隧道下穿既有橋梁樁基影響研究

曾 明

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400041)

隧道下穿既有橋梁樁基影響研究

曾 明

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400041)

近幾年，隨著我國城市交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐加快，越來越多的城市都在修建地鐵，在地鐵的建設(shè)的過程中不可避免的會對臨近的既有橋梁樁基產(chǎn)生擾動，從而引起樁基的附加沉降，如果樁基的沉降量過大，將會危及橋梁的正常使用。因此，如何保證地鐵施工過程中既有橋梁的安全受是一個很重要的問題。本文在以往相關(guān)問題研究的基礎(chǔ)上，對地鐵隧道下穿既有橋梁樁基的影響以及所采取的安全措施作綜述。

地鐵隧道；橋梁樁基；沉降控制

1 引言

近年來，地鐵建設(shè)是城市地下空間開發(fā)的重點, 也是解決城市地面交通擁堵的主要措施之一。城市地鐵的修建一般都選取在城市主干道或各環(huán)線道路之下, 這樣可以盡量避開地面荷載, 降低風(fēng)險。新建地鐵線路將不可避免的穿越大量的既有橋梁和道路，施工的過程必然擾動周圍地層，引起地層的沉降和變形，導(dǎo)致橋樁基礎(chǔ)發(fā)生變形。于是如何降低地鐵施工對橋樁的影響成為一個熱點問題[1]。

2 隧道開挖對橋梁樁基的影響機理

隧道開挖對周圍地層的擾動，導(dǎo)致周圍土體向隧道開挖臨空面運動，表現(xiàn)為土體在垂直和水平方向都存在位移分量,樁基與鄰近隧道開挖關(guān)系[2]。

1) 在隧道水平軸線上方，土體的下沉?xí)?dǎo)致樁基的下沉和承載力的下降，尤其是當(dāng)土體的下沉量大于樁基的下沉量時，土體產(chǎn)生負摩阻力，促使樁基發(fā)生沉降，嚴(yán)重影響樁基的受力狀態(tài)；在隧道水平軸線下方，土體的上抬會對樁基產(chǎn)生正摩阻力，從而阻止樁基下沉，促使樁基穩(wěn)定。

2) 在毛洞狀態(tài)下，隧道開挖會導(dǎo)致兩側(cè)土體向隧道方向側(cè)移，這種側(cè)移在隧道軸線位置達到最大，從而導(dǎo)致靠近隧道一側(cè)的土體對樁基的側(cè)向壓力減小，而遠離隧道一側(cè)的土壓力增大，在這種不均衡土壓力的作用下，會造成樁體的側(cè)向彎曲，使附加內(nèi)力增加，最終造成樁基的承載力減小。

3 總體施工思路[3,4]

目前在施工過程中，碰到此類問題的時候，解決的辦法有多種。第一種是采取隔離鉆孔樁，通過吸收地層開挖釋放的能量而降低地層變形，達到阻隔變形傳遞的目的。第二種是采取樁基托換技術(shù)，把已建成建筑物中的柱與托換梁連接起來，將建筑物上部的荷載傳遞到托換梁上，再傳遞到托換樁上，以此控制建筑物沉降的目的。第三種是結(jié)構(gòu)頂升，該技術(shù)的核心內(nèi)容就是橋梁上部結(jié)構(gòu)頂升。

3.1 隔離鉆孔樁法

當(dāng)隧道開挖時,若地層中存有既有的樁基等結(jié)構(gòu)物,則結(jié)構(gòu)物的存在阻斷了地層變形的發(fā)展和傳播,從能量守恒的角度考慮,相當(dāng)于因開挖而釋放的彈性能有一部分以變形能的形式存儲在了樁基中。因此,所謂隔離法就是通過在隧道與既有橋梁之間打設(shè)非直接受荷的隔離樁以阻斷或減弱地層變形的傳遞,從而達到保護鄰近既有結(jié)構(gòu)的目的。

1)若地面條件允許:直接從地面向下打設(shè)隔離樁或通過豎向深孔注漿,地層內(nèi)漿脈之間的咬合形成連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。

2)若地面條件不允許:在地表以下開挖的小斷面導(dǎo)洞內(nèi)施工,待施作完成后用標(biāo)號較低的素砼進行回填。導(dǎo)洞與隔離樁一起共同構(gòu)成地下圍護結(jié)構(gòu)。

3.2 樁基托換法

樁基托換的力學(xué)機理是將既有橋梁的部分或整體荷載經(jīng)托換結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)持力層,在穿越工程中,樁基主動托換的目的是為上部結(jié)構(gòu)提供足夠承載力來保證其正常使用。該方法對此類工程風(fēng)險的主動防護效果較好。但其局限性在于:

1)受場地條件的影響,穿越區(qū)域內(nèi)沒有條件進行樁基托換；

2)在進行樁基托換過程中,地層也隨之產(chǎn)生變形；

3)托換工序?qū)嶋H操作較為復(fù)雜,占用場地較大,工程造價高,且施工時間長。因此使用時需進行工期、經(jīng)濟的適當(dāng)考慮。

3.3 結(jié)構(gòu)頂升法

橋梁上部結(jié)構(gòu)頂升:就是在地鐵鄰近橋梁施工的情況下,在地鐵開始施工之前,即對既有橋梁上部結(jié)構(gòu)主動施加向上的頂升力,并通過動態(tài)調(diào)控使既有橋梁上部結(jié)構(gòu)的相對位置可始終保持在安全范圍內(nèi),從根本上保證了既有橋梁在地鐵施工期間的安全運行。結(jié)構(gòu)頂升采用由計算機控制的千斤頂體系,使既有橋梁下部結(jié)構(gòu)變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響可及時調(diào)控。結(jié)構(gòu)頂升是一個動態(tài)控制過程,在地鐵施工期間,可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)沉降或位置變化情況,隨時頂升或調(diào)控,其目的就是通過對上部結(jié)構(gòu)沉降的反向調(diào)整,確保橋梁上部結(jié)構(gòu)在整個地鐵施工期間能夠安全運行。

4 總結(jié)

地層變形是隧道工程穿越既有橋梁樁基這類工程風(fēng)險的唯一載體,因此可按照地層變形的發(fā)展過程，分別釆取“加固”(即地層加固)或“阻隔”(變形隔離)兩種方案進行防護干預(yù)；既有橋梁是施工風(fēng)險的受害對象和防護對象,其風(fēng)險來源是地層變形導(dǎo)致的既有橋梁承載力不足或基礎(chǔ)沉降，因此可通過“轉(zhuǎn)移荷載”(即樁基托換)或“補償沉降”(即結(jié)構(gòu)頂升)來進行既有橋梁的防護干預(yù),以定量控制橋梁變形來實現(xiàn)降低施工風(fēng)險。

References)

[1]孫斌，陶連金，張印濤.島式地鐵車站施工對鄰近橋梁樁基的影響分析[J].地下空間與工程學(xué)報,2009.05:163-168

[2]李波.地鐵盾構(gòu)施工與隔離樁施工對既有橋梁樁基影響的對比分析[J].中國水運,2014.14:275-277

[3]楊廣武,趙江濤,蘇潔.地鐵施工對既有橋梁樁基的影響研究[J].都市快軌交通,2014.27:70-74

[4]何海健,項彥勇,劉維寧.地鐵施工引起鄰近橋梁樁基差異沉降的概率分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007.26:3257-3265

U45

B

1007-6344（2016）08-0049-01

曾明(1993–),男,湖北人,重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生,主要從事地下工程設(shè)計研究方面的工作.