黄瑜
广西宁铁工程有限责任公司公司
摘要：结合南宁市轨道交通 3 号线工程（科园大道-平乐大道）区间下穿柳南、南广高速铁路工程，对高铁既有线拔桩施工工艺设计进行阐述和总结，为以后类似施工提供借鉴。
关键词：高铁；既有线；拔桩
1.工程概况
南宁市轨道交通 3 号线工程（科园大道-平乐大道）区间下穿柳南、南广高速铁路，区间下穿柳南、南广铁路后，需要下穿既有长湖路铁路框架桥工作坑的临时支护桩，桩长约 11m，桩径 1.2m，桩距 3.5m。初步确定共有 6 根支护桩侵入区间隧道，侵入长度约4.3m，将严重影响区间盾构隧道的掘进施工，需要提前拔除。
2.方案设计
2.1拔桩方案的确定
由于在铁路既有线旁，不能使用大型机械，拟结合锚杆拔桩法、护壁及反力用沉井平台拔桩方法进行桩体部分拔除。将侵入桩拔至隧道拱顶上1m，拔桩同时对形成的空隙进行注浆，最后将拔出地面的桩身进行破除。
2.2方案概况
该 6 根桩一字排开，位于铁路路基一侧约 9 米，桩顶位于地表以下 4.5m 左右，以桩的连线为中心线，制作两沉井，高 4.0m，外边界尺寸为 18*3.6*4.0m，内部工作空间尺寸均为 10.5*2.0*4.0m；沉井底下沉至桩顶冠梁高度，使冠梁及桩顶暴露；沉井横隔梁搁置在待拔桩以外的桩顶，作为拔桩反力桩；沉井框架结构同时兼作挡土结构与拔桩反力平台；拔桩千斤顶平台直接搁置在沉井顶部，且可以在沉井顶部快速移动切换至各待拔桩，尽量减少大型起吊设备的使用。
锚杆拔桩法就是通过在桩顶向下钻若干个锚固孔，下锚索，然后运用高强水泥浆将锚索与桩体形成整体，使桩体提升得以实现；桩周采用地质钻机咬合钻孔消孔桩周阻力，降低提升力，当设计提升力大于桩周阻力时，即可以顺利地将桩体提升至隧道顶部安全高度。
图1 长湖路铁路框架桥工作坑支护桩拔桩示意图
2.3桩体抗拔力计算及拔桩力确定
由于该拔桩工程位于高速铁路影响区范围内，周边建筑物复杂，采取适度的桩周摩阻消除方法；适当增大静力拔桩初始荷载设计值。以下首先计算桩周摩阻完全未消除情况下上拔力计算预估值；然后计算考虑部分消阻后的上拔力计算预估值；根据计算结果、工程措施，最后确定拔桩力设计值。
（1）未消桩周摩阻上拔力计算方法
建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）第 5.4.6 条规定：群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：
Tuk =∑λi qsik li ui ? +G
式中 Tuk ——基桩抗拔极限承载力标准值；
ui ——桩身周长，对于等直径桩取 u =πD ，本工程考虑桩体两侧各扩孔 0.4m，计算桩径采用 1.8m；考虑到扩底和扩颈，桩扩孔影响长度取全长；
qsik ——桩侧表面第 i 层土的抗压极限侧阻力标准值，按规范表和地勘成果推荐取值并考虑一定的可靠度；
λi ——抗拔系数，该工程取 1.0；
G ——取天然重度 25kN/m3。
按规范设计基桩抗拔承载力标准值为 3657kN；考虑扩底扩颈、土层厚度和侧阻力标准值的可靠度，计算结果为 7814kN。
（2）桩周摩阻部分消解后上拔力
通过桩周一定间距钻孔，从两方面消除桩周摩阻，一方面钻孔部位土体以泥浆形式排出土体，此处摩阻力可完全消除，并消解附近土压力，降低摩阻力；另一方面，孔内水体渗入附近桩周，桩周含水率提高，降低摩阻参数。
在桩周紧挨桩体附近土体中钻 8 个孔，孔径 150mm，累计影响周长 1200mm，占总周长 27%，不考虑周边土压力释放，以及相关参数下降，极限抗拔力下降至 5898kN。
（3）拔桩力设计荷载结论
综合局部消阻减小周边干扰思路以及上升能力考虑，沉井、反力装置和锚固体系按照 6000kN 设计，8000kN 校核。实施过程中，根据实际摩阻力大小，调整消阻范围。
2.4桩体锚固设计
根据设计荷载 6000kN、校核荷载 8000kN，以及灌注桩截面尺寸，选用 3 束CPS15A-12 型剪力分散型锚索。
（1）锚索设计
3 束锚索直角三角形布置在桩内，两束锚索孔间距为 60cm。锚固孔直径 130mm（由130 钻头钻孔形成），孔底锚固长度 10m。
CPS15A-14 型剪力分散型锚索采用 14Φ15.24 高强度、低松弛钢绞线，抗拉强度为1860MPa，索体对中架安装间距为 1.5m，孔内采用纯水泥浆一次性注浆，水泥标号为525#水泥，水灰比为 0.4~0.45，浆体强度大于 40MPa。
（2）锚索承载能力复核
钢绞线强度运用系数为 0.75 时，单束承载力达 2734kN，3 束承载力达 8202kN。
如果以上荷载仍不足，另桩体本身具有 16 根直径 25mm 钢筋，允许抗拉强度按210MPa 计，全部受力可达 1648kN；由于钢筋分布不均，连接不够可靠，考虑 1/3 钢筋参与受力，可以提供 550kN。
计算表明，3 束 14Φ15.24 钢绞束可以满足设计要求。
（3）锚固长度复核
锚固长度由等强原则确定，即锚固长度范围内提供的抗剪能力与锚索抗拉强度相等，为了提高锚固可靠性，适当加长锚固长度。由于原混凝土强度等级为 C30，新灌砂浆强度超过 40MPa，抗剪强度由 C30 混凝土受限。根据相关规范 C30 混凝土抗剪强度设计值 fv=2.1MPa，考虑水下灌注混凝土不确定性，取折减系数 0.8，参照抗冲切计算公式，建立锚固承载力计算公式如下：
其中， Fld ——锚固设计值 6000kN 、校核荷载 8000kN ，单孔分别为 2000kN 、2667kN；
。
经计算，设计荷载下 h0=9478/3=3159mm，校核荷载下 h0=12638/3=4213mm。结合桩体总长 11m，提升长度及拆除长度 6.5m，确定锚固长度为 10m，满足锚固受力安全。
2.5液压提升设备动力设计
选用 3 台 4000kN 穿心千斤顶作为提升动力设备，按 0.8 效率考虑，总提升能力达9600kN。
2.6反力架设计
利用沉井长边做为反力架承载梁，千斤顶平台搁置在沉井侧壁上。千斤顶平台采用 63c 工字钢拼接制成。铁路边施工尽量减小作业高度。
2.7沉井设计
沉井同时起到挡土、挡水和拔桩千斤顶平台承力作用。
（1）设计参数
混凝土采用 C25，钢筋采用 HRB335。采用矩形沉井，沉井高度为 4m，分 2 节，每节 2m，沉井长度 18m，宽度 3.6m，厚度 0.8m。刃脚踏面宽度为 0.2m，刃脚高度为0.6m。井壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值根据规范取 25kPa。
（2）沉井下沉验算
采用矩形沉井，沉井总高度为 4m，分两节制作，每节 2m。沉井长度 18m，宽度3.6m，井壁厚度 0.8m。刃脚踏面宽度为 0.2m，刃脚高度为 0.6m。井壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值根据规范取 25kPa。经计算，第一节下沉系数为 1.29，第二节下沉系数为 1.37，满足下沉要求。
（3）沉井结构验算
①沉井竖向计算
沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大的弯曲应力。另外桩提升过程中，千斤顶平台反力作用在井壁上，井壁会产生较大的弯曲应力。综合比较两种工况，千斤顶平台反力产生的内力起控制作用。经计算，井壁竖向最大弯矩为1400kN.m，最大剪力为 400kN。底部配 8 根直径 25 的二级钢，按照 1.4m 梁高计算井壁竖向承载力，井壁的抗弯承载力为 1534kN.m，斜截面受剪承载力为 946kN。
井壁外包钢板，能够满足施工阶段的竖向抗拉。
②井壁水平框架计算
作用在沉井侧壁上的土压力按主动土压力计算，并按框架结构进行内力计算。井壁最大弯矩为 1586kN.m。井壁厚度 0.8m，井壁内外侧采用厚 10mmQ235 钢材外包，钢材兼做混凝土浇筑内外模板。内外钢板采用高度 80mm 的槽钢作为剪力件。井壁混凝土为C25，井壁承载力承载力设计值为 1699 kN.m，满足要求。
2.8拔桩施工步骤
施工准备→场地平整→找到桩位和冠梁位置→测量定位→铺设混凝土垫层→制作沉井刃脚及模板胎架→刃脚及内外模板制作→钢筋拉杆焊接→混凝土浇筑（上下可分次浇筑）→破碎混凝土垫层→出土下沉到位搁置在保留的桩顶→钻锚索孔→下锚索→桩周消阻→轮式千斤顶平台就位→锚索千斤顶连接提升→废弃桩内插入锚索及注浆管→反力架及千斤顶就位→起拔废弃桩→同步回填水泥砂浆→转场至下一根桩体提升→直至完成→退场。
3.结束语
处理支护桩时，对于铁路股道及相关铁路设施采取“加强监测，及时注浆，灵活组织”的原则。
（1）合理设置施工区域，并进行围蔽，杜绝地面作业对铁路的影响。
（2）在桩基处理影响区域布置监测点，桩基处理过程中，实行 24 小时全天候监测，及时排查施工影响。
（3）安排地面巡检人员，并及时与铁路局进行联系沟通，一旦发现问题，多方联动相应。
（4）桩基处理施工，存在一定的施工风险，针对有可能发生的一些突发事件，从管理，技术和组织等方面分析，制定相应安全措施与应急措施。
（5）建立完善的预警机制，进行跟踪注浆加固。结合地面、轨道沉降等监测数据，确认沉降达到控制值的 70%时，立即停止桩基处理（有必要时，进行回填），并在铁路股道与支护桩间打设 3 排袖阀管，对地层进行注浆加固，根据监测情况，确认沉降稳定后再处理支护桩。
（6）一旦出险，在采取上述措施的同时，及时将监测和处理情况汇报业主、监理、铁路养护部门等相关单位，以便在第一时间采取起道垫碴或地面注浆、限速等措施，防止轨面沉降超限，确保铁路安全。
参考文献：
[1]徐敏生;陈伟宏;项培林;吴刚;桩基清除对周边环境影响的数值模拟分析[J];都市快轨交通;2009年01期.
[2]王欣;地铁盾构区间锚索障碍物处理方案研究与施工技术[J];福建建筑;2013年03期.
[3]姚先力;南京地铁二号线拔桩施工中套管钻进拔桩法的应用[J];隧道建设;2010年01期.
论文作者:黄瑜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/13
标签：沉井论文; 井壁论文; 锚固论文; 千斤顶论文; 承载力论文; 荷载论文; 铁路论文; 《防护工程》2018年第18期论文;