樁基托換技術(shù)在廣州地鐵工程中的應(yīng)用

李洪慶

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510330,廣州∥工程師)

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樁基托換技術(shù)在廣州地鐵工程中的應(yīng)用

李洪慶

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510330,廣州∥工程師)

以廣州地鐵某盾構(gòu)隧道穿越橋梁時(shí)樁基托換工程為例,詳細(xì)介紹了既有橋梁樁基托換施工方法、頂升工法、施工監(jiān)測(cè)等技術(shù)應(yīng)用情況,為在復(fù)雜施工環(huán)境和復(fù)雜地質(zhì)條件下,進(jìn)行既有橋梁樁基托換提供技術(shù)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(guó)內(nèi)城市大規(guī)模的地鐵建設(shè)浪潮,地鐵與既有橋梁交叉干擾不可避免,地鐵建設(shè)發(fā)展與保證既有橋梁安全問題的矛盾日趨明顯。實(shí)踐證明,樁基托換技術(shù)是解決這一問題的有效方法,具有很好的推廣價(jià)值。本文結(jié)合廣州地鐵某工程實(shí)例,介紹了樁基托換技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

廣州某地鐵區(qū)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(chǔ),其中一樁基位于區(qū)間左線隧道內(nèi)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(zhǎng)約22 m,承載力設(shè)計(jì)值6 000 kN。受隧道結(jié)構(gòu)施工影響,需對(duì)該樁基進(jìn)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(jìn)行主動(dòng)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(jìn)行連接,待托換梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,在托換樁預(yù)頂承臺(tái)上安放千斤頂施加預(yù)頂力,預(yù)頂完成且全面觀測(cè)沉降變形穩(wěn)定后,截?cái)啾煌袚Q樁。

2 設(shè)計(jì)方案

主動(dòng)托換法是采用托換梁結(jié)合托換新樁的方式,在托換梁與托換樁之間設(shè)置千斤頂加載,即在托換柱承臺(tái)上安放千斤頂及鋼墊塊,通過千斤頂?shù)捻斏?將上部荷載轉(zhuǎn)移到托換梁和托換柱上,使上部結(jié)構(gòu)有微量位移,同時(shí)使托換樁的大部分沉降通過千斤頂?shù)念A(yù)壓來完成。

基坑采用φ600@750排樁支護(hù),樁頂設(shè)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(zhì)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(zhǎng)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(duì)侵入隧道的樁基,在洞內(nèi)進(jìn)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(xù)審批情況,分階段分場(chǎng)地進(jìn)行施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁采用兩臺(tái)沖擊鉆鉆孔,鋼筋籠分節(jié)加工安裝,孔口連接后導(dǎo)管法水下混凝土灌注。鉆孔灌注樁完成后進(jìn)行樁間止水及基底旋噴樁(φ89 mm袖閥管)加固施工,采用兩臺(tái)雙管旋噴樁機(jī)施工。旋噴樁完成后進(jìn)行冠梁施工,人工配合挖機(jī)開挖,樁頭浮渣采用風(fēng)鎬破除,冠梁模板采用竹膠板、三角撐加對(duì)拉螺桿加固體系,一次性澆注混凝土。冠梁達(dá)到強(qiáng)度后用PC200挖機(jī)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(shí)施工樁頂承臺(tái),待承臺(tái)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,回填沙至托換梁底進(jìn)行托換梁施工;托換梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)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(nèi)管線遷改,交通疏解及圍蔽;②施工支護(hù)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(shè)計(jì)標(biāo)高后硬化基底;②施工托換樁承臺(tái),架設(shè)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,在承臺(tái)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(shè)計(jì)值的100%,待橋梁變形及新樁沉降穩(wěn)定后,再將千斤頂卸載至穩(wěn)壓荷載;③拆除原樁基范圍內(nèi)腳手架,截?cái)嘣瓨痘?在截樁過程中,密切監(jiān)測(cè)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(nèi),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(dá)到強(qiáng)度后,拆除千斤頂,澆筑承臺(tái)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(tái)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(shí),鑿除冠梁,恢復(fù)周圍地面原狀;③施工盾構(gòu)隧道,開倉(cāng)破除侵入?yún)^(qū)間托換樁基。

4 樁基托換頂升工法

4.1 主動(dòng)托換

樁基托換的關(guān)鍵是荷載轉(zhuǎn)換,目標(biāo)為變形控制,二者構(gòu)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(duì)周圍環(huán)境的影響。主動(dòng)托換是當(dāng)托換建筑物托換荷載大、變形控制要求嚴(yán)格,需要通過主動(dòng)的變形調(diào)節(jié)來保證變形要求,即:在托換樁切除之前對(duì)新樁和托換結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的上部建筑物較大的沉降,同時(shí)也通過預(yù)加載消除部分新樁和托換結(jié)構(gòu)的變形,使托換樁和結(jié)構(gòu)的變形可以控制在較小的范圍內(nèi)。

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(yàn)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(wěn)定后,完成托換新樁與托換梁的連接,將既有樁上的荷載轉(zhuǎn)移到托換梁上。

4.2 頂升加載

為確保上方建筑、周邊環(huán)境安全及施工安全,消除上方建筑沉降,提高施工安全儲(chǔ)備,從而增加初頂升工序,即:預(yù)壓托換新樁、消除沉降;檢驗(yàn)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(jiān)測(cè)分析,確定既有樁上的真實(shí)軸力,從而確定頂升時(shí)加載上限值。

4.3 頂升加載原則

為了確保托換時(shí)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(lián)油路由同一臺(tái)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(jí)加載的原則。

托換頂升的三控標(biāo)準(zhǔn):被托承臺(tái)的上抬量不能大于2 mm,大于此值應(yīng)立即停止加載;在加載過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)托換梁裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展,最大裂縫寬度大于0.15 mm時(shí),立即停止加載;分級(jí)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(jù)托換梁、新樁的位置關(guān)系對(duì)稱布置500 t級(jí)加載千斤頂裝置,根據(jù)承載力要求每根樁設(shè)2個(gè)500 t千斤頂,均選用校驗(yàn)系數(shù)相接近的千斤頂,所有千斤頂并聯(lián)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(shè)多個(gè)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(wěn)定和加載千斤頂?shù)淖鳂I(yè)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(nèi)。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(yù)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(shí)間較長(zhǎng),對(duì)有明顯銹斑的鋼筋進(jìn)行除銹處理,同時(shí)清除連接鋼筋上的油漬、雜物等。對(duì)樁頂面及托換梁底面實(shí)施鑿毛、清洗處理,確保與連接體混凝土的可靠結(jié)合。托換梁與新樁連接體的模板采用木質(zhì)定型弧形模板,外加鋼箍固定,并在模板上部預(yù)留4個(gè)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(yù)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(shí)。連接體混凝土養(yǎng)護(hù)采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù),待后澆微膨脹混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后,卸除千斤頂頂力并拆除千斤頂裝置。

4.6 分級(jí)加載方法

首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案確定各項(xiàng)托換參數(shù)(見表1),具體加載時(shí)間及持續(xù)時(shí)間必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)。待千斤頂進(jìn)場(chǎng)鑒定完成后,將所有“力”的參數(shù)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(shù)表

油壓表盤顯示的對(duì)應(yīng)單位,以方便現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作。

為確保上方建筑、周邊環(huán)境安全及施工安全,托換頂升施工采用分級(jí)加載的方法,共分10級(jí)加載,每級(jí)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(yīng)緩慢進(jìn)行,通過油壓閥來控制,每級(jí)施加荷載時(shí)間暫定為10～30 min,每級(jí)加載需保持10 min,等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后方可施加下一級(jí)荷載。如在10 min內(nèi)通過監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)未穩(wěn)定,應(yīng)等到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后才能進(jìn)行下一級(jí)加載。分級(jí)加載參數(shù)見表2。

表2 分級(jí)加載參數(shù)表

分級(jí)加載時(shí)可以通過嚴(yán)格控制每級(jí)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(dǎo)致不良后果。另外,分級(jí)加載在每級(jí)加載過程中,連續(xù)記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和加載數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)進(jìn)行分析,以指導(dǎo)下一級(jí)操作時(shí)做相應(yīng)調(diào)整。施加頂力過程中還要根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的信息反饋,控制各千斤頂?shù)膲毫?從而保證托換梁受力平衡,避免產(chǎn)生附加應(yīng)力。每次頂升要注意調(diào)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。三管鋼墊塊安裝大樣見圖6,標(biāo)準(zhǔn)三管墩截面見圖7。

圖6 三管鋼墊塊安裝大樣圖

圖7 標(biāo)準(zhǔn)三管墩截面圖

4.7 分級(jí)卸載方法

卸載就是加載頂升的逆過程。與加載相同,卸載時(shí)也應(yīng)分級(jí)進(jìn)行,卸載時(shí)分5級(jí)卸載,每級(jí)卸載值為卸載總值的20%,每級(jí)卸載也應(yīng)慢慢進(jìn)行。暫定每級(jí)卸載時(shí)間為10～15 min,達(dá)到卸載值后穩(wěn)定時(shí)間為10～15 min,并且通過監(jiān)測(cè)確定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后才能進(jìn)行下一級(jí)卸載。分級(jí)卸載參數(shù)見表3。

5 樁基托換監(jiān)測(cè)

為了確保上部結(jié)構(gòu)的正常安全使用,監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)每個(gè)施工步驟可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行布置。采用信息化施工技術(shù)對(duì)托換過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)提出并對(duì)有關(guān)托換頂升參數(shù)進(jìn)行修正。在托換或頂升過程

表3 分級(jí)卸載參數(shù)表

中,對(duì)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(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

地鐵隧道線路雖可進(jìn)行局部的優(yōu)化,但仍受規(guī)劃和總體線路的限制,經(jīng)常不可避免地需要穿越建、構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)。樁基托換因既保證了既有建、構(gòu)筑物安全,又保證了地鐵施工進(jìn)度,節(jié)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)