框构顶进中后背结构选择

摘 要：在下穿铁路的框构桥施工中，为不影响上跨铁路正常运营，通长采用顶进方式施工，顶进后背在整个顶进体系中为最主要的受力主体。在京石客专重型机械厂路2～12 m框构施工中，项目部优化施工方案，认真分析了工字钢后背（设计方案）、浆砌片石后背及人工挖孔桩后背三种方案，通过施工成本、施工工期及过程控制等方面对三种方案进行了分析对比，借鉴了一些框构桥顶进的成功经验，最终采取了人工挖孔桩后背形式，确保了框构桥的顺利顶进，取得了较好的效果。

关键词：成本 工期 过程 分析

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0075-03

1 工程简介

1.1 工程概况

2010年我单位承建了京石客专重型机械厂路2-12 m框构工程，结构形式为两孔整体式框构，全长31.8 m，设计净高7.0 m，全高8.8 m，下穿西长正线上下行，顶程35.65 m。

既有重机械厂路为“丁”字路口，道路两侧为绿化地，出土通道距离重聚园路较近，工作坑周边施工场地狭小不具备后背填土的条件，如图1所示。

1.2 工程地质

桥址处为西长线4.2 m路基填方段，原地面以下4 m为素填土和细圆砾土，基本承载力400 kPa。原地面以下4～18 m范围内主要以粗圆砾土为主，粒径在20～60 mm范围内，在其范围内含有部分细砂层（5.8～7.8 m）和细圆砾土层（12.8～14.8 m），基本承载力分别为550 kPa、230 kPa和400 kPa。

2 后背方案选定

2.1 工字钢方案（原设计方案）

采用I50工字钢密排后背桩配合钢筋混凝土后背梁，双排工字钢计272根，自原地面以下打入深度9 m，滑板以下实际锚固深度4.5 m，钢筋混凝土后背梁高2.5 m，宽1.5 m，长11 m，设两段。工字钢后背填土量475 m3，混凝土总浇注量82.5 m3，钢筋总用量7.22 t，方案如图2所示。

2.2 浆砌片石方案

浆砌片石方案即采用浆砌片石砌筑一处重力式挡土墙做为顶进后背，方案如图3、图4所示。

浆砌片石后背采用M10水泥砂浆砌筑，全长22 m，土方开挖量880 m3，片石砌筑量506 m3，墙后土方回填量760 m3。

2.3 人工挖孔桩方案

采用人工挖孔桩后背配合钢筋混凝土后背梁，后背梁高2.5 m，宽1.5 m，长11 m×2，每道后背梁后方布置6根人工挖孔桩，合计12根人工挖孔桩，挖孔桩桩径1.25 m，间距2 m，挖孔桩原地面以下开挖深度9 m，实际浇注桩长8 m，滑板以下锚固深度5 m，6根人工挖孔桩上部设横向联接混凝土冠梁，冠梁高1.0 m，宽1.5 m，长11.5m，后背桩钢筋笼主筋伸入冠梁0.95 m，桩顶混凝土伸入冠梁0.2 m，方案如图5、图6所示。

后背梁、挖孔桩及桩顶冠梁混凝土等级均采用C25，混凝土总计浇注量238.03 m3，挖孔桩弃土量121.03 m3，钢筋总用量19.02 t。

2.4 指标分析

上述三种方案在设计时均进行了周密的受力分析，整体稳定性、滑动稳定性、抗倾覆稳定性等各项参数均能满足顶进要求，在此着重分析上述方案的经济指标、工期指标及过程控制，如表1所示。

2.4.1 经济指标分析

2.4.2 工期指标分析

（1）工字钢方案。

工字钢后背共需打入工字钢272根，打入深度9 m，按平均15 min打入一根计算，共需68 h，按打桩机每日满负荷工作8h计算，共需8.5日，考虑工字钢运输装卸及打桩机机械故障等因素影响1日，工字钢打入完成后，开挖土方施工后背梁2日，合计需要11.5日。

（2）浆砌片石方案。

本方案土方开挖量最大，共需开挖土方880 m3，采用机械开挖2日完成，共需砌筑片石506 m3，在全长22 m的工作面上同时安排6组大工砌筑，按每组大工平均每天砌筑6 m3计算，共需14日，挡土墙砌筑完成后回填并夯实墙后填土2日完成，合计需要16日。

（3）人工挖孔桩方案。

开挖深度9 m挖孔桩12根，采用“隔一开挖”法，安排6组机架同时挖孔，每天进尺3 m，3日成孔，安装钢筋笼及浇注混凝土1日，一个循环4日，2个循环8日即可完成挖孔桩施工，开挖土方施工后背梁及桩顶冠梁2日完成，合计需要10日。

2.4.3 过程控制分析

（1）工字钢方案。

顶进后背施工场地距既有铁路40 m以上，且施工点与既有铁路间有已经预制完成的框构，所以工字钢施工并不存在既有线安全风险。工字钢在地质条件较好，地层为卵石层的情况下不宜采用，北京地处太行山冲积平原地区，土层中含有一定数量的卵石，存在工字钢打入卵石层的情况，结合周围其他工点打入钢板桩的施工情况，此区域实施工字钢方案基本不可能实现。

（2）浆砌片石方案。

本方案安全风险最小，但其圬工方较大。整体稳定性及滑动稳定性受砌筑质量及墙后土方回填质量影响较大，只需严格控制砌筑质量保证砂浆饱满度和强度即可。土方回填时需分层夯实。

（3）人工挖孔桩方案

挖孔桩后方受力土体在挖孔过程中不受扰动，且本方案全部采用钢筋混凝土结构，整体稳定性及滑动稳定性最佳。挖孔桩施工时有一定的塌孔危险，但只要严控日进尺深度及混凝土护壁质量，该风险能得到有效的控制。

2.4.4 方案评选分析

通过对后背桩施工成本、施工工期以及施工过程安全风险各项指标对比，人工挖孔桩为施工成本最低，施工周期最短，施工风险较小的方案，因此我单位最终选择了人工挖孔桩方案。

3 结语

通过在本工程顶进过程中对顶进后背的位移监测数据分析，自顶进开始至顶进结束，该后背系统各监测点的累计位移量均未超过10 mm。通过本工程的实践证明，人工挖孔桩在框构顶进后背施工中，不仅保证了工程质量和施工安全，提高了施工效率，而且降低了施工成本，缩短了施工周期，为今后框构顶进后背桩施工积累了经验。

参考文献

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].清华大学出版社.

[2]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ 120-99.

[3]江正荣.建筑施工计算手册[M].中国建筑工业出版社.