中国铁路上海局集团有限公司宁波工务段 浙江宁波 315000
摘要：本文结合邻近杭深线台州站静压预应力混凝土管桩的施工特点，针对其施工安全问题进行探讨，通过介绍施工过程及流程，具体针对性的采取一些具体措施来控制施工安全，有效发挥安全管理在施工中的重要性。
关键词：预应力 管桩施工 安全管理
近几年来，静压预应力混凝土管桩施工由于其具有施工工期短、单桩承载力大及造价较低等优点，得到了较大发展和推广应用。同时由于锤击法施工在噪音等方面的缺点日益突出，故而静压法施工越来越普遍，由此而引发的许多关于静压预应力混凝土管桩的安全问题也备受人们的关注。特别是既有线行车与新线施工相互干扰，施工难度大，安全要求高，故结合本次预应力施工流程，就邻近既有线静压预应力管桩施工过程中的安全管理在本文中浅谈一下自己的想法。
1 工程概况及地质情况
1.1 工程概况
试验段选取在台州站内，里程为DK150+781.24-DK150+835.24，该段桩间距2.4m，桩径500mm，壁厚125mm，AB型高强度预应力桩，正方形布置，设计桩长40m，桩头采用锥形砼桩尖，桩底应伸入（3）-23粉质粘土层以下不少于2m。管桩试验段长50m，本次试验段共计147根，合计5880米。
1.2 地质情况
试验段范围内地层岩性为第四系全新统人工填土，冲海积黏土；海积淤泥，淤泥质粉质粘土；第四系上更新统冲洪积粉质粘土、细圆砾土、粗圆砾土；下伏侏罗系上统凝灰岩，其地层工程地质特征分述如下：
（1）-3素填土（Q4）：场地范围内局部分布于表层，层厚1.00～2.50m，杂色，稍密，潮湿至饱和，成分主要为碎石土，少量黏土层，土质不均，岩芯呈散状。Ⅱ级普通土。
（2）-12黏土（Q4）：场地内广泛分布，层厚0.70～4.80m，黄褐色，软塑，局部硬塑，土质不均，含有少量砾石。Ⅱ级普通土，σ0=120KPa。
（3）-41淤泥（Q）：场地内广泛分布，层厚4.00～27.70m灰褐色，流塑，局部软塑，含有机质5.0-7.0％，土质均匀。Ⅱ级普通土，σ0=60KPa。
（4）-62淤泥质粉质黏土（Q）：场地内广泛分布，层厚1.90～29.50m，灰褐色，软塑，局部流塑，土质不均匀。Ⅱ级普通土，σ0=90KPa。
（5）-23粉质黏土（Q）：场地内广泛分布，层厚1.10～9.80m，黄褐-青灰色，硬塑，局部软塑，土质不均，含有少量砾石。Ⅱ级普通土，σ0=150KPa。
2 试验目的
通过预应力管桩试验段施工，确定管桩施工挤土效应对既有线的影响；确定机械设备、人员配置的合理性，总结出适合本标段预应力管桩的最佳施工方法、施工工艺及技术参数，指导台州站后续软基处理施工。
3 预应力管桩工艺试验施工过程
本次邻近既有线预应力管桩施工距离杭深线台州站5道约20-50米范围，为防止打桩施工对既有线的振动以及挤压影响，紧临既有线预应力管桩施工采用了设置应力释放孔、同时在路基坡脚至应力释放孔间采用3排直径1米，间距5米的钻孔桩+阀板进行防护，静压施工、调整施打顺序等工艺优化措施。该成桩施工安全技术可从三个方面减小对既有线的影响：①通过在紧临既有线侧设置应力释放孔+桩板结构，对管桩施工的挤土效应进行有效释放，阻断土体继续向既有线侧传递；②采用静压施工取代动力打桩，无振动和施工噪音；③成桩采用跳打顺序，尽早形成帷幕，抑制既有线侧的挤土效应，为超孔隙水压力提供充足的消散时间。
3.1 施工顺序及沉桩要求
施工中先施工最靠近营业线前5排桩，并按照与营业线的距离由近及远逐排跳桩施打，沉桩速度不大于10m/h，其它桩距路堤坡脚在30m内管桩沉桩速度不大于15m/h。由于施工区段土质为承载力较差的软土，故在沉桩方案确定时明确自然下沉的管桩不计入沉桩速度。
横排向：横排向施工顺序为先施工1排，再施工2排，以此类推施工至7排；纵向：第一排位置先施工编号为单数桩，再施工双数桩；依次按桩号顺序施工。
整体施工顺序为先横向再纵向使用，以减小挤土效应对既有线路基的影响，1-5排静压速度为10m/h，6-7排虽距既有线大于30m，但根据杭州地方铁路开发有限公司下发《关于新建金台铁路站前6标路基试验段施工方案审查的会议纪要》相关要求，管桩静压速度控制在15m/h，确保不产生较大的挤土效应。
图1 应力释放孔及管桩桩位布置图
3.2 试桩流程
应力释放孔施工→原地面处理（管桩进场、配桩）→桩位测量放样→桩机就位→管桩起吊就位→压入第一节桩→接桩（防腐处理）→压入下一节桩→循环作业至成桩→桩机移位→完成所有试验桩→桩基检测。
3.3 施工方法
3.3.1 应力释放孔施工
在承载板与管桩间施工一排应力释放孔，孔间距2.4m，孔深30m，孔径0.5m，应力释放孔与管桩位置错开，钻孔完毕后采用碎石或中粗砂及时回填。应力释放孔的设置不得破坏既有线边坡的稳定性。静压管桩机压桩尾随应力释放孔之后，在没有应力释放孔的地段不得进行管桩作业。
图3 原地面处理
3.3.3 管桩进场
施工前确定采购管桩数量及管桩配置方式（以同一截面接头数量小于50%且相邻桩接头错开1m以上为准则）。管桩进场后，按照《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）对管桩的外观、桩径、长度、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收，填写验收记录，并审查产品合格证明文件、管桩力学性能检测报告等，自检合格后报监理验收。经监理工程师验收合格后，材料进场使用。
图5 桩位测量放样
3.3.5 桩机就位
桩机为自行式静压桩机，高度在20米左右，桩机行走至桩位处，落实缆风防倾覆措施，调整中心对准桩位，同时检查桩机机身的平整度及垂直度，全面保障施工安全。
在施工前检查桩机性能，在确认机械性能正常后报监理工程师检查，验收合格后进行下部工序施工。
3.3.6 管桩起吊就位
按管桩配置表进行第一节桩吊装，管桩起吊采用压桩机进行起吊。利用桩机上专门设置的起吊重钩及卷扬机吊装就位。管桩起吊时控制速度，严禁速度过快导致管桩与桩机碰撞。为防止管桩吊装过程中管桩自由旋转侵入既有线，要求在管桩吊装过程中，在管桩两端设置牵引绳，控制管桩摆动方向，避免侵限。
3.3.7 插桩及沉桩
在第一节桩压入前，使用水平尺进行粗调，压入50cm后再次进行垂直度调整，使用全站仪进行精控，控制垂直度≤0.5%。因上部为淤泥地质，摩擦力小，管桩自重大，第一节利用自重进行沉桩，后续沉桩严格控制沉桩速度，不超过规定的施工速度。
3.3.8 接桩及焊接
静压桩至原地面0.5～1.0m时，停止静压进行接桩，接桩前下节桩的桩头加上定位板，然后将上节吊放在下节桩端板上，依靠定位板将上下桩接直，其错位偏差控制在2mm以内上下桩之间如有空隙，用楔形铁片全部垫实焊接牢固；管桩焊接之前，上下端表面用铁刷清理干净，直至其坡口处刷出金属光泽；
焊接好的桩接头自然冷却10min后再静压，严禁用水冷却或焊好即压，待自然冷却后，接头处全部涂上防腐油漆二层，防止腐蚀。
3.3.9 压桩
压桩顺序按“从内侧向外侧”的顺序施工，压桩速度严格按照1-5排静压速度为10m/h，6-7排静压速度15m/h施工，在压入后一排桩之前检查前一排桩的偏位情况。
3.3.10 循环作业至成桩
最后一节桩施工前在其顶部1m内画出刻度线，使用水准仪控制入土深度及最后贯入度的计算。在桩上每1米划上刻度，严格按照施工方案沉桩速度进行施工。
3.3.11 既有线监测
与第三方监测进行平行监测，每间隔四个小时对既有线坡脚的观测点使用全站仪进行一次监测。
3.3.12 桩机移位进行下一根管桩施工
桩机收缩支撑腿的顺序与支撑时相反，收缩过程中注意桩机平衡，在桩机移动前注意对成桩保护，桩机移位过程中设专人指挥。按照以上流程，跳桩法进行下一根桩基的施工，完成所有试验桩。
4 监测数据分析
DK150+781.24-DK150+835.24预应力管桩（静压法）工艺试验自2018年6月20日开始施工，至2018年7月16日完成施工，共计26天，完成147根桩。针对邻近既有线30m范围内管桩施工，主要试验段侧既有线路基及承载板进行了监测。
4.1 测斜管监测
根据第三方监测资料统计，测斜管除CX3在40m土体处数据以外，其它土体最终位移均偏向试验段方向，最大累计位移量达到2.5cm，既有线底部土体遭到扰动，向路基边坡外侧偏移，会造成路基顶面沉降，根据工务段线路检查记录，2018年7月1日，施工区间轨道发生5mm沉降。
4.2 水平位移监测
根据第三方监测资料统计，路基边坡、轨枕及接触网基础数据最终向管桩试验段方向偏移，最大0.6mm，根据工务段线路检查记录，2018年7月16日，轨道发生6mm位移。
4.3 地表沉降
地表沉降点埋设在承载板上，根据第三方监测资料统计，承载板整体下移，最大为0.6mm。根据上述数据分析，管桩施工对既有线有一定影响。
5 邻近既有线管桩施工安全保障措施
由于新建金台铁路与既有繁忙杭深铁路邻近，地基加固施工对既有线运营安全构成严重威胁。为此，在施工过程中，制定了以下紧邻既有线软土地基加固施工安全技术措施：
（1）施工前必须要有开工报告、施工组织设计和针对邻近既有线管桩施工安全的专项施工方案，施工方案经上海局集团公司批复后方可组织施工。同时与既有杭深铁路各有关设备管理和行车组织单位分别签订营业线施工安全专项协议。
（2）施工前，要联系电务段、供电段、铁通及路外相关产权单位共同查明地下管线、光电缆等设施位置、径路。施工时尽可能的绕开电力及通信架空线路，不能绕开时，必须保证和架空线路的安全距离。大型机械在接触网支柱及接触网带电部分5m 范围以内须装设接地线，在距离接触网带电部分2-4m 范围内，接触网可不停电，但须有接触网工或专门训练的人员在场监护，同时对架空线及其附属设备必须有防倾覆措施。
（3）对预应力管桩邻近台州站5道进行60km/h限速，工务段制订专项线路设备检查（每日3次，上午、下午、夜间天窗各1次），结合第三方沉降位移观测数据进行深度分析，确认管桩施工对既有线路设备的影响。
（4）管桩静压过程中严格控落实压桩顺序，按“从内侧向外侧”的顺序施工，压桩速度严格按照1-5排静压速度为10m/h，6-7排静压速度15m/h施工，同时专人负责盯控，做好沉桩速度的记录。
（5）施工时，每台桩机安排一名带班人员或专职安全防护人员防护，做到”一机、一人、一本、一牌、一证”，满足安全监控“五个一”要求。
（6）要加强既有线变形监测，监测方法如下：①沉桩过程中，观测频率每2h 一次，有异常时频率提高到每lh 一次；每段路基沉桩完成后观测频率每天不少于两次，观测时间不少于3 天；②观测资料必须及时汇总分析，同时根据监测结果调整管桩施工工序，控制施工进度；③既有线路肩沉降速率每昼夜大于lOmm，轨道水平、高低大于3mm时，应立即停止施工，分析查找原因。
（7）落实每日第三方监测及设备管理单位检查数据的分析，对管桩施工区段路基沉降位移及线路设备轨道几何尺寸变化趋势进行重点分析，发现持续变形须立即停止施工并落实应急措施。
6 在预应力混凝土管桩施工安全管理方面的几点心得
对于预应力混凝土管桩施工的安全管理，除上述针对施工过程的安全保障，作业管理人员，还需要不断吸取过往的教训，不断总结经验，及时发现安全隐患并尽快排除，现就针对本次施工浅谈以下几点安全管理方面的心得：
（1）采用管桩时，必须控制离既有线最近一排管桩同既有线的距离，对不同的地层、不同地下承压水情况应有不同的要求，一般不小于15m，同时还需要做好其他辅助设计，如设置减震沟、布设应力释放孔等。
（2）严格监督要求。为满足既有线观测和超孔隙水压力的消散有充足时间，宁波工务段现场监督人员严格要求施工单位按规定时间施工，且制订日计划，严格控制压桩速度，保证土体固结及超孔隙水压力充分消散。
（3）保证令行禁止、信息畅通。设专职营业线监督安全员负责现场安全工作，并与施工单位随时联系，在既有线路基、轨面等变化时采取拨道等措施使既有线恢复正常。
（4）定期组织有关生产管理人员进行安全大检查，对发现的安全隐患处所限期整改，到期未整改或整改效果不好的，将纳入管理人员业绩考评扣分项目。
综上所述，在静压预应力管桩施工过程中，应充分考虑各种影响因素，尽可能预测可能发生的问题，在其应用过程中，只要严格落实现有各项技术规范、措施和有关经验，同时在施工过程中不断改进提高其技术应用水平，就可以较好的做好邻近既有营业线预应力管桩施工的安全控制。
参考文献
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论文作者:李建辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/16
标签：管桩论文; 静压论文; 预应力论文; 应力论文; 速度论文; 桩机论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;