大型立交橋樁基托換工程技術(shù)難點處理簡介

張　增

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

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大型立交橋樁基托換工程技術(shù)難點處理簡介

張增

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

【摘要】隨著國內(nèi)地鐵工程建設(shè)的日益發(fā)展，新建地鐵工程從城市繁華區(qū)或主干道穿越，不可避免出現(xiàn)城市橋梁樁基侵入到擬建工程范圍內(nèi)，為減小對城市居民出行的影響，對橋梁進行樁基托換是比較常見的方案。論文依托成都地鐵7號線區(qū)間隧道穿越青龍場立交橋，樁基托換過程遇到的諸多難題，提供了這些技術(shù)難題的解決方案，供今后類似工程借鑒。

【關(guān)鍵詞】立交橋;樁基托換;技術(shù)難點;處理方案

1工程概況

1.1工程對象及環(huán)境

本文依托工程為成都地鐵7號線工程，其中八里小區(qū)站～東區(qū)醫(yī)院站區(qū)間穿越青龍場立交橋。該立交橋為大型互通式立交橋，地理上位于成都市北面，是成綿高速、川陜路及鐵路編組站的重要交通節(jié)點，是成都北門進出的“咽喉”。該橋為三跨一聯(lián)、四跨一聯(lián)、五跨一聯(lián)鋼筋混凝土連續(xù)板梁，墩柱與橋梁連接方式均為活動支座，全橋原樁基為直徑1.5m人工挖孔樁，樁最大長約22.5m。

盾構(gòu)通過前需要對有沖突的樁基進行托換，共需托換6個墩柱，新建14根樁。本次施工托換區(qū)域底層環(huán)島道路車流量及人流量非常大，靠近托換橋墩有一條興蜀軍專用鐵路，該鐵路負責軍備后勤保證運輸，托換施工期間不能對其產(chǎn)生影響。托換區(qū)域周邊房屋為7層高的鹽業(yè)公司大樓，對于基礎(chǔ)沉降較為敏感。托換區(qū)域附近樁基密布，且多個橋墩為立交橋4層高跨墩，墩高達40m。

1.2場區(qū)地質(zhì)情況介紹

2工程技術(shù)難點

2.1橋梁帶裂縫工作，被托換舊承臺成型質(zhì)量不佳

通過前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前該橋梁橋面道路破碎，梁體下方出現(xiàn)大量的裂縫。加之橋梁為曲線連續(xù)梁橋，橋體承受不均勻沉降的能力差，故橋梁繼續(xù)承受基礎(chǔ)沉降或不均勻沉降能力非常有限。通過委托有資質(zhì)第三方檢測及評估機構(gòu)進行鑒定，托換區(qū)域橋梁裂縫多達1 145條，許多裂縫已經(jīng)發(fā)展至鋼筋內(nèi)側(cè)，裂縫的產(chǎn)生已對橋梁承載和正常使用產(chǎn)生影響。本次托換完成后橋梁需要進行加固維修及保養(yǎng)。通過托換施工前的現(xiàn)場基坑挖探，發(fā)現(xiàn)被托換橋梁的承臺成型效果不理想，多個承臺的外形不規(guī)則、側(cè)面不齊整、承臺混凝土質(zhì)量不佳，對于后續(xù)樁基托換造成較大的難度。

2.2場地地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富

通過地質(zhì)勘察及場地范圍的水文觀測，擬托換區(qū)域地表為較厚的填土及黏土層，在地面以下12～16m深度范圍分布著2～4m的<3-4-2>細砂層，砂層細顆粒的占比高達20%。場地內(nèi)地下水位于地下2m，含水量非常豐富。托換區(qū)域橋梁下方高度有限，加之新建托換樁距離舊樁很近，無法實施機械成孔作業(yè)，經(jīng)研究擬采用人工挖孔成樁。遇上述地層時，人工挖孔樁實施期間極易發(fā)生塌孔、涌水涌砂現(xiàn)象，加之目前城市建設(shè)監(jiān)督管理單位對人工挖孔樁的管理控制非常嚴格，需要確保人工挖孔樁安全實施。

2.3托換樁基軸力大，托換節(jié)點處理復(fù)雜

通過初步測算，本次樁基托換工程中新建托換樁頂?shù)暮奢d單樁最大達到6 650kN,為國內(nèi)樁基托換軸力較大的工程案例。如此大的軸力托換，對于頂升荷載、穩(wěn)壓荷載及截樁都是較大的考驗，若計算和實施過程中有偏差，極易對橋梁產(chǎn)生損傷或發(fā)生事故。

本次托換對象中有一墩四樁、一墩兩樁以及一墩一樁的不同類型，因此托換的結(jié)構(gòu)方案也都不同，有“下托上”、“大包小”及“梁夾墩”的不同方案。涉及新舊結(jié)構(gòu)間的連接及界面處理方案也不相同，需要在設(shè)計方案時具有針對性，并考慮托換完成之后橋梁承路面承受車輛沖擊荷載，并保證剩余使用壽命內(nèi)安全、可靠。

3工程關(guān)鍵技術(shù)

目前國內(nèi)已有不少地鐵工程中成功實施了樁基托換，對于本工程來說可借鑒的經(jīng)驗較多，通過對比類似工程并針對本工程的技術(shù)難點，本工程采取技術(shù)總結(jié)如下：

3.1地基預(yù)處理降水

為減輕人工挖孔樁實施過程中的涌水、涌砂的風(fēng)險，工程實施前對新建挖孔樁孔位周邊一定范圍進行注漿加固，注漿高度范圍從承臺底到新建樁底(遇巖層時止)。為有效降低人工挖孔樁施工及后期地鐵盾構(gòu)隧道凈距離穿越(盾構(gòu)隧道邊距離樁邊最小不足1m)對原有承載的樁基的擾動和影響，對部分原樁周進行注漿加固，加固范圍主要是人工挖孔樁實施及盾構(gòu)施工影響高度范圍，并盡可能結(jié)合地質(zhì)情況對原樁底及樁周承載能力差的地層進行加固。在地基加固完成后，人工挖孔樁實施期間還輔以管井降水，減輕挖孔樁實施期間的風(fēng)險。

通過研究場區(qū)內(nèi)的地質(zhì)情況，注漿加固采用壓密注漿的方式，注漿管采用φ48mm、t=3.0mm的袖閥管，漿液材料采用水泥漿，注漿孔平面間距1.2m，通過地層注漿試驗，水灰比例在0.75∶1～0.9∶1范圍注漿效果較理想。部分段落因分布砂層厚度較大，地下水存在流動現(xiàn)象，純水泥漿注漿效果不理想，容易竄漿、冒漿，后改為雙液漿注漿，并將注漿孔平面間距縮小至0.8m，采用間隔、密孔的方式注漿。

3.2用主動托換方式最大程度減輕對既有橋梁的不利影響

為控制橋梁施工及使用階段的沉降，樁基托換采用主動托換的方式，新建托換梁線主方向盡量與既有承臺同方向一致。主動托換相比被動托換，前期可通過頂升階段，一方面將新建樁基沉降提前消除，另一方面頂升過程中可隨時根據(jù)墩頂?shù)某两嫡{(diào)整頂升、穩(wěn)壓荷載，具有動態(tài)性，對于橋梁保護非常有利。

為了更好發(fā)揮舊承載的分擔荷載能力，新建托換梁與舊承臺采用“下托上、大包小”的方式，即新建托換梁頂面位于舊承臺底面，新托換梁外圈包裹舊承臺。托換梁與舊承臺之間的豎向抗剪通過承臺高度方向混凝土自身抗剪滿足要求，水平方向的抗剪通過托換梁表面設(shè)置的凹、凸槽實現(xiàn)。托換梁與舊承臺之間的結(jié)合面需進行界面處理，將舊承臺結(jié)合界面表面鑿毛、清洗后與托換梁整體澆筑。既有樁與托換梁間采用植筋及界面處理的方式進行連接，保證連接后既有樁與托換梁共同工作。

3.3采用“預(yù)應(yīng)力+重型工字鋼+界面處理”綜合手段進行節(jié)點處理

對于個別樁承擔軸力大，且為獨撴獨樁結(jié)構(gòu)，需要采用托換梁“夾樁”的方式。因橋梁上重載汽車通行量大，且速度較快，后期反復(fù)荷載作用下，舊樁(墩)容易與托換梁之間發(fā)生滑移或截面破壞。為解決該問題，采用如下設(shè)計方案：

(1)在舊樁、舊墩表面刻槽、植筋并進行截面處理。在墩及樁高度3m的范圍設(shè)置高15cm、深3cm的螺紋型齒槽，并梅花形植筋以傳遞豎向剪力，混凝土澆筑前做好完善的截面處理。

(2)采用后張法托換梁體內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力作用下使梁體在使用期間體內(nèi)始終有擠壓內(nèi)應(yīng)力存在，使得后期第一項的截面處理能夠按照設(shè)計意圖發(fā)揮作用，施加預(yù)應(yīng)力后可同時增加托換梁的承載能力。

(3)鑒于樁基直徑約1.5m，樁基的豎向鋼筋間距約135mm，樁基水平方向開孔對樁基承載能力有限，所以此設(shè)計采用鉆孔設(shè)備在樁上形成300mm×600mm的水平“糖葫蘆”形孔洞，孔內(nèi)插入重型型鋼，型鋼腹板及翼緣厚度都做加強，空洞內(nèi)后期灌注微膨脹混凝土，確保型鋼與樁共同受力，后期將型鋼澆筑在托換梁內(nèi)，重型型鋼承擔豎向荷載比例超過50%，形成一個有力的“扁擔”，從而與上述兩次措施一并形成節(jié)點傳力及防滑移綜合手段的處理方案。

4結(jié)束語

該橋梁樁基托換實施過程中，橋梁沉降可控，橋梁病害未繼續(xù)發(fā)展。托換工程一年前已順利結(jié)束，長期的沉降及裂縫觀測表明橋梁基礎(chǔ)未發(fā)生沉降，梁體裂縫未繼續(xù)發(fā)展，橋上車輛通行正常。樁基托換過程中涉及的工程處理措施面域較廣，針對不同的技術(shù)難題采取應(yīng)對措施合理，工程實施帶來了巨大的經(jīng)濟效益及社會效益。

[作者簡介]張增(1984～)，男，碩士研究生，工程師，主要從事地鐵結(jié)構(gòu)工程設(shè)計。

【中圖分類號】U445.6

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-25