混凝土固定，一边与另一侧钢板桩焊接，开挖50cm 施工一层，在对钢板桩进行纵向连接形成整体，利用既有桥墩进行支撑，方案可性行大，设计单位进行验算补充。

经设计单位进行多次验算，增加支撑，可以达到围护及保证路基安全稳定的效果，经大家一致同意，按照设计重新验算补充结果，执行方案4的施工方法（图3）。

图3 最终施工情况示意图

5 施工方法

（1）施工工艺流程

基坑开挖（1.12 m）——桥台混凝土植筋固定焊接——钢板桩横撑安装、焊接加固——焊接水平钢支撑2 道——继续基坑开挖（1 m）——钢板桩横撑安装、焊接加固——继续基坑开挖（1 m）——钢板桩横撑安装、焊接加固——焊接水平钢支撑2道——继续基坑开挖（1 m）——钢板桩横撑安装、焊接加固——焊接水平钢支撑1 道——继续基坑开挖（1 m）——钢板桩横撑安装、焊接加固——焊接水平钢支撑1道。

（2）基坑开挖

基坑开挖分5 次进行，每次开挖深度分别为1.4 m、1 m、1 m、1 m、1 m。开挖完成后及时按照要求设置钢板横撑。一端固定于于响山路既有桥台植筋上（仅桥台上口混凝土处进行植筋）并增加支撑，支撑在边柱上。另一端焊接固定在已施工的槽钢桩上，并从中柱设置支撑，支撑在槽钢桩中心。

（3）桥台混凝土植筋固定焊接

考虑老桥台为片石墙，受力性能有限，故仅在支座垫石层（约50 cm 厚混凝土）上进行植筋φ20@15 cm，用于固定及安装槽钢桩横撑，植筋完成后采用C25混凝土进行包固保护。另一端设置已施工的钢板桩上焊接加固。

（4）钢板桩横撑安装、焊接加固

首道横向钢支撑安装到位后，按逐根向下依次施工，考虑施工空间，将钢板桩横撑切割为1.6 m 和3 m，安装完成后焊接连接，并绑焊接φ20的钢筋进行加固，若钢板桩接缝不规整，可填充适当直径的钢筋进行绑焊连接。

首层施工完成后，按照上述工艺继续下层施工。

基坑采用边围护边开挖，到达既有承台底标高后，立即浇筑混凝土垫层进行基坑封底，保证基坑安全稳定，然后依次进行承台加固钢筋混凝土施工，利用钢板桩围护做外模，直接浇筑承台混凝土，确保路基安全稳定。

（5）铁路设备监测

在各个位置设置监测点，1.D16 便梁支墩沉降测点，2.桥墩承台沉降位移测点，3.铁路路基监测点，4.电气化杆监测监测点，施工过程中按照要求对每个观测点每2 h 进行一次观测，确保铁路设备安全稳定，直至施工结束，小运转线路基沉降最大累计值为-0.96 mm，51#B 墩最大累计位移为X-0.822 mm，Y0.05 mm，电气化杆无任何位移变化，各项变化值均在允许范围内。

6 结束语

通过此次施工方法的探究摸索，解决了施工空间狭小，距离铁路线路距离较近的铁路桥加固施工过程中基坑开挖及围护方法有了一定的经验教训，施工过程中铁路设备安全得到了有效保证，施工难题得到了解决，近距离邻近营业线施工保证铁路设备安全稳定是施工过程中的重点和难点，也为后期城市轨道交通下穿铁路桥施工奠定了一定的基础。