临近既有建筑和营业线管桩施工的风险控制

临近既有建筑和营业线管桩施工的风险控制

摘要 PHC管桩施工技术越来越多的应用在现代工程之中，特别是近几年在高速铁路路基加固工程中，采用PHC管桩作为加固措施的案例越来越多。如何保证地基处理质量，减小临近建筑物（包括管线）及营业线变形和机械设备侵限，对保证周边建筑物安全和铁路运输安全显得尤为重要。

关键词PHC管桩侵限风险变形 安全

一、前言

新建京津城际延伸线天津至于家堡工程为时速350km/h的城际铁路。其中路基工程大部分为软土路基。地基处理主要采用PHC管桩进行加固。由于地处城区线路两侧施工条件复杂，线路上行为既有住宅小区，下行为既有津山线（见附图1），沉桩施工对营业线运输、铁路设备安全和既有建筑物影响极大必须慎重加以对待。

二、施工过程中存在的风险与分析

大型机械倾覆或物料侵限造成行车事故

管桩施工机械较高，且施工作业位于铁路保护区之内。打桩机移机、管桩的起吊和施打过程中由于误操作、地基变形、钢丝绳断裂或其他意外因素均有可能造成物料和机械的侵限，影响行车造成事故

沉桩对土体的挤压造成既有线路的水平位移和隆起。

预应力管桩属于挤土类型，往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态产生挤土效应。挤压应力的传递主要是通过桩周土体传递的，当挤压应力大于桩周土体的抗力时，不可避免地顺应力传递方向造成土体较大的侧向并向远处幅散减弱，其影响范围可达15~20m，而临近的既有线（≤20m）恰好在影响范围之内，管桩施工产生挤土效应容易导致既有铁路营业线出现水平和竖向位移，因此必须全力加以避免。

沉桩对临近住宅的影响

压桩除了造成桩周土的扰动、位移及强度变化以外，由于桩周土渗透性很差，还会产生较高的孔隙水压力及侧向与垂向位移等，造成周边建筑物的不均匀沉降、开裂与破坏。这种影响破坏较为严重的范围，可能在离沉桩区8~10米内，随着建筑物的距离及自重的增大，其影响程度将逐渐减小。同时PHC管桩打桩机功率较大，设备移动和沉桩（特别是锤击型）带来的震动和噪音对临近住宅的居民生活带来巨大影响。

三、特殊工况下PHC管桩施工的基本思路

通过选取CJDK9+000~CJDk10+300作为试验段对特殊工况的PHC管桩施工技术进行总结，为后期全线路基施工提供借鉴。合理选择打桩机类型消除噪音污染。通过试验采取有效的防变形措施最大限度的减小土体的水平位移的竖向抬升和沉陷。和既有线路及住宅小区产权单位做好沟通及时调整线路变形和消除居民不良影响。

四、特殊工况下PHC管桩施工过程中的风险控制措施

进行试验段PHC管桩施工，掌握基本参数

通过试桩我们发现软土强度低，孔隙中充满了水，具有低透水性。施打沉管桩过程中，对环境的影响主要为振动、挤土和噪声。挤土和振动在引起桩周土破坏的过程中，桩周土形成三个区域：紧贴桩周表面结构完全破坏的土体为第一区域，基本保持原状而未破坏的土体为第三区域，介于两者之间的第二区域。第一区域大约在桩周50~200mm范围内，此范围内土体天然结构完全破坏，土体受到剧烈挤压，土体内空隙水压力迅速增大，有效应力减小。从桩的设计桩径D和桩长L来看，桩对桩周土的有效影响范围应该在0.7L，0.7L以外的土体可以看作是基本保持原状而未破坏的土体，即第三区域。这是从单桩沉桩来分析判断的，但是本项目是群桩，影响范围可能增大。

大型机械的风险控制管理

加强大型机械管理推行“两证一卡”制度。落实岗位安全管理责任，制定安全生产措施，发挥体系作用实现全员全过程安全管理。

严格审查施工方案，并按施工计划逐级分类进行盯控。严禁无计划和超范围施工。

土体水平位移和竖向位移的控制措施

当第一排管桩距离既有线<20m时， 先设置应力释放孔后再施工。通过合理设置应力释放孔，减少土体应力并提供孔隙水的汇集空间。试验确定孔径取1D。本项目管桩D450，考虑到成孔工艺以及设备高度是否侵限，选取D500的循环钻机进行应力释放孔的成孔。应力释放孔布设在离既有线最近的管桩外 1～2m 附近，平行既有线共两排，间距2m呈梅花型布置，孔深为0.7L且不小15m，孔内填充袋装碎石或其他透水性好的填料以防止塌孔。

有针对性的改变沉桩顺序以增大土体应力释放的时间，减小变形的积累。改变以前梅花形施打的方式。坚持分散进行的原则：先打靠近既有线第一排桩，并且必须沿纵向 （和既有线平行）施打。施工期间施工单位必须做好路基水平、垂直位移观测并联系工务单位进行线路轨面检测监控。经路基观测、轨面检测无变化，24 小 时后方可按上述方法打第二排桩。打桩顺序示意图见图2

加强变形检测及时预警动态调整线路变形

观测桩设置：既有线路基观测桩应设置在紧靠护栏外侧既有线路基面上，用于观测管桩施工过程中既有线路基水平、垂直位移变化情况；观测桩的设置间距，必须小于临近既有线第一排管桩位至既有线线路的距离；观测桩应埋深 2m 以上，形成固定观测点。

观测频次：施工时间观测频次一般情况下 2 小时一次，打桩地段或有异常时观测频次提高到 1 小时一次；施打完后观测频次一般情况下一天不少于4次，观测时间不少于 3 天。

观测控制标准：在既有线不限速的情况下，路基水平变化量大于 2mm/d 或累计水平变化大于 10mm 时必须停止施工，与监理和设备管理单位（工务段）共同分析原因，制定补强措施。在既有线限速的情况下，路基水平变化量大于 8mm/d 或累计水平变化大于 20mm 时必须停止施工，与监理和设备管理单位（工务段）共同分析原因，制定补强措施。

观测作业要求：管桩施工期间，每天将对既有线路基观测记录、分析以电子文件形式及时报施工安全管理领导小组，进行统计分析，以全面指导临近既有线管桩施工，确保临近既有线管桩施工安全。

既有建筑物的防裂降噪措施

舍弃震动噪音较大的柴油锤击式打桩机，选用噪音较小的静压沉桩机，最大限度的降低噪音污染。每日 7：00～17：30以外严禁施工。并提前张贴通告就扰民情况和住户进行沟通取得适当的谅解。为了有效地减少沉桩施工中的挤土量和超静孔隙水压力，或加快超静孔隙水压力的消散。在临近既有住宅小区一侧距既有建筑物5-8处按3m间隔设置长5m，深1.5m，宽2m的应力释放沟，沟内注水防止塌方。应力释放沟周围设置有效的临边防护和警示标识。在施工期间加强对既有建筑物设监测的频率，根据监测数据及时调整控制措施。

五、应用效果

通过采用上述控制措施，本项目施工安全平稳未出现行车和安全生产事故，既有线变形在可控范围内（津山线两周内累计变形情况见下图）。临近住宅小区监测情况显示沉降量微小且无任何墙体开裂现象。临近住宅小区业主无不良反映和投诉。

六、结束语

总之，在需要保证营业线运输安全、铁路设备安全和既有建筑物变形的情况下采用施工预应力管桩进行地基加固时，要考虑安全行车要求，沉桩的振动、挤土作用产生的影响。在采取有效的营业线施工措施的前提下，选择合理的施工顺序，控制每天的沉桩数量、速度，设置施工应力释放孔、减振沟，优化设计等均可以有效减少管桩的挤土、振动效应，减少其土体位移、振动对被保护铁路设备安全和既有建筑物的影响，此外还须在施工过程中加强对铁路设备安全和既有建筑物的监测，及时调整施工方案从而保证铁路设备安全和既有建筑物的安全。

参考文献：

[1]《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社。1995.

[2] 席永惹，徐伟.地基与基础工程施工计算[M].北京：中国建筑工 业出版社，2008.

[3]《铁路工务安全规则》(铁运〔2006〕177 号)

[4]《铁路工程施工安全技术规程》 (TB10401.1-2003)和(TB10401.2-2003)

[5]《营业线施工安全管理实施细则补充办法》（京铁师〔2010〕249号）