鄭志強(qiáng)

[摘要] 通過(guò)工程實(shí)例論述在軟土地基上，地基承載力低、地下水位高的條件下，要頂進(jìn)1045t重的涵節(jié)，克服涵體受力復(fù)雜，極易產(chǎn)生扎頭和方向偏差的頂進(jìn)技術(shù)控制，確保頂進(jìn)涵節(jié)的施工質(zhì)量，從而對(duì)以后類(lèi)似在軟土地基上頂進(jìn)涵節(jié)的工程起到一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 軟土地基 鐵路框架涵 沉降控制 枕頭梁 方向和標(biāo)高

1 工程概況

寶城路立交橋是上海南站—春申復(fù)線工程的一個(gè)新增城市道路下的立交工程。寶城路立交橋位于上海市閔行區(qū)既有寶城路的北延伸段，南接寶城路與莘朱路十字路口，北通莘建東路。立交橋?yàn)?－8－8－5四孔鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)頂進(jìn)采用5+8和8+5兩孔，分兩次頂進(jìn)，下穿老滬杭鐵路三股道，設(shè)計(jì)Ⅰ道（既有（Ⅱ）道）、Ⅱ道（既有(Ⅰ)道）和既有（3）道(拆除)下方部分框架為頂進(jìn)節(jié)，長(zhǎng)度18.1m，南北兩側(cè)設(shè)計(jì)增建3、4道下方部分框架為現(xiàn)澆，共計(jì)12.5m長(zhǎng)，頂進(jìn)節(jié)基礎(chǔ)和北側(cè)現(xiàn)澆節(jié)基礎(chǔ)采取φ60cm高壓旋噴樁處理；其余部分采取φ70cm雙頭攪拌樁處理基礎(chǔ)。預(yù)制基坑地質(zhì)自上而下依次為：素填土、粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，承載層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基承載力為75kpa，地下水位為地面下2m，基坑開(kāi)挖深度為8.1m，由于預(yù)制基坑土質(zhì)較軟，基坑開(kāi)挖深度深，基坑兩側(cè)圍護(hù)設(shè)計(jì)采用SMW工法樁。

2 工程特點(diǎn)

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

2.1 每孔涵節(jié)重，頂力大，按計(jì)算最大頂力為1334t，需要設(shè)置6個(gè)300t的油頂。

2.2 地下水位高，基底承載層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基承載力為75kpa，而且地下水位高，對(duì)頂進(jìn)高程控制不利，基坑及線路下頂進(jìn)段范圍內(nèi)的降水極為重要。

2.3 本涵主體與鐵路斜交77度，分東西兩側(cè)分別頂進(jìn)，西側(cè)涵節(jié)先行頂進(jìn)到位后，東側(cè)箱體還要根據(jù)西側(cè)涵節(jié)頂進(jìn)的情況進(jìn)行調(diào)整，方向和標(biāo)高不易控制。

2.4 涵節(jié)后靠背，緊靠在地方既有的一座叫梅隴橋的橋墩，基坑開(kāi)挖及頂進(jìn)時(shí)要防止既有橋墩的位移。

2.5 本涵高5.8m，前端鋼刃角寬為1.9m，頂進(jìn)時(shí)前端開(kāi)挖坡度僅1:0.3，又是在軟土帶，頂進(jìn)施工中路基邊坡極易坍塌，所以控制好坍方是保證頂進(jìn)方向及路基、線路安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。同時(shí)，根據(jù)以前頂涵的施工經(jīng)驗(yàn)，在軟土地區(qū)，一旦涵節(jié)出現(xiàn)低頭，就很難控制，而且扎頭會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

3 頂進(jìn)方案的設(shè)計(jì)

3.1 頂進(jìn)涵前的準(zhǔn)備工作

施頂前應(yīng)對(duì)參加作業(yè)人員進(jìn)行施工技術(shù)交底和施工安全交底，分工明確，責(zé)任分明。全體作業(yè)人員均應(yīng)樹(shù)立起較強(qiáng)的安全、質(zhì)量意識(shí)，確實(shí)做到安全生產(chǎn)；“責(zé)任重于泰山，質(zhì)量就是生命”，通過(guò)全方位的努力達(dá)到工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)的目標(biāo)。

頂進(jìn)前的工作檢查：框架防水層做完，達(dá)到養(yǎng)護(hù)期；后背安設(shè)滿足要求；頂具設(shè)備，各種人員及其他設(shè)備全部到位；線路加固安全可靠，限速45km/h生效，設(shè)專(zhuān)人防護(hù)等。

頂進(jìn)前扣軌加固線路時(shí)，有關(guān)線路封鎖、要點(diǎn)、限速運(yùn)行及恢復(fù)通車(chē)等事項(xiàng)，均應(yīng)按鐵道部現(xiàn)行的《鐵路行車(chē)線路施工技術(shù)安全規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定辦理。

3.2 開(kāi)挖基坑

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和基坑開(kāi)挖情況，基坑開(kāi)挖總深度8.1m、長(zhǎng)22.2m、寬31.7m，由于預(yù)制場(chǎng)基坑和頂進(jìn)段土質(zhì)較軟，基坑開(kāi)挖深度深，基坑兩側(cè)圍護(hù)設(shè)計(jì)采用SMW工法樁，頂進(jìn)段基礎(chǔ)采取φ60cm高壓旋噴樁；其余部分采取φ70cm雙頭攪拌樁處理基礎(chǔ)。在施工φ60cm高壓旋噴樁時(shí)，為了能讓旋噴樁起到滑道作用，必須在頂進(jìn)段路基下施工六排連續(xù)重疊三根的高壓旋噴樁，使涵節(jié)在頂進(jìn)過(guò)程中從六排高壓旋噴樁上行走；同時(shí)因本工程的地下水位較高，應(yīng)采用井點(diǎn)降水方案進(jìn)行降低地下水位，確保涵節(jié)的下沉量。

3.3 頂進(jìn)涵的技術(shù)控制

3.3.1 設(shè)好觀測(cè)點(diǎn)

首先是設(shè)立固定可靠的觀測(cè)點(diǎn)。在后背漿砌片石墻上方約0.5～0.8m的橋面上設(shè)置能滿足置鏡要求的觀測(cè)點(diǎn)，在工作坑后部的砼面上再設(shè)一個(gè)點(diǎn)，也是能夠置鏡的點(diǎn)，在此點(diǎn)上置經(jīng)緯儀前視頂進(jìn)方向再左右撥偏角900，于二側(cè)邊坡上各設(shè)置固定測(cè)點(diǎn)并做好記錄。工作坑內(nèi)設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，在涵節(jié)的前端涵內(nèi)頂部設(shè)置中心點(diǎn)，用木條固定在涵內(nèi)孔徑上，以測(cè)量頂進(jìn)方向誤差。在前端二側(cè)邊墻高度1.0m處用沖擊鉆打出二個(gè)眼，用膨脹螺栓上緊，作為水平測(cè)量點(diǎn)。

3.3.2 頂進(jìn)期間的技術(shù)控制

開(kāi)始頂進(jìn)期間，技術(shù)組也和其它組一樣，三班作業(yè)，在剛頂進(jìn)時(shí)，要每頂進(jìn)一鎬測(cè)一次方向水平。在進(jìn)入固定的軌道時(shí)，原則上每頂進(jìn)二鎬測(cè)量一次?；椎刭|(zhì)堅(jiān)硬且穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)?shù)巾斶M(jìn)四鎬測(cè)量一次，但不得大于1.0m測(cè)一次。要把每次測(cè)量的結(jié)果用書(shū)面材料報(bào)給頂進(jìn)組，并互相簽字留底備查。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)一個(gè)《涵節(jié)頂進(jìn)走勢(shì)圖》，由當(dāng)班的技術(shù)員填寫(xiě)標(biāo)明測(cè)量的方向和水平點(diǎn)，其偏差點(diǎn)等情況，這樣就能直觀地反映出頂進(jìn)的狀況，要求技術(shù)人員本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神，填寫(xiě)好各種的原始記錄，如實(shí)地反映出現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。

3.4 工作坑前端枕頭梁設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑開(kāi)挖寬度和為了保護(hù)既有路基邊坡穩(wěn)定的需要，要在預(yù)制場(chǎng)前進(jìn)方向設(shè)置枕頭梁（枕頭梁采用2～3排φ70cm的雙頭攪拌樁）。一般只有一道，但由于在軟土上頂進(jìn)，有條件施工時(shí)最好設(shè)置二道，第一道緊靠預(yù)制場(chǎng)邊設(shè)置，第二道要根據(jù)頂進(jìn)涵的長(zhǎng)度，按其重心剛要離開(kāi)第一道枕頭梁時(shí)的位置設(shè)置（見(jiàn)圖1）。這樣當(dāng)涵節(jié)重心剛要出預(yù)制場(chǎng)底板進(jìn)入軟土?xí)r，其前方已到達(dá)第二道枕頭梁上，此時(shí)涵節(jié)受力點(diǎn)在預(yù)制場(chǎng)、第一道、第二道的枕頭梁上，涵節(jié)前端就不會(huì)因?yàn)橹匦倪M(jìn)入軟土而低頭；而且這二道枕頭梁在基坑開(kāi)挖和涵節(jié)頂進(jìn)時(shí)對(duì)防止路基邊坡坍塌起了重要的作用。

3.5 頂進(jìn)及油頂?shù)牟贾?/p>

在涵節(jié)頂進(jìn)前，必須對(duì)工作坑四周用φ70的雙頭攪拌樁、SMW工法樁及拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)，之后在施工的范圍內(nèi)進(jìn)行井點(diǎn)降水，在頂進(jìn)框架涵就位處的四角線路外側(cè)設(shè)置50cm寬的拉森鋼板樁，防止頂進(jìn)過(guò)程中側(cè)面坍塌，在涵節(jié)頂進(jìn)上方的線路采用24m鋼便梁進(jìn)行加固；同時(shí)做好對(duì)便梁支墩、后靠鉆孔樁、基坑圍護(hù)的SMW工法樁，后靠背旁邊的梅隴橋橋墩等關(guān)鍵部位的水平位移、沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便在頂進(jìn)過(guò)程對(duì)它們的觀察監(jiān)控。

千斤頂及頂柱布置：根據(jù)計(jì)算，涵節(jié)最大頂力為1334T，計(jì)劃采用6臺(tái)300T的油頂按斜交正頂在涵節(jié)左右兩側(cè)及中測(cè)各布置2臺(tái)，后靠背做成鋸子形（見(jiàn)圖2），頂鎬位置預(yù)埋千斤頂后座板固定螺栓，安裝好油頂和傳力柱，傳力柱方向與頂進(jìn)方向一致，并與橫向聯(lián)系梁垂直（為確保頂力柱的穩(wěn)定，每6m長(zhǎng)加橫系梁一道）。

4 頂進(jìn)過(guò)程的標(biāo)高和方向控制

4.1 涵節(jié)標(biāo)高控制

在涵節(jié)頂進(jìn)過(guò)程中，重點(diǎn)是控制涵節(jié)前端的標(biāo)高，確保它在頂進(jìn)過(guò)程中按一定的坡率上坡行走，嚴(yán)控扎頭。因此在制作滑板時(shí)，做成3‰的仰坡。頂進(jìn)初期，因滑板按3‰的坡度上坡，涵節(jié)重心后移，涵節(jié)前端不會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，但會(huì)按上坡的趨勢(shì)前進(jìn)。當(dāng)涵節(jié)重心離開(kāi)滑板進(jìn)入第一道2.4m寬的枕頭梁時(shí)，因枕頭梁是用水泥攪拌樁制作，故不會(huì)沉降過(guò)多，涵節(jié)還是按抬頭的趨勢(shì)前進(jìn)，當(dāng)涵節(jié)重心要出第一道枕頭梁時(shí)，涵節(jié)的前端已搭在第二道3.6m寬的枕頭梁上，此時(shí)涵節(jié)受力可理解為是連續(xù)梁受力，所以涵節(jié)重心出第一道2.4m寬枕頭梁時(shí)，涵節(jié)前端也不會(huì)扎頭，還是按原預(yù)定的3‰坡度仰頭前進(jìn)，當(dāng)涵節(jié)重心要出第二道枕頭梁時(shí)，此時(shí)頂程為22m，還剩7.5m就頂進(jìn)到位，涵前端標(biāo)高比設(shè)計(jì)高3.6cm，涵后端比設(shè)計(jì)高4cm。因涵節(jié)重心一旦出第二道枕頭梁時(shí)，涵節(jié)前端肯定會(huì)低頭，所以在剩余的7.5m長(zhǎng)頂程中，前端按比設(shè)計(jì)標(biāo)高高4cm控制挖土,涵節(jié)前后相對(duì)高差為平坡。使涵節(jié)在整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程中都是處于稍為仰頭和平坡的前進(jìn)趨勢(shì)，有效地控制了整個(gè)涵節(jié)的標(biāo)高，同時(shí)考慮到涵節(jié)在頂進(jìn)就位后還會(huì)下沉1.8cm，故頂進(jìn)標(biāo)高要控制在比設(shè)計(jì)標(biāo)高高3~4cm。

4.2 涵節(jié)的中線控制

涵節(jié)在頂進(jìn)過(guò)程采取如下措施：

4.2.1 在滑板上設(shè)導(dǎo)向墩：為保證箱體入土前方向正確，滑板施工時(shí)在箱體外側(cè)做鋼筋砼導(dǎo)向墩，導(dǎo)向墩間距為6m，距墻外側(cè)0.3m。從頂進(jìn)過(guò)程看，涵節(jié)在剛啟動(dòng)時(shí)的頂力為1334T，啟動(dòng)系數(shù)為1.1，啟動(dòng)后在滑板上的頂力僅為470T，其摩擦系數(shù)為0.45。這是因?yàn)樵诨屙斆嬗幸粚邮灊?rùn)滑層，箱體在潤(rùn)滑層上頂進(jìn)時(shí)方向較難控制，因而要用鋼筋砼導(dǎo)向樁控制其入土前的方向，涵前端入土?xí)r，方向前端偏左5mm,后端偏右4mm。

4.2.2 利用油頂不對(duì)稱加力來(lái)調(diào)整、控制方向

斜交框架涵在斜向正進(jìn)時(shí)，由于偏轉(zhuǎn)力偶的作用，入土越深，涵體的偏轉(zhuǎn)就越大，也就是框架軸線的偏心距隨著入土長(zhǎng)度的增加而增加。這就要根據(jù)涵節(jié)的斜向，在純角處頂力布置小一點(diǎn)，在銳角處頂力布置多一點(diǎn)，有效地克服涵節(jié)因斜向而偏轉(zhuǎn)；在頂進(jìn)過(guò)程中，涵節(jié)在入土前，因其頂力比較小，涵兩側(cè)沒(méi)有土阻力，所以只有同時(shí)開(kāi)啟涵節(jié)左右各2臺(tái)油頂即行，其頂力僅為470T；當(dāng)箱體開(kāi)始入土?xí)r，由于受涵兩側(cè)的側(cè)面土阻力的作用，頂力為680T，此時(shí)必須同時(shí)開(kāi)啟左側(cè)純角處的2臺(tái)和銳角處的4臺(tái)油頂，根據(jù)頂進(jìn)過(guò)程軸線的偏心情況（由于計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的總摩阻力因假定條件不能完全吻合，存在一定的誤差，同時(shí)前端鋼刃角左右側(cè)頂進(jìn)時(shí)吃土長(zhǎng)度也不一樣，仍難以避免使箱體偏轉(zhuǎn)），隨時(shí)調(diào)整左右側(cè)的頂力，前端涵壁側(cè)面的挖土要根據(jù)實(shí)際情況采取超挖或欠挖，使方向軸線控制在偏差5cm的范圍內(nèi)。

4.2.3 采取短開(kāi)挖、勤頂進(jìn)、勤測(cè)量，及時(shí)調(diào)整方向的辦法，做到每鎬開(kāi)挖50cm測(cè)量一次，根據(jù)測(cè)量結(jié)果隨時(shí)調(diào)整方向，將方向和水平的偏差控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。

4.3 涵底地質(zhì)不良時(shí)的應(yīng)急處理

根據(jù)鉆探的地質(zhì)資料來(lái)看，頂進(jìn)入口處的涵底地質(zhì)置于砂夾卵石層上，穿過(guò)砂夾卵石層后的地質(zhì)以淤泥為主。我們把頂進(jìn)工作坑底板設(shè)置在3‰上坡。如果遇到地質(zhì)不良時(shí)，水平方向是難以控制，最大的可能性就是頂進(jìn)前端扎頭下沉，這時(shí)就要采取：

4.3.1 扎頭坡率①在1.0～1.5％時(shí)，前端應(yīng)挖土深0.3～0.5m，換填塊體較大的片石（最好是條石），并用砂夾碎石嵌縫或灌水泥砂漿。

4.3.2 扎頭坡率在≥1.5％時(shí)，前端除采用（1）項(xiàng)不能揚(yáng)起扎頭時(shí)，再用舊木枕橫排、短鋼軌縱向排列，再加沙夾碎石夯填密實(shí)后再頂進(jìn)。

4.3.3 遇到地質(zhì)不良時(shí)，首先應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)測(cè)量工作，及時(shí)提供情況，不能等到明顯扎頭時(shí)再來(lái)處理，那將提高處理難度。所以當(dāng)班人員一經(jīng)發(fā)現(xiàn)土質(zhì)明顯變化，可能扎頭時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)作業(yè)，及時(shí)通知工地負(fù)責(zé)人。工地負(fù)責(zé)人應(yīng)立即召集相關(guān)部門(mén)和領(lǐng)導(dǎo)，共同研究處理方案。任何人不得私自處理、盲目頂進(jìn)。

如果頂進(jìn)涵出現(xiàn)明顯揚(yáng)頭時(shí)，前端基底采取逐步超挖的辦法進(jìn)行處理。鋼刃角上部與前進(jìn)的土層夾緊時(shí)，應(yīng)用人工下部挖除，不能把鋼刃角當(dāng)作導(dǎo)向墩來(lái)使用，以免鋼刃角過(guò)度受力而扭曲變形。

4.3.4 頂進(jìn)涵內(nèi)滲水和流沙層的處理方法

雖然采用井點(diǎn)降水, 但是不可能抽干全部的地下水，積水在前端不能自排，水不排干，土方無(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖及運(yùn)輸，為此應(yīng)采取以下處理方法：

配置小型抽水設(shè)備，從前端及涵節(jié)鎬鍋內(nèi)進(jìn)行抽水，排水管視水量大小而配備，管路材料最好用PVC管, 順涵一側(cè)松架布置。隨著涵的頂進(jìn)，管道在工作坑出口處不斷地接長(zhǎng)，把水排入工作坑的集水井內(nèi)，再往上排水。這樣的排水設(shè)置一定要注意安裝漏電保護(hù)裝置。同時(shí)應(yīng)把電纜線架高布設(shè), 不得拖放在地上。

當(dāng)掘進(jìn)前方碰到流沙層時(shí)，應(yīng)本著暫時(shí)停止頂進(jìn)，先處理，再頂進(jìn)的程序。如果是正面出現(xiàn)流沙層時(shí)，要控制掘進(jìn)土方的進(jìn)度，根據(jù)情況，用木料、短鋼筋打入易于坍塌的土層，待砂層的水排出穩(wěn)定后再施工。如果是二側(cè)出現(xiàn)流沙層時(shí)，待流沙層排水穩(wěn)定后，再往流沙層內(nèi)填塞稻草、水泥袋、木料、竹編等，外側(cè)上下再用短鋼筋或木樁釘住，護(hù)住填塞物，注意二側(cè)的填塞物或木樁不能影響二側(cè)的頂進(jìn)。涵二側(cè)及涵頂?shù)奶w空隙禁止用草袋內(nèi)裝土填塞，因?yàn)樘畈荽?，在涵頂進(jìn)時(shí)造成草袋滾動(dòng)會(huì)使空隙越滾越大。

5 結(jié)語(yǔ)

從本次在寶城路軟基頂涵中，通過(guò)采取了以上有效的措施，涵節(jié)頂進(jìn)到位后的情況是：涵前端標(biāo)高比設(shè)計(jì)高1.9cm，方向偏杭州方向1.8cm；涵后端標(biāo)高比設(shè)計(jì)高3.6cm，方向偏杭州方向1.8cm。經(jīng)過(guò)幾天的運(yùn)營(yíng)后，涵節(jié)下沉2.4cm，目前涵前端標(biāo)高比設(shè)計(jì)低0.5cm, 涵后端標(biāo)高比設(shè)計(jì)高1.2cm。

（1）通過(guò)這次軟基上的頂進(jìn)，我們從中得到，在整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程中，始終要保證涵節(jié)前端處于稍有仰頭和相對(duì)平坡?tīng)顟B(tài)，這樣就極容易控制涵節(jié)的水平按我們預(yù)先設(shè)想的軌跡前進(jìn)。當(dāng)然要使涵節(jié)保持稍有仰頭，首先就要處理好頂進(jìn)段的滑道樁和預(yù)先設(shè)計(jì)好在預(yù)制場(chǎng)前端的二道枕頭梁，使它既能有效地防護(hù)路基邊坡，又能在涵節(jié)頂進(jìn)過(guò)程中起到支點(diǎn)作用。

（2）控制涵節(jié)方向的關(guān)鍵在于分配好左右油頂，使它在頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)向墩和調(diào)整左右不對(duì)稱的頂力控制涵節(jié)前進(jìn)的軸線方向。由于軟基地質(zhì)情況復(fù)雜多變，頂進(jìn)前要先掌握好地基的承載力，地下水位標(biāo)高、地下有無(wú)障礙物等情況，預(yù)先對(duì)它們進(jìn)行處理（比如封閉工作坑后進(jìn)行井點(diǎn)降水，降低地下水的水位；挖攔水溝，防止表面水流入工作坑內(nèi)，及時(shí)抽走部分剩余的地下水，使基坑保持干燥，提高地基的承載力等）。同時(shí)頂進(jìn)時(shí)做到短開(kāi)挖、勤頂進(jìn)、勤測(cè)量，及時(shí)調(diào)整方向和水平，就能較好地控制涵節(jié)的頂進(jìn)質(zhì)量。通過(guò)這次頂進(jìn)，我們積累了一些在軟基上頂涵和在涵底地質(zhì)不良時(shí)的應(yīng)急處理的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后類(lèi)似在軟土地基上頂進(jìn)涵節(jié)起到借鑒作用。