樁基托換技術在廣州地鐵工程中的應用

李洪慶

(廣州地鐵集團有限公司,510330,廣州∥工程師)

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樁基托換技術在廣州地鐵工程中的應用

李洪慶

(廣州地鐵集團有限公司,510330,廣州∥工程師)

以廣州地鐵某盾構隧道穿越橋梁時樁基托換工程為例,詳細介紹了既有橋梁樁基托換施工方法、頂升工法、施工監測等技術應用情況,為在復雜施工環境和復雜地質條件下,進行既有橋梁樁基托換提供技術參考。

地鐵施工; 既有橋梁; 樁基托換; 頂升工法

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.,510330,Guangzhou,China;

隨著國內城市大規模的地鐵建設浪潮,地鐵與既有橋梁交叉干擾不可避免,地鐵建設發展與保證既有橋梁安全問題的矛盾日趨明顯。實踐證明,樁基托換技術是解決這一問題的有效方法,具有很好的推廣價值。本文結合廣州地鐵某工程實例,介紹了樁基托換技術在實際工程中的應用。

1 工程概況

廣州某地鐵區間隧道下穿某高架橋匝道橋。橋梁跨度約20 m,為單柱單樁基礎,其中一樁基位于區間左線隧道內且侵入隧道1.5 m,該樁基為人工挖孔摩擦型樁,樁徑φ1 200 mm,樁長約22 m,承載力設計值6 000 kN。受隧道結構施工影響,需對該樁基進行托換處理,采用2根直徑φ1 200 mm鉆孔灌注樁和截面3.5 m×3.0 m的托換梁進行主動托換處理。托換梁和被托換樁之間采用界面處理劑及植筋的方式進行連接,待托換梁混凝土強度達到設計強度后,在托換樁預頂承臺上安放千斤頂施加預頂力,預頂完成且全面觀測沉降變形穩定后,截斷被托換樁。

2 設計方案

主動托換法是采用托換梁結合托換新樁的方式,在托換梁與托換樁之間設置千斤頂加載,即在托換柱承臺上安放千斤頂及鋼墊塊,通過千斤頂的頂升力,將上部荷載轉移到托換梁和托換柱上,使上部結構有微量位移,同時使托換樁的大部分沉降通過千斤頂的預壓來完成。

基坑采用φ600@750排樁支護,樁頂設800 mm×800 mm冠梁,樁間采用φ800 mm雙管旋噴樁止水,因基底位于淤泥質土層,采用φ600@400雙管旋噴樁加固。托換方式采用樁梁的托換形式,托換梁截面為寬3.2 m、高3.0 m、長12 m。托換樁為2×φ1 200 mm的鉆孔灌注樁,與隧道凈距1 m,且保證樁端比隧道底低2 m以上。對侵入隧道的樁基,在洞內進行鑿除處理。樁基托換平、剖面見圖1。

3 總體施工方案

按照占道手續審批情況,分階段分場地進行施工。圍護結構鉆孔灌注樁采用兩臺沖擊鉆鉆孔,鋼筋籠分節加工安裝,孔口連接后導管法水下混凝土灌注。鉆孔灌注樁完成后進行樁間止水及基底旋噴樁(φ89 mm袖閥管)加固施工,采用兩臺雙管旋噴樁機施工。旋噴樁完成后進行冠梁施工,人工配合挖機開挖,樁頭浮渣采用風鎬破除,冠梁模板采用竹膠板、三角撐加對拉螺桿加固體系,一次性澆注混凝土。冠梁達到強度后用PC200挖機開挖基坑土方,人工配合清理樁間泥土,基坑土方分層開挖,開挖深度每次不大于2 m;開挖至基底及時施工樁頂承臺,待承臺混凝土達到設計強度后,回填沙至托換梁底進行托換梁施工;托換梁混凝土達到設計強度后進行頂升、截樁施工。具體施工步驟如下(見圖2)。

圖1 樁基托換平、剖面圖

圖2 托換施工步驟

第一步:①影響范圍內管線遷改,交通疏解及圍蔽;②施工支護樁及樁間旋噴樁,φ1 200 mm托換樁及基底加固旋噴樁(袖閥管加固)。

第二步:①施工冠梁,開挖基坑至設計標高后硬化基底;②施工托換樁承臺,架設托換梁底部腳手架及模板;③原柱與托換梁接觸面開槽及鑿毛,在原柱上植筋,綁扎托換梁鋼筋;④澆筑托換梁混凝土。

第三步:①托換梁達到設計強度后,在承臺上安放千斤頂及鋼墊塊;②將千斤頂加荷至上部橋墩荷載設計值的100%,待橋梁變形及新樁沉降穩定后,再將千斤頂卸載至穩壓荷載;③拆除原樁基范圍內腳手架,截斷原樁基(在截樁過程中,密切監測樁基沉降量,通過千斤頂頂升,使其沉降量控制在允許范圍內,直至截樁完成);④澆筑托換樁與托換連接部分混凝土,待混凝土達到強度后,拆除千斤頂,澆筑承臺和托換梁之間混凝土,并將鋼墊塊澆筑其中。

第四步:①拆除托換梁下腳手架,在托換梁下表面及承臺周邊粘貼20 mm厚橡膠緩沖層;②回填托換梁下素混凝土,托換梁以上回填粘性土并壓實,鑿除冠梁,恢復周圍地面原狀;③施工盾構隧道,開倉破除侵入區間托換樁基。

4 樁基托換頂升工法

4.1 主動托換

樁基托換的關鍵是荷載轉換,目標為變形控制,二者構成了樁基托換的核心,以保證最大程度地控制上方建筑變形,減小對周圍環境的影響。主動托換是當托換建筑物托換荷載大、變形控制要求嚴格,需要通過主動的變形調節來保證變形要求,即:在托換樁切除之前對新樁和托換結構施加荷載,使需要托換的柱在上頂力的作用下,隨托換大梁一起上升,從而克服由于托換大梁剛度不足可能產生的上部建筑物較大的沉降,同時也通過預加載消除部分新樁和托換結構的變形,使托換樁和結構的變形可以控制在較小的范圍內。

為最大程度地保證上方建筑安全及施工安全,樁基托換采用兩次頂升的方法完成樁基托換。第一次頂升,檢驗托換梁的承載能力及既有樁和梁連接的載荷能力;第二次頂升并穩定后,完成托換新樁與托換梁的連接,將既有樁上的荷載轉移到托換梁上。

4.2 頂升加載

為確保上方建筑、周邊環境安全及施工安全,消除上方建筑沉降,提高施工安全儲備,從而增加初頂升工序,即:預壓托換新樁、消除沉降;檢驗托換大梁的承載能力及托換梁與托換樁連接部位的載荷能力;通過頂升全程監測分析,確定既有樁上的真實軸力,從而確定頂升時加載上限值。

4.3 頂升加載原則

為了確保托換時各千斤頂頂升力的同步一致,托換同一新樁的各千斤頂需要性能相近且通過并聯油路由同一臺油泵控制。為了確保各托換新樁的頂升力同步一致,托換頂升采用分級加載的原則。

托換頂升的三控標準:被托承臺的上抬量不能大于2 mm,大于此值應立即停止加載;在加載過程中應嚴格監測托換梁裂縫的產生及發展,最大裂縫寬度大于0.15 mm時,立即停止加載;分級加載至加載上限值后,停止加載。

4.4 千斤頂與安全自鎖裝置安裝

在新樁上根據托換梁、新樁的位置關系對稱布置500 t級加載千斤頂裝置,根據承載力要求每根樁設2個500 t千斤頂,均選用校驗系數相接近的千斤頂,所有千斤頂并聯使用。

為確保在樁基托換過程中的萬無一失,采用自鎖式千斤頂,并于每一新樁上設多個永久鋼支座,其操作將隨加載千斤頂同步升降,以保障托換梁體的穩定和加載千斤頂的作業安全。鋼支座將永久地置于托梁、新樁間的鋼筋混凝土連接體內。千斤頂及鋼支座安裝見圖3,千斤頂截面見圖4。

4.5 托換梁與托換新樁連接施工

托換梁預埋鋼筋與托換新樁鋼筋連接采用兩道螺釘套筒鋼筋接駁器。托換梁與新樁連接示意見圖5。因托換梁及新樁間的連接鋼筋放置時間較長,對有明顯銹斑的鋼筋進行除銹處理,同時清除連接鋼筋上的油漬、雜物等。對樁頂面及托換梁底面實施鑿毛、清洗處理,確保與連接體混凝土的可靠結合。托換梁與新樁連接體的模板采用木質定型弧形模板,外加鋼箍固定,并在模板上部預留4個約20 cm見方的孔洞,用于混凝土澆筑觀察及振搗。利用托換梁中預留的3根φ168 mm鋼管孔道澆筑C35微膨脹混凝土,直至澆滿并振搗密實。連接體混凝土養護采用塑料薄膜養護,待后澆微膨脹混凝土達到設計強度以后,卸除千斤頂頂力并拆除千斤頂裝置。

4.6 分級加載方法

首先根據設計方案確定各項托換參數(見表1),具體加載時間及持續時間必須結合現場量測。待千斤頂進場鑒定完成后,將所有“力”的參數單位換算成

圖3 千斤頂及鋼支座安裝示意圖

圖4 千斤頂截面圖圖

圖5 托換梁與新樁連接大樣圖

表1 托換參數表

油壓表盤顯示的對應單位,以方便現場實際操作。

為確保上方建筑、周邊環境安全及施工安全,托換頂升施工采用分級加載的方法,共分10級加載,每級荷載增量為千斤頂加載上限值的10%,不可一次加載到最大值。加載應緩慢進行,通過油壓閥來控制,每級施加荷載時間暫定為10～30 min,每級加載需保持10 min,等結構穩定后方可施加下一級荷載。如在10 min內通過監測結果顯示結構未穩定,應等到結構穩定后才能進行下一級加載。分級加載參數見表2。

表2 分級加載參數表

分級加載時可以通過嚴格控制每級加載頂升力的方式使頂升工作壓力緩慢、均勻增加,以確保千斤頂工作的同步性,避免樁和梁的荷載突變而導致不良后果。另外,分級加載在每級加載過程中,連續記錄監測數據和加載數據,并實時進行分析,以指導下一級操作時做相應調整。施加頂力過程中還要根據監控系統的信息反饋,控制各千斤頂的壓力,從而保證托換梁受力平衡,避免產生附加應力。每次頂升要注意調整鋼墩與托換梁之間的螺栓連接,并將鋼楔塊打緊,保證托換結構的整體穩定性。三管鋼墊塊安裝大樣見圖6,標準三管墩截面見圖7。

圖6 三管鋼墊塊安裝大樣圖

圖7 標準三管墩截面圖

4.7 分級卸載方法

卸載就是加載頂升的逆過程。與加載相同,卸載時也應分級進行,卸載時分5級卸載,每級卸載值為卸載總值的20%,每級卸載也應慢慢進行。暫定每級卸載時間為10～15 min,達到卸載值后穩定時間為10～15 min,并且通過監測確定結構穩定后才能進行下一級卸載。分級卸載參數見表3。

5 樁基托換監測

為了確保上部結構的正常安全使用,監控網絡必須根據每個施工步驟可能對結構造成的影響進行布置。采用信息化施工技術對托換過程中每個環節的監測數據進行采集、分析,發現問題及時提出并對有關托換頂升參數進行修正。在托換或頂升過程

表3 分級卸載參數表

中,對托換梁上部原樁的位移、沉降和托換新樁的沉降、托換梁的變形等情況進行嚴密監測。

6 結語

地鐵隧道線路雖可進行局部的優化,但仍受規劃和總體線路的限制,經常不可避免地需要穿越建、構筑物的樁基礎。樁基托換因既保證了既有建、構筑物安全,又保證了地鐵施工進度,節約了工程投資,因此是最好的選擇方案之一。

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Application of Pile Foundation Underpinning Technology in Guangzhou Metro Engineering

LI Hongqing

Taking Guangzhou subway as the example, where the shield tunnel crosses an existing bridge and the pile foundation underpinning technology is applied. In this paper, the practical application of beam bridge pile foundation underpinning construction, jackup method and construction monitorin are introduced in detail, in order to provide certain

of the bridge pile foundation underpinning technology for subway constructionin complex environment and complex geological conditions.

subway construction; existing bridge; pile foundation underpinning; jackup method

U 231.3; TU 753.8

10.16037/j.1007-869x.2016.08.016

2014-12-19)