探討橋梁樁基托換技術(shù)在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁樁基工程中的應(yīng)用

李會強

（北京昊海建設(shè)有限公司，北京 100142）

0 前言

在地面交通壓力與日俱增的情況下，地鐵交通逐漸成為人們?nèi)粘３鲂械男逻x擇，地鐵工程項目也越來越多。其中，盾構(gòu)施工是目前地鐵隧道開挖施工的主要技術(shù)方法，在穿越橋梁樁基的情況下，施工風險較大。采用橋梁樁基托換技術(shù)，并采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，可以為施工過程的安全性及工程質(zhì)量提供保障。

1 工程概況

由于地鐵施工是在城市主要城區(qū)地下進行，難免會出現(xiàn)盾構(gòu)穿越橋梁或建筑物基礎(chǔ)的情況，此時已有基礎(chǔ)構(gòu)件相當于地鐵盾構(gòu)施工的障礙物，對其進行處理時需要充分考慮結(jié)構(gòu)安全問題。比如某市地鐵2#線工程需要穿過一條市政橋梁，橋梁全長29.3m，下部結(jié)構(gòu)的橋臺為樁基實配橋臺，采用樁柱式墩結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)為φ1.2m的鉆孔灌注樁。橋孔按照（6+16+6）m布置，6m跨的通道設(shè)計情況為兩端設(shè)置上下行1:4梯道。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要為6m跨的現(xiàn)澆實心板梁和16m跨的預(yù)應(yīng)力空心板梁。該工程中的兩個地鐵站盾構(gòu)區(qū)間在市政橋梁下穿過，橋梁既有樁基處于盾構(gòu)區(qū)間隧道范圍內(nèi)，成為盾構(gòu)施工的障礙物，需要對其進行合理處理，保證施工的安全、順利進行。其中，需要處理的橋梁既有樁基主要包括上行線的7#、12#、23#和28#樁，以及下行線的3#、4#、5#、14#、15#、20#、21#、30#和31#樁，共計13根既有樁基。根據(jù)收集到的橋梁工程資料，既有樁基為φ1200鉆孔灌注樁，樁身長度為30m，樁底標高為-26.23m。對地鐵盾構(gòu)施工造成障礙的13根鉆孔灌注樁均需要拆除[2]。

2 設(shè)計方案及控制標準

2.1 設(shè)計方案

在上述地鐵工程的盾構(gòu)施工中，對于需要拆除的既有橋梁樁基，擬采用半幅拆除、半幅通行的施工方案。為降低實際施工對交通的影響，僅對半幅橋梁進行封堵，同時利用西側(cè)臨時便橋作為疏解道路，將既有管線臨時改移到便橋上?？傮w分為兩期施工，盡可能縮短對路面交通的影響。經(jīng)過實際考察決定，對于既有橋梁的障礙樁基，按照鉆孔灌注樁、主梁和次梁的組合形式進行托換施工。需要在盾構(gòu)隧道施工范圍外，選擇安全區(qū)域新建托換樁基，在樁基頂部采用千斤頂設(shè)備頂托承臺。為避免在托換樁基施工后出現(xiàn)嚴重的沉降問題，需要在完成托換施工后，對樁土界面進行后壓降處理。在此基礎(chǔ)上進行承臺主次梁施工，對既有橋梁障礙樁基標高的1.0m～3.5m范圍進行鑿毛植筋，完成承臺主次梁澆筑施工，利用植筋使障礙樁、承臺主次梁形成一個整體。在本次施工過程中需要拆除的既有橋梁樁基為13根，需要新建的托換樁基為24根，采取4×6排的布置方式，并完成6條主梁和3條次梁的澆筑施工任務(wù)[2]。

2.2 控制標準

在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁基礎(chǔ)的施工中，對既有障礙樁的處理是施工重點部分。樁基托換技術(shù)實際上是利用新建構(gòu)件結(jié)合原有基礎(chǔ)體系，改變既有基礎(chǔ)體系的傳力形式，或?qū)扔谢A(chǔ)體系起到加固改造的作用，提升其整體承載力?；A(chǔ)托換施工技術(shù)具體可分為主動托換、被動托換兩種，本次施工采用的是主動托換技術(shù)，具有對既有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更好的變形控制能力。具體根據(jù)《建構(gòu)筑物托換技術(shù)規(guī)程》（CECS 295-2011）和工程設(shè)計文件，確定結(jié)構(gòu)變形及受理要求，制定既有橋梁樁基結(jié)構(gòu)位移的控制標準。其中，橋臺頂豎向沉降累計值要求控制在±5mm以內(nèi)，且變化速率不能超過±1mm/d。橋臺頂水平位移累計值應(yīng)控制在±5mm以內(nèi)，變化速率不能超過±1mm/d。向量豎向沉降和水平位移的控制標準與橋臺頂相同，擋墻豎向沉降應(yīng)控制在±25mm范圍內(nèi)，變化速率不能超過±2mm，水平位移應(yīng)控制在±3mm以內(nèi)，變化速率不能超過±1mm[3]。

3 橋梁樁基托換技術(shù)在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁樁基工程中的具體應(yīng)用

3.1 基本施工流程

在上述地鐵盾構(gòu)施工過程中，為滿足穿越橋梁樁基的障礙樁基處理需求，主要設(shè)計以下的施工技術(shù)流程。首先進行基坑圍護施工，對基坑進行加固，并完成清淤等工作。其次進行新樁基施工，完成主次梁施工后，對坑底進行加固。再次進行托換施工，施加頂升荷載預(yù)壓力，進行托換連接。然后進行挖孔截樁，完成基坑回填后，還要拆除臨時排水設(shè)施、圍堰，設(shè)備退場后，需要進行河流疏通等工作。在具體的施工過程中，需要對每個施工環(huán)節(jié)進行嚴格控制，合理選擇施工技術(shù)方案，確保工程施工質(zhì)量及安全性[4]。

3.2 抱柱梁施工技術(shù)

在該工程中，共有13根抱柱梁，其中3根的結(jié)構(gòu)尺寸為2.8×2.8×1.2m3，另外10根的結(jié)構(gòu)尺寸為3×3×1.2m3。抱柱梁的頂面標高為+3.6m，底面與承臺主次梁的距離為0.6m。在施工過程中，需要在承臺的主次梁搭建鋼管支架，并利用方木和竹膠板鋪設(shè)形成底模。主次梁鋼筋半成品在鋼筋加工棚中完成制作，利用運輸設(shè)備將鋼筋半成品運送到指定地點，完成現(xiàn)場綁扎[5]。根據(jù)設(shè)計要求，需要將φ45的金屬波紋管固定在鋼筋籠上，然后安裝錨墊板，穿入精軋螺紋鋼。施工模板為組合鋼模板形式，加固體系主要包括鋼管和方木支撐。在抱柱梁的混凝土施工過程中，主要采用泵送工藝，利用溜槽溜放施工，確保一次成型。施工前需要對施工位置樁基進行鑿毛處理，要求鑿出35mm×35mm的齒鍵。此外在施工前還需要對既有樁基進行檢測，確保其強度能夠達到C25以上，同時檢查鑿毛施工質(zhì)量，滿足條件后才能進行施工。抱柱梁位于承臺主次梁上方，在施工時需要設(shè)置好臨邊防護設(shè)施，為施工安全性提供保證。施工完成后，等到混凝土強度達到90%以后，可進行抱柱梁張拉施工，采用兩端張拉方式，并對應(yīng)力和伸長量進行控制，嚴禁張拉伸長量超過計算值的±6%。

3.3 托換頂升施工技術(shù)

托換頂升施工時整個盾構(gòu)穿越橋梁部分的重點工序，直接關(guān)系到托換體系的形成效果。托換頂升施工要在托換梁的混凝土強度達到100%后進行。首先在預(yù)頂空間內(nèi)將砂子掏出，然后在承臺上按三角形放置鋼墊塊，將鋼楔打緊，并在預(yù)埋鋼板上設(shè)置千斤頂。在上述工程中采用的是帶有自鎖裝置的千斤頂設(shè)備，要求千斤頂?shù)慕M合形心與樁型心重合。在托換預(yù)訂加載過程中，采取分級加載原則，分十級進行加載，每級增量為千斤頂?shù)募虞d上限10%，且在每級加載過程中，要保持10min左右的持續(xù)時間，等到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再繼續(xù)加載下一級荷載，嚴禁一次加載至最大值。在施工過程中，使用四個千斤頂共同加載荷載，加載過程中需要控制托換樁上抬量不能超過1mm，否則應(yīng)立即停止加載。同時應(yīng)對加載過程中的托換梁裂縫現(xiàn)象進行嚴格監(jiān)控，如果裂縫寬度達到0.15mm，也要立即停止加載。此外，在頂升加載過程中，還要對控制承臺、托換梁連段位移進行控制，其中，承臺的下沉量要控制在2mm以內(nèi)，托換梁連段的上抬量要控制在3mm以內(nèi)。

3.4 挖孔樁施工技術(shù)

該工程的人工挖孔樁標高設(shè)計為+2.5m～-9.3m，地層主要為淤泥層、中砂層和淤泥加砂層，中砂層厚度為7.3m，具有較好的透水性，要進行承壓井施工，并在井口周邊設(shè)計踢板，對開挖高度進行嚴格控制。在達到一定深度后，應(yīng)采用鋼護筒護壁形式，并將井內(nèi)的渣土利用提升設(shè)備清除。如果在施工過程中遇到孤石或硬巖層，需要利用風鎬破除，在整個施工個過程中應(yīng)保證承壓井處于無水工況，避免出現(xiàn)突涌現(xiàn)象，引發(fā)塌方問題[6]。在人工開挖施工中，可以使用機械提升裝置提出井內(nèi)渣土，如果發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)滲水問題，也可以采用抽水機進行排水。如果需要采用淺眼爆破法對孔內(nèi)巖石進行爆破施工，需要做好孔底處理工作，確保孔底平整、無松渣和淤泥等軟弱土層。在障礙樁拆除過程中，應(yīng)采用人工風鎬施工方式，按照一定順序進行鑿除，可自上而下、從內(nèi)到外進行施工，遇到無法鑿除的情況，可采用小型爆破施工技術(shù)。拆除到設(shè)計標高后，拆除鋼護筒，可分三節(jié)吊出挖孔樁。在整個施工過程中，要對施工技術(shù)進行嚴格監(jiān)控，避免出現(xiàn)安全問題。

4 橋梁樁基托換技術(shù)在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁樁基工程中的技術(shù)質(zhì)量控制措施

4.1 施工技術(shù)控制措施

在管井降水施工之前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計參數(shù)的要求，開展管井試驗施工，對滲水量等進行驗證，然后調(diào)整管井布置情況，詳細改進施工參數(shù)。在管井使用過程中，需要在基坑兩側(cè)同時抽水，嚴格控制水位差在要求限度以內(nèi)，安排專人值守，記錄抽水情況。同時應(yīng)采取分級降水方法，每次降低的水位應(yīng)在5m以內(nèi)，穩(wěn)定一段時間后再繼續(xù)降水，直到設(shè)計水位要求。采用管井降水要對水位進行觀測，如果超出警戒線，應(yīng)立即減少抽水，或采取回灌等補救措施。一般管井降水作業(yè)要求在開挖前20天進行，并將水位降到開挖面1m以下，從而為基坑開挖施工提供方便。在開挖施工過程中，應(yīng)采取降水管井保護措施，避免施工導致管井堵塞，對降水效果造成影響。此外，井點供電系統(tǒng)應(yīng)采用雙線電路，避免發(fā)生突然停電的情況。在潛水泵運行中，應(yīng)對水位變化進行觀測，檢查電纜線與井壁相碰等情況，避免電纜線磨損后，水沿電纜芯進入電機，最大化保證施工安全性[7]。

4.2 施工技術(shù)監(jiān)測方法

在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁基礎(chǔ)的托換施工過程中，需要對施工技術(shù)進行嚴格控制，主要利用信息化檢測手段，掌握施工動態(tài)，及時采取有效的技術(shù)調(diào)整措施。在托換施工過程中，應(yīng)注意對既有橋梁結(jié)構(gòu)受力及變形情況的觀測，同時應(yīng)對新建托換樁基、周邊環(huán)境變形情況等進行監(jiān)測，在施工現(xiàn)場全面布置施工技術(shù)監(jiān)測方案，及時發(fā)現(xiàn)因施工因素引發(fā)的結(jié)構(gòu)安全問題。一般在地鐵盾構(gòu)托換施工過程中，由于施工作業(yè)面的空間限制較大，新建樁基與盾構(gòu)機的距離較近，在盾構(gòu)施工過程中，周圍土體會受到較大的水平作用力影響。因此，在盾構(gòu)穿越既有橋梁基礎(chǔ)施工過程中，需要對鄰近樁基及土體變形情況進行及時掌握，分析其受力特性，通過對施工技術(shù)方案進行合理調(diào)整，降低盾構(gòu)施工過程中的擾動影響。

4.3 重要節(jié)點施工控制

在地鐵盾構(gòu)托換施工中，需要加強對重要節(jié)點的施工控制。應(yīng)當消除樁基的前期沉降，讓前期沉降量穩(wěn)定下來，確保荷載順利轉(zhuǎn)換到托換樁。具體地，應(yīng)當采取堆載預(yù)壓和預(yù)頂升方法，在堆載1～2d之后，進行預(yù)頂升施工，逐級加大壓力，預(yù)壓至設(shè)計值，將千斤頂螺旋自鎖裝置鎖死，然后再保持2～3d，確保托換樁沉降量能夠趨于穩(wěn)定。在采用主動托換技術(shù)的施工方式下，需要對每級加壓值進行嚴格控制，并對頂升位移值進行檢測，不能超過1mm，確保托換樁順利替換既有樁基。在既有橋梁樁基截斷施工之前，應(yīng)先鎖死千斤頂油壓和螺旋自鎖裝置，并采用油壓傳感器對壓力進行監(jiān)測，同時掌握樁基應(yīng)力和應(yīng)變情況。在對千斤頂油壓進行調(diào)整前，應(yīng)先確定荷載已經(jīng)完全轉(zhuǎn)移到托換樁，并完成輔助支撐固定。滿足條件后才能進行既有樁基截斷施工，切割過程中應(yīng)墊入鋼板，防止千斤頂失效引發(fā)安全事故。

4.4 工程事故應(yīng)急處理

在地鐵盾構(gòu)穿越既有橋梁樁基施工過程中，即使采用托換施工技術(shù)，仍有較大的施工危險性，需要提前制定事故應(yīng)急處理方案。應(yīng)有項目經(jīng)理直接組建應(yīng)急小組，并作為應(yīng)急小組組長，在項目經(jīng)理的協(xié)調(diào)下，由各分管經(jīng)理組成應(yīng)急小組領(lǐng)導班子，調(diào)動多方力量及時開展應(yīng)急處理工作。施工前應(yīng)對施工技術(shù)方案進行仔細審核，并預(yù)測可能發(fā)生的緊急事故，在現(xiàn)場準備好應(yīng)急處理物資。應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)與工程信息化管理系統(tǒng)全方位銜接，在平時通過獲取、分析施工監(jiān)測信息，判斷施工安全等級，如果超出預(yù)警值，應(yīng)立即暫停施工，排除風險后再繼續(xù)進行施工。一旦發(fā)生緊急事故，應(yīng)立即啟動應(yīng)急處理方案，聯(lián)系有關(guān)部門參與應(yīng)急救援，將事故損失降至最低?？傮w而言，在地鐵盾構(gòu)穿越既有橋梁基礎(chǔ)的施工過程中，需要同時對施工質(zhì)量和施工安全作出有效控制。

5 結(jié)語

綜上所述，橋梁樁基托換技術(shù)是處理地鐵盾構(gòu)施工需要穿越既有橋梁基礎(chǔ)的有效方法，可以為既有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及施工過程的安全性提供保障。通過結(jié)合工程實際情況，合理設(shè)計施工流程，采取相應(yīng)的施工技術(shù)質(zhì)量控制措施，能夠最大化發(fā)揮橋梁樁基托換技術(shù)的優(yōu)勢，提高地鐵盾構(gòu)施工質(zhì)量水平。