砂卵石地層橋樁受地鐵車站樁基托換影響的分析

袁順德, 徐仁中, 劉玉勇, 王 鵬

(1. 中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

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砂卵石地層橋樁受地鐵車站樁基托換影響的分析

袁順德1, 徐仁中2, 劉玉勇1, 王 鵬1

(1. 中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

在成都地鐵4號(hào)線地鐵車站樁基托換及車站開(kāi)挖施做主體結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，成溫立交橋7#橋墩產(chǎn)生38.24 mm的沉降，嚴(yán)重超過(guò)了既有橋梁沉降的允許值。通過(guò)研究砂卵石地層地鐵車站樁基托換的橋墩沉降、托換梁應(yīng)力、圍護(hù)樁水平位移等參數(shù)的變化規(guī)律，分析在砂卵石地層中進(jìn)行地鐵車站樁基托換及基坑開(kāi)挖施工影響既有橋梁的原因，提出有效控制橋墩沉降保證橋梁安全的應(yīng)對(duì)措施。

砂卵石； 地鐵車站； 基坑開(kāi)挖； 樁基托換； 監(jiān)測(cè)

地鐵建設(shè)中常常遇到新建地鐵線路下穿既有橋梁[1]、房屋等建筑物[2]的情況，須對(duì)原來(lái)的基礎(chǔ)進(jìn)行樁基托換。目前樁基托換主要分為主動(dòng)托換和被動(dòng)托換兩種方法[3]。主動(dòng)托換法是采用托換梁結(jié)合托換新樁的方式[4]，在托換梁與挖孔樁之間設(shè)置千斤頂加載，利用千斤頂使上部結(jié)構(gòu)有微量位移，同時(shí)使新樁的大部分沉降通過(guò)千斤頂?shù)念A(yù)壓來(lái)完成[5]，以避免在工后的沉降對(duì)建筑物產(chǎn)生不良的后果。在樁基托換施工過(guò)程中建立沉降變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析砂卵石地層地鐵車站樁基托換施工監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，研究托換施工過(guò)程中的墩臺(tái)鋼筋應(yīng)力、樁體水平位移等參數(shù)的變化規(guī)律，得出各種因素的影響情況。

1 工程概況

西南財(cái)大站是成都地鐵4號(hào)線1期工程的中間站，為地下二層的島式車站。站點(diǎn)位于二環(huán)路與成溫立交橋的交叉路口，車站主體沿成溫路東西向布置，成溫立交橋上跨西南財(cái)大站，橋面為雙向4車道，橋?qū)挒?5.1 m。成溫立交橋7#橋墩樁基位于車站中央與車站主體結(jié)構(gòu)位置沖突，需對(duì)該橋樁托換處理。橋下凈空5 m，7#橋墩基礎(chǔ)為2根長(zhǎng)15.5 m、直徑1.5 m的摩擦樁，樁中心距6.5 m，承臺(tái)厚1.5 m，平面尺寸9.0 m×2.5 m。利用車站維護(hù)結(jié)構(gòu)及臨時(shí)立柱作為前期托換樁基，C30鉆孔灌注樁，直徑1 200 mm，基底以上樁長(zhǎng)12.63 m，基底以下5.8 m，車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁長(zhǎng)22.8 m。托換梁分別采用3根截面b×h=1 400 mm×2 200 mm+1根截面b×h=3 500 mm×2 200 mm+2根截面b×h=1 200 mm×3 580 mm組成托換體系。托換施工先托換至托換樁及車站圍護(hù)樁上，待車站主體結(jié)構(gòu)完成后二次托換至車站主體結(jié)構(gòu)上方，是重大風(fēng)險(xiǎn)源，托梁下方設(shè)有中間立柱，如圖1所示。

2 工程地質(zhì)條件

地貌單元屬于岷江水系Ⅰ級(jí)階地。

圖1 橋墩、托換樁、車站結(jié)構(gòu)示意

雜填土主要以新近回填的碎石、磚塊、 道路垃圾及原建筑基礎(chǔ)和地坪殘跡為主。

場(chǎng)地土層及地下水以賦存于卵石層的孔隙潛水為主，孔隙潛水富存于細(xì)砂和卵石層中。勘察期間測(cè)得本車站地下水穩(wěn)定水位埋深為4.0～6.30 m。

3 施工監(jiān)測(cè)

在施做臨時(shí)立柱托換樁及樁基托換過(guò)程中進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有橋墩沉降、托換梁鋼筋應(yīng)力、圍護(hù)樁水平位移。共埋設(shè)4個(gè)橋墩沉降測(cè)點(diǎn)、16個(gè)托換樁鋼筋應(yīng)力測(cè)點(diǎn)、2個(gè)樁體測(cè)斜管，如圖2所示。

圖2 施工監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)示意

4 監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 托換梁鋼筋應(yīng)力

由圖3可知，在第一次托換截原樁時(shí)，托換梁頂層鋼筋受壓，最大達(dá)到34 kN，底層鋼筋受拉，達(dá)到31 kN，兩端鋼筋受力很小。隨著基坑的開(kāi)挖引起臨時(shí)立柱樁周摩擦力的降低，托換梁兩端的鋼筋受力增加，中間鋼筋受力基本不變。托換梁內(nèi)鋼筋受力不均一，托換梁承受扭矩和彎矩，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。

4.2 橋墩沉降

橋墩沉降分兩個(gè)階段：施做托換樁和進(jìn)行托換的階段。

由圖4可知在施做托換樁階段，砂卵石地層與黏土層不一樣，透水性很強(qiáng)，臨時(shí)立柱托換樁離原橋樁太近，施做鉆孔灌注樁即臨時(shí)托換樁時(shí)，由于樁基周圍土層受到擾動(dòng)及地下水位上升導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，引起樁基承載力降低樁基發(fā)生沉降最大沉降值為26.7 mm。

由圖5可知在進(jìn)行托換階段，開(kāi)挖基坑時(shí)，臨時(shí)立柱周圍土體被挖走導(dǎo)致側(cè)阻力降低，樁體產(chǎn)生沉降；截?cái)嘣瓨驑稌r(shí)，托換樁為了產(chǎn)生側(cè)阻力而與土體發(fā)生相對(duì)位移導(dǎo)致橋墩沉降；截?cái)嗯R時(shí)立柱樁進(jìn)行第二次托換時(shí)引起橋墩產(chǎn)生沉降。

圖3 托換梁鋼筋受力數(shù)據(jù)曲線

圖5 橋墩沉降數(shù)據(jù)曲線(托換施工)

從開(kāi)始施做臨時(shí)立柱托換樁、托換梁到樁基托換施工結(jié)束橋墩產(chǎn)生的沉降：QD-1為38.24 mm，QD-2為30.25 mm，QD-3為33.02 mm，QD-4為20.08 mm，總沉降最大為38.24 mm。

4.3 圍護(hù)樁水平位移

由圖6可知，圍護(hù)樁與臨時(shí)立柱樁共同構(gòu)成第一次托換受力體系，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中卸掉樁體基坑側(cè)的土體，不僅使樁周摩擦力降低引起樁體沉降而且樁體彎曲也會(huì)導(dǎo)致樁軸向產(chǎn)生沉降。

5 結(jié)論及建議

(1)施做托換樁時(shí)，原橋樁基周圍土體受到擾動(dòng)以及地下水位上升導(dǎo)致地下水位以上部分土層的抗剪強(qiáng)度降低側(cè)阻力減小，采用對(duì)土層進(jìn)行預(yù)加固的措施提高樁基側(cè)阻力避免橋墩產(chǎn)生過(guò)大沉降。

圖6 圍護(hù)樁水平位移曲線

(2)基坑分層開(kāi)挖施做主體結(jié)構(gòu)期間，圍護(hù)樁體發(fā)生彎曲變形，圍護(hù)樁及托換樁由于樁周摩擦力降低，樁基產(chǎn)生沉降，托換梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

(3)采用增加車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁長(zhǎng)和托換樁樁長(zhǎng)來(lái)增加側(cè)阻力的措施從而減小開(kāi)挖卸荷產(chǎn)生的橋墩沉降。

(4)采用逆作法比采用順作法施做車站主體結(jié)構(gòu)更能約束圍護(hù)樁體的水平位移，從而可降低橋墩產(chǎn)生的沉降。

[1] 毛雪鋒， 許智焰， 胡京濤.深圳地鐵3號(hào)線廣深鐵路橋梁樁基托換設(shè)計(jì)[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2012(3): 91-95.

[2] 柯在田， 高巖.深圳地鐵大軸力樁基托換模型試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué)，2003(5)： 15-24.

[3] 呂劍英.我國(guó)地鐵工程建筑物基礎(chǔ)托換技術(shù)綜述[J].施工技術(shù)，2010(9): 8-12.

[4] 呂劍英， 薛煌.利用地下導(dǎo)洞實(shí)現(xiàn)樁基托換的設(shè)計(jì)方法[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007(1)： 27-30.

[5] 胡所亭.謝疊大橋9號(hào)墩樁基托換和頂升施工控制技術(shù)[J]. 鐵道建筑，2008(8):39-42.

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[定稿日期]2016-05-28

[作者信息]袁順德(1970～)， 男，碩士，高級(jí)工程師，從事地鐵工程科研與咨詢工作。