高地下水位顶进桥涵控制

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　　摘 要：桥涵顶进施工方法施工程序性强，对既有线运行干扰相对较少，同时桥涵整体性能好，刚度大，抗震性能好，因而得到了广泛应用。本文简述了桥涵顶进施工法在公路下穿铁路线路交叉时的应用及施工技术，以及施工注意事项，对今后工程施工有一定的参考作。
　　关键词：桥涵；顶进施工；施工技术
　　中图分类号：U4 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2009)02-0040-04
　　
　　桥涵顶进施工方法施工程序性强，对既有线运行干扰相对较少，同时桥涵整体性能好，刚度大，抗震性能好，因而得到了广泛应用。但由于它本身与既有线联系紧密，如操作方法或技术措施不当，很容易酿成安全事故，甚至会出现不堪设想的后果。
　　
　　1 桥涵顶进主要施工方法
　　
　　1.1 顶入法
　　这是最早也是最基本的桥涵顶进方法，就是先开挖工作坑，筑起顶进后座，在工作坑内施工顶进结构的节段或吊入预制顶进结构节段)，铁路的线路加固（轨道及路基边坡)，安装顶进的机械设备，挖土顶进，直至设计位置。
　　
　　1.1.1 顶进法可分下列几种：
　　1）一次顶入：一次顶入法施工设备及工艺都比较简单，被普遍采用。主体结构要一次过制好，要求工作坑较大、传力柱较长、顶力较大、后座也相应较强。适用于顶进端有足够的场地设置工作坑和后座、地形及地质条件能满足后座的场所。
　　2）分段顶入：当桥涵长度较大，一次顶入有困难时，可采用分段顶入法，即逐段制作，逐段顶进。这样可以压缩工作坑长度、传力柱长度。此法比一次顶进法施工速度慢，适用于施工场地狭窄的场所。
　　3）中继顶入：多节段桥涵逐节顶进，每一节的顶进均以后一节为后座，最后一节则以预先建好的构筑物为后座。每一节缝间均要安装千斤顶，千斤顶两端支撑于节段底板的齿墩。此法顶力小、后座简单、传力柱短，但千斤顶用量较多，施工速度较慢，适用于多节段顶进、后座条件差的场所。齿墩需凿除，节缝需填塞并防水处理颇为麻烦。
　　另外还有一种方法叫对顶，因极少有人尝试此法在此不做详述。
　　1.1.2 工作坑施工
　　工作坑施工主要包括工作坑开挖、滑板浇注及顶背施工三部分。
　　工作坑是预制和顶进框架桥涵的场地。其大小要根据原铁路两侧的地形、地物、场地及顶背大小，以及框架桥涵尺寸等情况综合考虑，并留出一定的预制与顶进操作空间。工作坑边坡坡度大小应根据规范要求设置，靠近铁路路基一侧的边坡要缓于1：1，在确保安全的前提下，尽量减少开挖数量，以缩短顶进长度。
　　滑板主要作用是：①作为预制框架桥涵的底板与施工垫层，使在浇灌混凝上时不产生沉降与变形，确保框架桥涵的预制质量；②作为框架桥涵与基底上体的隔离层，减小顶进阻力；③滑板两侧设方向墩，对框架桥涵顶进起导向作用。同时也是安放顶进设备的场地，故要求滑板要有足够的强度、刚度与稳定性。为了能使预制好的框架桥涵在滑板上顺利起动顶进，防止滑板与箱体粘结，减小顶进阻力，要在滑板上设置润滑隔离层。
　　顶背主要是承受水平顶力，并均匀地分散传递顶力的临时结构，要有足够的强度、刚度和稳定性，在顶进全过程中不裂不断，不能有较大的变形和位移。顶背的形式主要有板桩式、梁柱式、重力式等几种，施工时可利用地形地物，根据现场情况因地制宜选择合适形式，并与工作坑及滑板一并施工。施工时尽量不动顶背后上体，顶背与滑板用钢筋连接，以保持整体性。如果顶背后土压力不够，可通过加反压土，打设钢板桩或钢轨加固来解决。
　　1.2 顶拉法
　　不少于四个节段的桥涵顶进，节段内净宽不小于3m可以设置传力拉杆（两侧)和齿墩。在顶某一节段时，其余各节段共同作为组合后座，这种逐节顶进、互为后座的顶进方法称为顶拉法。此法适用于桥涵节段四个以上，结构内宽3m以上，路基外侧能设置足够长大的工作坑，而设立后座又特别难的场所。
　　值得一提的是此法有个独一无一的特性-桥涵节段可以逐一顶进，也可以逐一后退。这对顶进中碰到某些问题，比如遇到软土而严重低头、土质不均匀而发
　　生较大的歪斜，碰到难于逾越的地下障碍物、水准或方向严重失控等等，可以整体退回一定距离，待问题处理后，重新一起向前顶进。
　　1.3 牵引法
　　牵引法是先压路基内用专门设备钻水平孔，然后穿入钢绞线束，一端系于制好的桥涵上，另一端系于穿心式千斤顶上，并以路基或其他构筑物为后座，通过千斤顶的张拉，钢绞线使牵引桥涵节段前进。此法不必设置重型的后座，以拉代顶，钢绞线也有一定的导向性。
　　
　　2 地下水对桥涵的影响
　　
　　地下水（ground water）存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中的水。广泛埋藏于地表以下的各种状态的水，统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。地下水和软土地有区别，软土地基不一定涌水。桥涵建筑遇到软土或地下水发育地区，均以特殊路段路基施工处理，其中包括软基处理，如盲沟处理、U型结构等。桥涵顶进常常碰到地质资料不准确的问题，由于铁路路基上，(特别是站场上)，线路多、线间距小，设计时不能进钻机钻探，往往是在路基两侧钻探，连线判断地质，经常出入很大。顶进时碰到软土，手忙脚乱，甚至首节突然低头无法纠正。
　　软基作为一种特殊土的一种，有其独特的土力学性能：其天然含水量高，一般大于30%；孔隙比大，天然孔隙比e>1；压缩系数高；透水性低。竖向与水平渗透性不同一般垂直方向的渗透性系数要小些；抗剪强度低，因为软基的内摩擦角接近于零，抗剪强度主要决定于内聚力；是一种呈软塑到流塑状态的饱和粘性土。在软基地基桥涵顶进施工过程中，经常出现箱体抬头、扎头及方向偏移一系列问题。给正常施工带来很大困难，严重影响施工安全和施工质量，有时还会造成永久性的施工缺陷。
　　桥涵顶进有其特殊的工作环境，受空间小、工期紧的限制，软基处理的许多办法在这里无法施展，可选择如下的一种办法：
　　1）挤密法：以坚硬材料压入软基内，如片石、碎石、混凝上块等减少软土的孔隙比，使土体由软土变为混合土，提高其承载能力。
　　2）换填法：对于层厚不大的软基，可用换填法。边顶边挖边换填，填料可用沙、碎石、石屑、矿砖等硬块状或粒状物，甚至有用混凝土的。换填后往往顶进阻力增加，只要顶力足够，问题不大。
　　
　　3 低头
　　
　　桥涵顶进经常碰到低头的现象，发生低头的原因如下：
　　①路基内顶进桥涵的持力层或下卧层软弱；②软弱土层由薄变厚，顶进首节前端沉降不断增大；③土质由硬变软，由好变坏；④挖土时向下超挖；⑤桥涵分节过短，容易转动；⑥顺力作用点过高或向下斜；⑦首节前端上尖式三角形向前延伸，或安装大钢刃架，或采用横梁附着法的线路加固，以至形成一个颇为危险的数量较大的“低头弯知”。
　　低头的处理办法：
　　“低头”偏差的控制：
　　1）加大刃角阻力，尤其是上部刃角的阻力将是避免框架“低头”的有效措施。因此，宜减小路基坡率，缩短框架距路基上角的距离，使得刃角及早“吃土”。
　　加大刃角阻力最方便的办法是“切土”顶进，即不挖除刃角处的土壤，采取强力顶进。当然“切土”顶进会发生箱体回弹的特殊现象，其原因是“切土”顶进引起土壤压缩，当回镐时箱体即被土壤弹力推动后移。另外，“切土”顶进时，由于刃角阻力较大，会对既有路基产生较大的变形。故“切土”顶进时，必须加强对既有线路的加固措施。
　　当然设置门槛接长滑板也是缩短框架路基上角距离的有效途径。尤其是在顶进箱身较短的框架时，若不处理得当，开顶不久就会出现严重“低头”。
　　2）滑板预留“船头坡”，其目的是设想在出现“低头”时能落到预期位置，一般其坡率为3%~5% ，坡长1.0~ 1.5 m左右。主要视土质情况而定，土质密实，
　　坡率可小些；土质松软，含水量大则坡率应大一些。必要时也可以垫混凝土或钢筋混凝土预制块强制上坡。
　　3）合理布置千斤顶的位置，尽量减少由于顶力而产生的“扎头”力矩，即降低油顶轴线高度。
　　4）顶进箱体过程中亦可以结合箱身基底的软基加固处理，可采用“边顶边压”预制钢筋混凝土方桩。常用的预制钢筋混凝土方桩的截面尺寸为25cm×25cm-35cm×35 cm，若受箱体内净空的制约则可分节顶进，节间采用法兰接头或硫磺胶泥接头处理。
　　5）软土地基宜在整个顶程范围内进行全断面的复合地基加固。日前常采用水泥搅拌桩或高压旋喷桩等处理之，这样可以有效避免滑板前端部至就位后的箱体尾部间的顶程段由于地基未处理而产生较大的“低头”。
　　6）一旦发现箱体有“低头”趋势而又尚未超限时，可进一步强化降水，并在箱身前进行高压旋喷桩或抛片石，增设混凝土或钢筋混凝土垫梁，必要时可在垫梁底增打钢板桩。
　　
　　4 “抬头“偏差的控制
　　
　　一旦发现箱体有“抬头”现象时，应在刃角处适当超挖，以增加“扎头”力矩。一般，当箱身重心行进到开始超挖点的附近时，其高程的顶进记录才逐渐显现。切忌急速大量超挖，急于求成反而易出事故。
　　近年来，在软土地区的顶进桥涵箱身基底常采用高压旋喷桩进行复合地基加固处理。箱体顶进过程中一定要将前面的高压旋喷桩挖至设计高程，若有条件
　　建议设置10 ~20cm的砂夹碎石垫层为宜。若顶进过程中不对桩顶高程进行量测，极易引起“抬头”超限。
　　
　　5 斜交桥涵顶进
　　
　　斜交桥涵顶进同正交桥涵顶进相比，显然困难得多，简列如下：
　　①线路加固长度增加，而且线路荷载对首节顶板不能均衡作用；
　　②节段进入路基之后，两侧吃土不等，所受摩阻力也不等，这一不对称因素将导致桥涵偏移；
　　③顺进设备及后座要特别加强，以备纠偏之用；
　　④轨道容易变形，影响行车安全。
　　有鉴于此，斜桥涵顶进，其施工方案要在线路加固上，顶力不从心布置上、后座修建上、施工控制上作通盘考虑，对可能出现的各种问题，预定对策，有备无患。
　　纠偏办法如下：
　　①后面偏顶；
　　②前面偏挖；
　　③一侧偏顶；
　　④的一侧偏挖；
　　⑤前而横顶；
　　⑥后面横项（同e反向）。
　　
　　6 安全
　　
　　顶进桥涵施工，安全工作是永恒的主题，特别是既有线行车安全。一定要牢牢树立“既有线上无小事”的观念，不可因其单位工程小而存在麻痹思想和侥幸心理。顶进桥涵施工，专业性很强，技术要求高，必须由熟练的专业人员进行操作。注重施工程序管理、制度落实，确保顶进桥涵的顺利到位，没有行车安全事故。
　　
　　参考文献
　　［1］ T B 10415-2003铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］.
　　［2］ T B 10203-2002铁路桥涵施工规范［S］.
　　［3］ 朱健身，陈东杰.城市地逝桥顶进施工技术及工程实例［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.
　　［4］ 冯卫星.王克丽.地道桥设计与施工［M］.石家庄：河北科利技出版社，2000.
　　［5］ 龚晓南.复合地基理论及工程应用［M］.北京：中国建筑工业.

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