暗挖地鐵隧道下穿既有橋梁的大承臺(tái)托換技術(shù)研究

李明

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730000)

暗挖地鐵隧道下穿既有橋梁的大承臺(tái)托換技術(shù)研究

李明

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730000)

蘭州地鐵一號(hào)線暗挖區(qū)間隧道下穿東崗東路爛泥溝橋時(shí)與既有8根橋梁基樁相沖突，采用了在明挖基坑內(nèi)施作大承臺(tái)的樁基托換技術(shù)通過(guò)。本文詳細(xì)介紹了大承臺(tái)托換技術(shù)的實(shí)施方案、施工步驟、關(guān)鍵技術(shù)和施工監(jiān)測(cè)情況。托換過(guò)程中和暗挖隧道經(jīng)過(guò)后的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，既有橋梁的變形和受力安全可靠。大承臺(tái)托換技術(shù)在隧道下穿多根橋梁基樁時(shí)取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，所采取的關(guān)鍵技術(shù)可為同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

地鐵暗挖隧道 橋梁樁基礎(chǔ) 大承臺(tái) 樁基托換

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，由于時(shí)間和空間上的局限性，地鐵線路會(huì)不可避免地穿越既有建(構(gòu))筑物。常見(jiàn)穿越既有建(構(gòu))筑物采用的方法為樁基托換，即通過(guò)托換樁和托換梁結(jié)構(gòu)完成地鐵穿過(guò)時(shí)的受力轉(zhuǎn)換。

東崗東路為蘭州市東西向的城市主干道，道路車(chē)流量大，進(jìn)出城重載車(chē)輛多從此通過(guò)。蘭州地鐵一號(hào)線暗挖區(qū)間隧道下穿東崗東路爛泥溝橋工程中，地鐵隧道與既有8根橋梁基樁相沖突，若采用常規(guī)的樁基托換則施工過(guò)程對(duì)交通影響大，且無(wú)法保證既有橋梁的沉降和位移在允許范圍內(nèi)，故采用了大承臺(tái)托換技術(shù)［1］。本文詳細(xì)介紹了該托換技術(shù)的實(shí)施方案、施工步驟、關(guān)鍵技術(shù)和施工監(jiān)測(cè)等情況，以期為同類(lèi)工程提供借鑒。

1 工程概況

爛泥溝為東崗東路上的一處排洪溝渠，深6.5 m，河渠上口寬25.0 m，下口寬12.0 m。區(qū)間隧道拱頂距離溝底約9 m。爛泥溝橋位于東崗東路上，為跨越爛泥溝而設(shè)，為一跨25 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，梁高1.1 m，每片中梁寬1.50 m，每片邊梁寬1.75 m，全橋共設(shè)18片中梁，2片邊梁。下部結(jié)構(gòu)采用樁基連接蓋梁式橋臺(tái)，樁直徑1.2 m，樁長(zhǎng)22 m，每個(gè)橋臺(tái)下面設(shè)8根基樁。橋面采用瀝青混凝土路面，欄桿采用鋼欄桿。本橋與道路中線斜交角度為20°，橋面總寬32 m，其中車(chē)行道寬21 m，為雙向六車(chē)道，兩側(cè)人行道各寬5.50 m。橋梁基樁間距4.04 m，在垂直于道路中線投影面上間距為3.80 m。區(qū)間隧道在爛泥溝橋橋址處下穿，與8根橋梁基樁沖突。既有橋梁基樁與隧道的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 既有橋樁與隧道的關(guān)系(單位:cm)

2 托換原則及方案

樁基托換按托換機(jī)理可以分為主動(dòng)托換和被動(dòng)托換。主動(dòng)托換技術(shù)采用頂升手段消除部分新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形，使得托換后的新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形控制在較小范圍內(nèi)。被動(dòng)托換技術(shù)不予頂升，托換后新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形往往難以得到控制。由于托換基樁根數(shù)較多，上部結(jié)構(gòu)荷載較大，變形要求嚴(yán)格，本次托換工程采用主動(dòng)托換，即預(yù)先對(duì)托換樁進(jìn)行預(yù)壓消除部分沉降，并人為控制托換時(shí)及托換后的變形，使荷載分級(jí)轉(zhuǎn)移，最終使托換結(jié)構(gòu)的變形控制在較小范圍內(nèi)［2］。

為減少托換施工對(duì)道路交通的影響，本次托換工程的托換樁均布置于爛泥溝橋下洪道內(nèi)，被托換樁的一側(cè)(參見(jiàn)圖1)，這有別于常規(guī)托換工程托換樁布置于被托換樁兩側(cè)的做法，結(jié)構(gòu)受力形式也有所區(qū)別。托換樁采用直徑1.2 m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)14.5 m，每個(gè)承臺(tái)下布置13根。托換樁樁頂設(shè)置大承臺(tái)將既有橋梁基樁和托換樁連接成整體，托換大承臺(tái)共設(shè)兩處，每側(cè)既有橋梁樁基礎(chǔ)處設(shè)一處。

3 樁基托換施工步驟

3.1 鋼便橋施工、基坑開(kāi)挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

爛泥溝橋兩側(cè)管線眾多，施工前應(yīng)首先改移橋梁周邊管線。管線改移完成后搭設(shè)臨時(shí)便橋，為了不影響既有路面的通車(chē)，便橋分幅搭設(shè)，采用一跨48 m裝配式公路鋼橋。橫斷面布置形式:左幅，2.5 m(非機(jī)動(dòng)車(chē)道)+4.2 m(車(chē)行道)+4.2 m(車(chē)行道);右幅，4.2 m(車(chē)行道)+4.2 m(車(chē)行道)+2.5 m(非機(jī)動(dòng)車(chē)道)。便橋荷載等級(jí)為汽—20級(jí)，過(guò)橋重車(chē)荷載不應(yīng)大于35 t。臨時(shí)便橋搭設(shè)見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)便橋示意(單位:cm)

臨時(shí)便橋搭設(shè)完成后，在橋下開(kāi)挖基坑，施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在裝配式鋼梁范圍內(nèi)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用土釘墻防護(hù)，坡率1∶0.5，鋼梁范圍外基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁，臨近既有建筑物側(cè)樁間距為1 m，周邊無(wú)建筑物側(cè)樁間距為1.6 m，并在距樁頂3.5 m處設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索。

3.2 既有橋梁墩柱加固、地基加固、托換樁和承臺(tái)施工

對(duì)承臺(tái)以上的既有墩柱粘貼2層碳纖維布進(jìn)行加固，纖維布采用高強(qiáng)度Ⅰ級(jí)碳纖維布，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3 400 MPa，膠采用A級(jí)膠。第1道粘貼縱向碳纖維布，第2道粘貼橫向碳纖維布。橋墩根部采用鋼板壓條將碳纖維布?jí)鹤。摪鍓簵l通過(guò)螺栓固定在墩上，擰緊螺母。

對(duì)橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行注漿加固處理［2］。隧道外輪廓以外設(shè)2排直徑150 mm鉆孔注漿隔離樁，梅花形布置，間距800 mm×800 mm。

托換樁采用φ1.2 m的鉆孔灌注樁［3］，樁長(zhǎng)為14.5 m。每個(gè)承臺(tái)下布置13根，共26根。托換承臺(tái)尺寸為34.66 m(長(zhǎng))×8.94 m(寬)×2 m(高)，每側(cè)既有橋梁樁基礎(chǔ)處設(shè)一處，共設(shè)兩處，施工時(shí)先施工一側(cè)承臺(tái)，再施工另一側(cè)。施工承臺(tái)前，應(yīng)先在既有墩柱與承臺(tái)連接處植入錨筋。由于承臺(tái)屬大體積混凝土，澆筑時(shí)應(yīng)避免混凝土水化熱引起開(kāi)裂。在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻管通水冷卻。采用改善骨料級(jí)配、降低水灰比、摻加混合料、摻加外加劑等方法減少水泥用量及使用水化熱低的礦渣水泥、粉煤灰水泥等。澆筑承臺(tái)后，新做樁基與承臺(tái)之間先用型鋼進(jìn)行支撐。

3.3 預(yù)壓樁基、樁與承臺(tái)連接

為了避免既有橋梁基樁與托換樁沉降不一致，需對(duì)托換樁進(jìn)行壓樁處理。預(yù)壓按照單根樁進(jìn)行，預(yù)壓順序先從中間一排樁開(kāi)始，從中間向兩邊對(duì)稱(chēng)預(yù)壓。預(yù)壓完成后，對(duì)托換樁鋼筋與承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋鋼筋采用擠壓套筒進(jìn)行機(jī)械連接，托換樁樁頭與承臺(tái)采用鋼套管連接，最后灌注微膨脹混凝土［2-4］。

3.4 截樁

截樁前采用軍用墩對(duì)蓋梁進(jìn)行臨時(shí)支撐。對(duì)每個(gè)樁分3次3 d切割完成，且同一蓋梁下的樁交替進(jìn)行切割。切割過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視切割縫寬度尺寸變化情況。并在切割縫中放置鋼板，鋼板面積不小于原樁面積的2/3。

3.5 暗挖隧道施工

暗挖隧道施工應(yīng)先降水、后施工。施工時(shí)遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的基本原則。洞內(nèi)支護(hù)采用雙層小導(dǎo)管注漿預(yù)加固，增設(shè)臨時(shí)仰拱，初期支護(hù)鋼格柵間距加密為0.5 m。施工過(guò)程應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工。待隧道施工通過(guò)后，恢復(fù)臺(tái)后填土及錐坡，拆除臨時(shí)便橋及蓋梁底支架，恢復(fù)路面通車(chē)［5］。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 既有樁體植筋及界面處理

既有樁的植筋技術(shù)性較強(qiáng)，是托換承臺(tái)與既有樁能否有效連接、力系能否有效傳遞的關(guān)鍵性因素。設(shè)計(jì)植筋為φ32鋼筋，錨固長(zhǎng)度為400 mm，按300 mm× 300 mm梅花形布置，采用探測(cè)儀探明既有墩柱錨栓孔位是否有鋼筋，必要時(shí)適當(dāng)調(diào)整孔位，以免損傷墩柱內(nèi)鋼筋。鉆孔并植入錨固鋼筋，鋼筋植入后，采用改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑填充(A級(jí)膠)［6］。

為加強(qiáng)既有樁和托換承臺(tái)之間的摩擦力和咬合力，除植入鋼筋外，還要對(duì)既有樁與承臺(tái)連接部位表面進(jìn)行鑿毛處理，并開(kāi)鑿齒槽，涂刷界面粘結(jié)劑。

4.2 預(yù)壓加載中的變形協(xié)調(diào)控制

設(shè)計(jì)單樁最大加載為3 900 kN，按“等變形、等荷載”的原則將千斤頂對(duì)稱(chēng)布置于托換樁和托換承臺(tái)之間，并在千斤頂上下設(shè)置鋼墊板。每一新樁的千斤頂均選用校驗(yàn)系數(shù)相接近的，并聯(lián)使用。加載時(shí)設(shè)計(jì)軸力分10級(jí)加載，以降低不同步加荷產(chǎn)生的影響［7-8］。

為確保在樁基托換過(guò)程中萬(wàn)無(wú)一失，于每一托換樁樁頂上設(shè)置了2個(gè)機(jī)械螺旋式的安全自鎖裝置。該裝置將隨加載千斤頂同步升降，對(duì)托換承臺(tái)的穩(wěn)定和加載千斤頂?shù)氖褂闷鸢踩ｋU(xiǎn)作用，這2個(gè)安全自鎖裝置將永久地置于托換承臺(tái)與托換樁間的鋼筋混凝土連接體內(nèi)［8］。

4.3 托換承臺(tái)與托換樁的連接

待整個(gè)主動(dòng)托換頂升完成以及托換樁的沉降穩(wěn)定后，將托換樁主筋與承臺(tái)預(yù)埋鋼筋用擠壓套筒進(jìn)行機(jī)械連接，托換樁頭與承臺(tái)用鋼套管連接后灌注微膨脹混凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再在托換承臺(tái)底部切斷既有樁。

5 施工監(jiān)測(cè)

為確保既有橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變形和托換結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖3［9］。根據(jù)規(guī)范要求，相鄰兩墩臺(tái)不均勻差異沉降允許值不大于20 mm，承臺(tái)水平位移允許值不大于3 mm，承臺(tái)不均勻沉降允許值不大于3 mm，蓋梁的不均勻差異沉降允許值不大于3 mm［10］。施工過(guò)程中重點(diǎn)控制既有橋梁相鄰墩柱、承臺(tái)、蓋梁的不均勻沉降。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，加載托換后被托換橋梁墩柱最大升高值為2 mm，蓋梁最大沉降差為1.8 mm，相鄰墩柱沉降差最大為3.7 mm。地鐵暗挖通過(guò)3個(gè)月后，墩柱沉降趨于穩(wěn)定，相鄰墩柱沉降差最大為1.5 mm，蓋梁最大沉降差為0.89 mm，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

6 結(jié)語(yǔ)

蘭州地鐵1號(hào)線下穿東崗東路爛泥溝橋采用大承臺(tái)托換技術(shù)通過(guò)，保證了城市主干道的正常通行，同時(shí)減少了拆遷量，節(jié)省了投資，是蘭州市首次在地鐵工程中成功運(yùn)用托換技術(shù)。監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示托換過(guò)程中和暗挖隧道通過(guò)后，既有橋梁的變形和受力安全可靠。因此本工程所采取的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)、施工具有重要的參考價(jià)值。

［1］徐前衛(wèi)，朱合華，馬險(xiǎn)峰，等.地鐵盾構(gòu)隧道穿越橋梁下方群樁基礎(chǔ)的托換與除樁技術(shù)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2012 (7):1217-1226.

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(責(zé)任審編葛全紅)

TU473.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.21

1003-1995(2015)05-0083-03

2014-10-20;

2015-03-22

李明(1984—)，男，甘肅臨夏人，工程師，碩士。