一种跨铁路线桥梁承台基础施工方法与流程

本发明涉及铁路路基防护和桥梁基础施工，具体为跨铁路线桥梁承台基础施工时先构筑铁路路基防护结构、然后进行基坑挖掘的桥梁承台基础施工方法。

背景技术：

跨铁路线桥梁承台基础施工中，临近铁路线桥梁承台基坑开挖会影响到铁路路基的稳定性。基于铁路线对于路基的变形要求非常严格，为保证承台基坑开挖施工中铁路路基变形在容许范围内，必须对铁路路基进行必要的主动防护。目前的路基防护常采用挡土墙或抗滑桩等措施。但单一的挡土墙或抗滑桩不能施加主动的防护力，难以抑制基坑开挖施工对铁路路基的影响，极易导致路基变形超限。增加了预应力的锚杆(索)挡土墙或抗滑桩虽然可以减轻基坑开挖施工对路基的影响程度，但设置过长的锚杆(索)施工本身会对铁路线会造成一定程度的破坏，且先开挖后防护预应力损失过大，防护效果不好，此外，该方法还存在施工工艺复杂、施工工程量大和造价高的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可有效保护铁路路基稳定性不受承台基坑施工影响、且施工工艺比较简单、施工工程量较小、工程造价较低和材料可循环利用的跨铁路线桥梁承台基础施工方法。

本发明提供的跨铁路线桥梁承台基坑施工方法，包括以下步骤：

步骤1、构筑路基防护结构

在承台基坑开挖前先对桥梁跨越的铁路路基构筑路基防护结构，该路基防护结构包括一组沿铁路线方向插入铁路路基一侧地面中的地锚和一组插入铁路路基另一侧地面中的钢板桩(地锚和钢板桩的数量根据承台基坑沿铁路线方向的长度确定)；所述地锚横向分别对应相邻铁路轨枕之间；所述钢板桩由与钢板桩外露端焊接的槽钢连成一体；地锚与槽钢通过对拉钢筋以以下方式相互连接：

对拉钢筋沿铁路碎石道床的上表面从铁路轨枕之间的铁路钢轨底部穿过，对拉钢筋与铁路碎石道床上表面之间有宽度与相邻铁路轨枕的间距相同的钢垫板，对拉钢筋的一端与地锚的外露端焊接，对拉钢筋的另一端按下式计算出的张拉力f张拉后锚固在槽钢上：

式中：

eak—桥梁承台基坑外侧主动土压力合力标准值(kn/m)，

epk—桥梁承台基坑内侧被动土压力合力标准值(kn/m)，

za—桥梁承台基坑外侧主动土压力合力到钢板桩下端的距离(m)，

zp—桥梁承台基坑内侧被动土压力合力到钢板桩下端的距离(m)，

e—对拉钢筋锚固点到钢板桩下端的距离(m)，

m—桥梁承台基坑内撑数量，

n—沿铁路线每延米对拉钢筋的根数(与地锚数量相同)；

构筑该路基防护结构时，先清理铁路路基两侧地面的表层土，按施工图设计通过放线定位确定钢板桩的位置；利用打桩机在铁路路基一侧沿铁路线走向按设定间隔和标高插打钢板桩，在钢板桩的外露端横向焊接槽钢，将各钢板桩连成一体，槽钢对应地锚位置布设预留孔；然后在铁路路基另一侧钻孔、注浆布设地锚；将对拉钢筋沿铁路碎石道床的表面从铁路轨枕之间的铁路钢轨底部穿过，并在对拉钢筋与铁路碎石道床上表面之间铺设所述钢垫板；将对拉钢筋的一端与地锚焊接；将对拉钢筋的另一端按所述计算公式计算得出的张拉力张拉，并通过所述预留孔将其锚固在槽钢上；

当桥梁跨越的铁路线为电气化铁路时，需在所述路基防护结构中的对拉钢筋外部套橡胶管，使钢筋与铁路钢轨绝缘；

步骤2、挖掘桥梁承台基坑

完成上述路基防护结构构筑施工后进行桥梁承台基坑挖掘：桥梁承台基坑开挖由远离铁路线侧开始，逐渐向铁路路基推进，采取分段分层开挖，并在每一层开挖完毕后对应设置内撑；挖掘过程中实时观察地锚焊接点、槽钢锚固点及垫板有无扭曲变形或破裂，并以每天一次的监测频率测量钢板桩的顶端水平位移及铁路钢轨的标高；当地锚焊接点、槽钢锚固点发生破裂时必须暂停施工，对焊点和锚固点进行补焊和加固，当钢板桩的顶端水平位移达到0.002倍基坑深度警戒值或钢轨竖向位移累计达到4mm警戒值时，必须立即停止开挖并将已开挖的基坑回填夯实，然后修正铁路碎石道床，矫正铁路轨道几何型位，使铁路钢轨回复原状；然后对铁路路基防护结构用加密对拉钢筋的方法(相应增加地锚的数量)提高其防护性能；采取分区块减小每层开挖厚度并及时增设内撑的方法重新对桥梁承台基坑进行开挖和监测，直至完成整个桥梁承台基坑的挖掘，最后在承台基坑内设置基坑内撑；

步骤3、构筑桥梁基础

完成桥梁承台基坑挖掘后，按照常规方法进行桥梁承台、墩身及回填土施工，完成桥梁基础构筑；

步骤4：拆除路基防护结构

完成桥梁基础构筑后，切断与槽钢锚固的对拉钢筋，焊割拆除钢梁；采用振动锤振动钢板桩，同时利用起重机吊力将钢板桩拔出，修整钢板桩以备再利用，然后回填钢板桩桩孔并用振动锤夯实；再用钢锯沿地面锯断地锚外露端(插入地面中的地锚可不必拔出)，避免其影响正常生产和生活；将对拉钢筋从钢轨底部抽出，将钢垫板移出，完成拆除路基防护结构。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明中的路基防护结构，是在桥梁承台基坑开挖之前通过对拉钢筋预应力对铁路路基进行预先主动防护，该防护结构设计原理基于基坑开挖施工中开挖卸荷应力重新分布规律，维护路基针对性强，效果好。按照本发明方法进行桥梁基础施工，可使铁路路基的稳定性基本不受桥梁基础施工影响。

2、本发明路基防护结构中的对拉钢筋按照限定的张拉力计算公式进行张拉，可使路基防护结构对路基达到最佳保护效果：既不会因张拉力太小达不到有效防护路基的作用；又不会因张拉力过大对路基原有结构造成损伤。

3、本发明中的路基防护结构及其施工工艺简单，工程造价显著降低。

4、本发明中的钢板桩、对拉钢筋和钢垫板在桥梁基础施工回填完成后可以回收重复利用，节省材料。

附图说明

图1为本发明中路基防护结构及桥梁承台基坑的示意图(横断面图)；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的a-a剖面图；

图4为图2的b-b剖面图；

图5为图2的c-c剖面图。

图中：1-钢板桩，2-对拉钢筋，3-橡胶管，4-铁路钢轨，5-铁路轨枕，6-铁路碎石道床，7-铁路路基，8-地锚，9-地面。10-槽钢，11-钢垫板，12-承台基坑，13-基坑内撑，14-腰梁，15-顶靠桩。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本实施例为跨越电气化铁路线的某桥梁基础施工。

该桥梁的承台基坑12沿铁路线方向长15m，横向宽11m，开挖深度6m，距离铁路路基基坡脚5m。基坑开挖深度5m，主要以粉质粘土、细砂为主，5m以下以砂砾石土为主。

基坑外侧主动土压力合力标准值eak＝454.25kn/m，基坑内侧被动土压力合力标准值epk＝883kn/m(两项标准值是根据土的重度、粘聚力及内摩擦角等参数，利用主动土压力计算公式求出主动土压力强度及分布后求得)。基坑外侧主动土压力合力到钢板桩下端距离za＝3.83m，基坑内侧被动土压力合力到钢板桩下端距离zp＝2.15m，桥梁承台基坑内撑数量m＝1。

为确保铁路路基稳定性不受该跨铁路线桥梁基础施工影响，该桥梁基础施工按以下步骤进行：

步骤1、在桥梁的承台基坑开挖之前先进行铁路路基防护结构构筑

结合图1至图5，利用打桩机在铁路路基7一侧的地面9上沿铁路线方向相互间隔1000mm竖直打插由1根直径φ30-40mm、长度10m的钢筋构成的地锚8(如图3所示)，共16根，地锚横向分别与相邻铁路轨枕5之间相对应，其上端外露0.5m。在铁路路基7的另一侧地面上沿铁路线方向以每延米2.5根的密度打插38根长度为12m、宽度为500mm、厚度为200mm的钢板桩1，钢板桩上端外露0.5m。距离钢板桩的顶端0.4m横向焊接槽钢10，将钢板桩连成一体，槽钢的尺寸(腰高×腿宽×腰厚)为120mm×53mm×5mm，槽钢对应地锚位置布设预留孔(未图示)。地锚通过φ10mm对拉钢筋2与槽钢相互连接，对拉钢筋沿铁路线每延米根数n＝1，对拉钢筋锚固点距离钢板桩下端距离e＝11.6m，在对拉钢筋与铁路碎石道床6贴靠的中间段外部套内径φ12mm、外径φ16mm的橡胶管3(如图5所示)，且使橡胶管两端与铁路钢轨的距离在1m以上(如图1、2所示)，以确保对拉钢筋与铁路钢轨绝缘。使对拉钢筋沿铁路碎石道床6的表面从铁路轨枕5之间的铁路钢轨4底部穿过，并在对拉钢筋与铁路碎石道床上表面之间铺设宽度与相邻铁路轨枕的间距相同、厚度为10mm的钢垫板11。

然后将对拉钢筋的一端与地锚的外露端焊接，另一端以张拉力

张拉后锚固在槽钢10上，并加以锁定，完成路基防护结构构筑施工。

步骤2、完成路基防护结构构筑施工后进行桥梁承台基坑挖掘施工

基坑开挖由远离铁路路基侧开始，逐渐向铁路路基推进，前后分3段、每段上下分2层开挖；挖掘过程中，随时观察地锚焊接点、槽钢锚固点有无扭曲变形及裂缝，并以每天一次的监测频率测量钢板桩的顶端水平位移及铁路钢轨的标高。施工过程中经实际监测，地锚焊接点、槽钢锚固点均无破裂，钢轨累计竖向位移2.5mm，满足继续开挖条件，直至达到开挖标高，在基坑远离路基的一侧对应钢板桩1设置与钢板桩相同的顶靠桩15，在距离钢板桩顶端4m处水平位置横向设置数量m＝1、由直径650mm钢管构成的桥梁承台基坑内撑13，基坑内撑的两端分别通过由350*350mmh型钢构成的腰梁14顶靠在钢板桩和顶靠桩上。

步骤3、完成桥梁承台基坑挖掘施工后按照常规方法进行桥梁承台、墩身及回填土施工，完成桥梁基础施工。

步骤4、完成桥梁基础施工后，切断与槽钢锚固的对拉钢筋，焊割拆除钢梁；采用振动锤振动钢板桩，同时利用起重机吊力将钢板桩拔出，修整钢板桩以备再利用，然后回填钢板桩桩孔并用振动锤夯实；再用钢锯沿地面锯断地锚外露端(插入地面中的地锚不拔出)，避免其影响正常生产和生活；将对拉钢筋从钢轨底部抽出，将钢垫板移出，完成路基防护结构拆除。

路基防护结构拆除后，经过实际检测，此段铁路路基的稳定性未因桥梁基础施工受大影响。