深圳地鐵7號(hào)線彩虹橋樁基托換施工技術(shù)

王文通， 張 超， 陳壽根

(1. 深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518001； 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

深圳地鐵7號(hào)線彩虹橋樁基托換施工技術(shù)

王文通1， 張 超2， 陳壽根2

(1. 深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518001； 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

城市地鐵建設(shè)方興未艾，地鐵下穿既有建筑物的情況日益增多。文章簡(jiǎn)要介紹基礎(chǔ)托換概念，并以深圳地鐵7號(hào)線筍洪盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿彩虹橋樁基托換工程為例，著重介紹了橋樁托換施工工藝和施工流程，為類似工程施工提供參考。

地鐵盾構(gòu)； 下穿橋梁； 樁基托換； 施工技術(shù)

托換技術(shù)或基礎(chǔ)托換是指解決對(duì)原有建筑物的地基需要處理和基礎(chǔ)需要加固或解決對(duì)既有建筑物基礎(chǔ)下修建地下工程，其中包括隧道要穿越既有建筑物，以及鄰近需要建造新工程而影響到既有建筑物的安全等問(wèn)題的技術(shù)總稱[1]。樁基托換技術(shù)是技術(shù)難度大、費(fèi)用較高、工期較長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)性較強(qiáng)的一種特殊施工方法，具有涉及專業(yè)類別多、科技含量高、環(huán)境安全保護(hù)問(wèn)題突出等特點(diǎn)[2-4]。本文依托深圳地鐵7號(hào)線樁基托換工程，介紹了施工過(guò)程中應(yīng)用的樁基托換技術(shù)，以期為將來(lái)類似工程施工提供參考。

1 工程概況

深圳地鐵7號(hào)線筍崗站—洪湖站區(qū)間隧道工程從筍崗站出站沿梅園路東行，線路首先穿越彩虹橋引橋樁基，然后線路繼續(xù)東行依次橫穿鐵路北站站場(chǎng)、洪湖西路、布吉河和洪湖，最后到達(dá)洪湖站。線路沿彩虹橋施工在DK27+130～DK27+240從彩虹橋西側(cè)引橋下穿過(guò)，受其影響，彩虹橋引橋有2處橋臺(tái)，6處橋承臺(tái)，共計(jì)16根樁基需托換，彩虹橋左右兩副橋在托換處均為3跨聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)，橋柱至周邊建筑物最小間距為6 m。 按墩臺(tái)位置，本工程分為0#、1#、2#、3#基坑分別進(jìn)行樁基托換施工。以1#托換基坑為例，其平面如圖1所示。

圖1 1#托換基坑平面

2 工程重難點(diǎn)

本工程重難點(diǎn)主要包括以下幾方面：周邊建筑密集，且為居民房，需嚴(yán)密監(jiān)控其變形，同時(shí)做好施工降噪措施；被托換樁位于彩虹橋西引橋處，凈空很低，如何在如此低的凈空條件下順利進(jìn)行施工是本工程一大難點(diǎn)；主托換梁截面尺寸為2.5 m×2.5 m，次托換梁截面尺寸為2.5 m×2.0 m，梁長(zhǎng)9～13 m，混凝土體積較大，降溫和養(yǎng)護(hù)工作也是一大難點(diǎn)。

3 樁基托換施工技術(shù)

為有效控制托換施工造成的沉降，本工程采用主動(dòng)托換方式進(jìn)行樁基托換施工。主動(dòng)托換施工原理：在托換大梁與托換樁帽節(jié)點(diǎn)位置安裝千斤頂實(shí)施加載，使托換樁的大部分沉降通過(guò)千斤頂預(yù)壓來(lái)完成，消除托換樁沉降變形對(duì)托換體系的不利影響，檢驗(yàn)托換體系的承載能力，通過(guò)千斤頂分級(jí)加載使橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載完全轉(zhuǎn)換到新建托換樁上，完成整個(gè)體系轉(zhuǎn)換的目的[5]。

3.1 施工工藝流程

本工程主要施工步驟為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)及托換樁→開(kāi)挖托換基坑→施作托換樁樁帽→被托換樁界面處理、植筋→施作托換梁→預(yù)頂→澆注托換樁和托換梁之間的微膨脹混凝土→基坑回填。總體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 總體施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備及監(jiān)測(cè)

(1)施工前根據(jù)相關(guān)資料完成場(chǎng)地內(nèi)各類管線改遷工作，并設(shè)計(jì)合理的樁基托換設(shè)計(jì)、施工方案，針對(duì)可能面臨的問(wèn)題設(shè)置應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)工程需要，進(jìn)行施工機(jī)具和人員配置。

(2)本工程監(jiān)測(cè)包括兩方面：一是基坑圍護(hù)及開(kāi)挖施工階段的監(jiān)測(cè)，包括地層及支護(hù)情況巡視、圍護(hù)樁頂沉降及位移監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、周邊建筑沉降及傾斜監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、坑底回彈等。二是樁基托換全過(guò)程及盾構(gòu)隧道掘進(jìn)階段對(duì)托換結(jié)構(gòu)影響的監(jiān)測(cè)，主要包括對(duì)附近建筑物、橋梁、路面和地下管線監(jiān)測(cè)；托換梁裂縫及變形的監(jiān)測(cè)；對(duì)托換樁樁頂沉降的監(jiān)測(cè)等。

3.3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及托換樁施工

本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800鉆孔灌注樁+φ600樁間旋噴止水形式，樁頂設(shè)置冠梁。托換樁采用φ1200鉆孔灌注樁(0#基坑)及φ1500鉆孔灌注樁(1～3#基坑)。受場(chǎng)地條件及橋下凈空高度影響，各基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁及托換樁均采用沖擊鉆機(jī)成孔，投入兩臺(tái)沖擊鉆機(jī)，施工前先將沖擊鉆機(jī)改裝至4.5 m高以滿足橋下施工高度要求，進(jìn)行托換樁及圍護(hù)樁成孔作業(yè)。采用經(jīng)改裝后的沖擊鉆機(jī)沖擊成孔，鋼筋籠分節(jié)吊裝，水下混凝土灌注成樁，其中0#基坑樁基受場(chǎng)地條件限制，需投入一臺(tái)混凝土輸送泵進(jìn)行樁基混凝土灌注。圍護(hù)樁施工完畢后進(jìn)行樁間旋噴作業(yè)，投入一臺(tái)雙重管旋噴鉆機(jī)作業(yè)，最后分段進(jìn)行樁頂冠梁施工。

3.4 冠梁及混凝土支撐施工

圍護(hù)樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，將圍護(hù)樁連接為整體，其截面尺寸為800 mm×800 mm。1#～3#基坑設(shè)置一道混凝土支撐，支撐截面尺寸600 mm×800 mm。冠梁及混凝土支撐均采用C30商品混凝土。

0#基坑兩側(cè)冠梁較短(8 m)，冠梁混凝土整體一次性澆筑；1#～3#基坑冠梁及混凝土支撐分段澆筑。采用木模板，鋼筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎，混凝土采用商品混凝土，泵送或溜槽入模，插入式振搗器振搗密實(shí)。

3.5 基坑開(kāi)挖及支護(hù)

0#基坑平面尺寸8.4 m×20 m，基坑開(kāi)挖深度2.5～2.9 m；1#、2#基坑平面尺寸14.87 m×15.47 m，基坑開(kāi)挖深度4.8 m～5.5 m，3#基坑平面尺寸18.06 m×15.46 m，基坑平均開(kāi)挖深度5.7 m；托換樁樁帽小基坑均由各基坑底再向下開(kāi)挖2.0 m(圖3)。

圖3 基坑開(kāi)挖示意

受場(chǎng)地條件限制，0#基坑托換樁施工前需先進(jìn)行基坑降坡開(kāi)挖，開(kāi)挖至基坑設(shè)計(jì)底面位置，開(kāi)挖深度2.5～2.9 m，邊坡采用7 cm厚網(wǎng)噴混凝土+φ42注漿錨管支護(hù)形式。1#～3#基坑開(kāi)挖深度4.8～6 m，采用分層分塊開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行樁間噴混凝土防護(hù)。

3.6 托換樁樁帽施工

各托換樁樁頂均設(shè)置一個(gè)樁帽：0#基坑共4個(gè)托換樁樁帽，截面尺寸2.2 m×2.2 m×1.5 m；1#～3#基坑各4個(gè)托換樁樁帽，截面尺寸2.5 m×2.5 m×1.5 m。樁帽與托換樁的連接通過(guò)樁頂預(yù)埋連接筋實(shí)現(xiàn)。樁帽具體施工流程為：破除托換新樁頭的混凝土→澆筑墊層混凝土→樁帽鋼筋制安→樁帽模板制安→澆筑樁帽混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)。

為保證托換體系加載過(guò)程中樁帽和梁底的混凝土不被壓碎，同時(shí)考慮頂壓施工的操作空間及穩(wěn)定性，在樁頂設(shè)置預(yù)頂樁帽并在樁帽頂和托換梁底設(shè)置鋼墊板(圖4)。每個(gè)樁帽頂預(yù)埋6塊350 mm×350 mm×20 mm鋼板及3塊500 mm×500 mm×20 mm鋼板。

圖4 樁帽頂鋼墊板預(yù)埋件(單位:mm)

3.7 原橋墩連接部位施工

托換梁和被托換樁之間通過(guò)咬合、界面處理和植筋連接，即在托換梁梁高范圍內(nèi)，把原樁表面鑿毛，鑿出25 mm(深)×200 mm(寬)的企口，并刷界面劑進(jìn)行界面處理；沿被托換樁周圍間距35 cm按照梅花形交錯(cuò)布置，使用沖擊電鉆鉆孔并植筋，鋼筋和樁之間的縫隙用錨固膠充填。企口及植筋構(gòu)造如圖5所示。

圖5 植筋及企口構(gòu)造

同時(shí)所有橋墩或橋基增設(shè)環(huán)型梁，環(huán)型梁鋼筋布置為內(nèi)、外2層，環(huán)形筋采用φ20@200 mm布置，內(nèi)、外層間距250 mm。環(huán)形梁沿外側(cè)環(huán)形筋均勻布置φ20@200 mm豎向鋼筋。環(huán)形鋼筋安裝圖如圖6所示。

圖6 環(huán)形鋼筋安裝示意

3.8 托換梁施工

托換梁施工之前，首先在托換樁樁帽安裝3個(gè)安全自鎖裝置及3根鋼支撐，支撐鋼管采用φ203×10無(wú)縫鋼管加工制作，再用含水細(xì)砂夯實(shí)回填，并用擠塑泡沫覆蓋砂面，防止?jié)仓炷習(xí)r水泥漿滲入砂層，上部再安裝模板。采用C15混凝土，澆筑厚度10 cm墊層，并于墊層頂面安裝鋼墊板。按設(shè)計(jì)綁扎托換梁鋼筋網(wǎng)架，支模澆筑。由于本工程托換梁高均大于1 m，屬于大體積混凝土，需嚴(yán)格做好養(yǎng)護(hù)工作防止其開(kāi)裂，同時(shí)在內(nèi)部埋設(shè)散熱管作為溫度控制措施，其布置如圖7所示。

圖7 托換梁散熱管布置(單位:mm)

3.9 頂升施工

本工程分兩次進(jìn)行頂升施工。清除樁帽連接部位及頂升操作空間的砂體，在每個(gè)樁帽的三處預(yù)埋鋼板上分別布置3個(gè)自鎖千斤頂，并安裝相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備。在托換梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始頂升，預(yù)頂采取分級(jí)加載原則，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 %，每級(jí)加載需保持10 min，等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后方可加次級(jí)荷載，被托換梁的上抬量不能大于1 mm。頂升過(guò)程中發(fā)現(xiàn)墩柱有上抬趨勢(shì)時(shí)，為頂升臨界點(diǎn)應(yīng)停止頂升。在第一次頂升后約30 min后進(jìn)行第二次頂升，通過(guò)第二次頂升對(duì)第一次預(yù)頂?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核與分析，當(dāng)二次頂升數(shù)據(jù)變化在第一次預(yù)頂數(shù)據(jù)的15 %之內(nèi)時(shí)即可進(jìn)行下一步施工工序。

3.10 樁帽與托換梁連接體施工

確保安全裝置及鋼支撐安全可靠后拆除千斤頂。千斤頂拆除后進(jìn)行連接體鋼筋施工，連接體預(yù)埋鋼筋采用冷擠壓套筒連接法或綁條焊接法連接，主筋外增設(shè)鋼筋網(wǎng)，從內(nèi)至外依次施工。立模，并利用托換梁中預(yù)留的3根φ168 mm鋼管孔道澆搗混凝土。在連接體混凝土養(yǎng)護(hù)7d后，在連接體上部周圍打V型槽埋注漿咀，注入改性環(huán)氧樹(shù)脂。

3.11 截樁

在完成頂升、全面觀測(cè)變形穩(wěn)定后，進(jìn)行鎖定，封好連接部位混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值后，開(kāi)始切斷被托換的舊樁。截樁采用人工截除，由外及內(nèi)層層剝離的施工方法。截樁時(shí)應(yīng)分批跳開(kāi)進(jìn)行，斷樁位置在托換梁底約500 mm處，先用風(fēng)鎬沿樁周邊鑿出一條深100 mm、寬200 mm的斷口，在此過(guò)程中舊樁鋼筋不切斷，同時(shí)觀察各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化情況。用風(fēng)鎬繼續(xù)開(kāi)斷口，直至把原樁混凝土全部鑿除后再斷樁身鋼筋。

3.12 基坑回填

基坑作為樁基托換的輔助工程，托換樁施工完成后應(yīng)予以回填，消除隱患?；靥畈捎蒙笆靥?，使用前取樣測(cè)定其最大干容重和最佳含水量。回填堅(jiān)持分段、分層回填，要求回填密實(shí)，不留空隙，必要時(shí)要注漿加固填充，防止以后上面地層出現(xiàn)下沉變形。壓實(shí)度要求大于90 %，對(duì)于回填困難處，采用壓注微膨脹水泥漿液回填。

4 結(jié)束語(yǔ)

城市地鐵建設(shè)方興未艾，地鐵工程下穿城市原有建(構(gòu))筑物的情況不可避免，基礎(chǔ)托換工程必不可少，特別是對(duì)于重要建(構(gòu))筑物深基礎(chǔ)(主要為樁基礎(chǔ))的托換工程成為地鐵施工中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。合理的設(shè)計(jì)方案、施工方法、施工組織管理以及有效的監(jiān)控量測(cè)是保證施工質(zhì)量、施工安全并確保相關(guān)建(構(gòu))筑物不產(chǎn)生影響其安全使用的位移和傾斜等的關(guān)鍵。深圳地鐵7號(hào)線下穿彩虹橋樁基托換工程的順利實(shí)施，為地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有橋梁樁基托換施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 葉書(shū)麟，汪益基，涂光祉, 等.基礎(chǔ)托換技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1991.

[2] 卜建清，孫寧，柯在田.樁基主動(dòng)托換技術(shù)進(jìn)展[J].鐵道建筑，2009(4):73.

[3] 彭芳樂(lè)，孫德新，袁大軍, 等.地下托換技術(shù)[J].巖土工程界, 2003，12(6):38.

[4] 謝婉麗，張林洪，阮莉.地基處理中的托換技術(shù)及應(yīng)用[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，26(2):77.

[5] 祝春生.明挖隧道下穿既有橋梁樁基托換施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2013(7):79.

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[定稿日期]2017-04-14