盾構(gòu)下穿高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁基施工技術(shù)

趙 勇，周學(xué)彬，彭祖民，喻 偉，李宏波ZHAO Yong, ZHOU Xue-bin, PENG Zu-min, YU Wei, LI Hong-bo

（1.中鐵南方投資集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518000；2.盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

隨著我國(guó)城市軌道交通事業(yè)的快速發(fā)展，大量的城市地鐵線路正在被規(guī)劃和建設(shè)。地鐵線路地處繁華密集城市建筑群，受地表和地下建構(gòu)筑物影響很大[1～3]。目前，地鐵隧道線路下穿建（構(gòu)）筑物并與其樁基相遇的情況越來(lái)越普遍。當(dāng)建（構(gòu)）筑物樁基侵入隧道開(kāi)挖斷面時(shí)，一種解決方法是在線路規(guī)劃之初進(jìn)行合理調(diào)整避開(kāi)樁基位置，另外一種解決方法是采用合理保護(hù)措施直接破除樁基或進(jìn)行樁基托換處理。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中由于部分地下樁基資料缺失，導(dǎo)致樁基信息不能提前探明，一旦隧道開(kāi)挖遇到樁基時(shí)，在保護(hù)地面建筑物的前提下，必須選用合理手段對(duì)樁基進(jìn)行破除[4～8]。本文依托深圳軌道交通14號(hào)線盾構(gòu)穿越高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁案例，提供了一種地面建筑物梁系受力轉(zhuǎn)換方案及應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的處理技術(shù)流程，保障了盾構(gòu)施工及地面建筑物的安全，可為后續(xù)類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

深圳軌道交通14號(hào)線在地鐵四期5條線中線路最長(zhǎng)、投資最大，標(biāo)準(zhǔn)最高，是深圳市“七放射、一半環(huán)”市域快線網(wǎng)絡(luò)中東部首條線路。線路起自福田中心區(qū)崗廈北樞紐，經(jīng)羅湖區(qū)、龍崗區(qū)，止至坪山區(qū)沙田站。線路在下穿福昌電子科技廠房時(shí)，由于廠房樁基較長(zhǎng)，樁基侵入隧道開(kāi)挖斷面，樁基與區(qū)間隧道位置沖突，導(dǎo)致盾構(gòu)下穿侵限樁基工程風(fēng)險(xiǎn)高。為了保障盾構(gòu)下穿地面建筑物的安全，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，福昌電子科技廠房主體為框架結(jié)構(gòu)，主廠區(qū)為1層，凈高7.92m，局部2層，第一層凈高3.87m。廠房共32根結(jié)構(gòu)柱，其中16根平面上與隧道區(qū)間沖突，柱下為長(zhǎng)2.4m×寬1.0m×高1.4m承臺(tái)，承臺(tái)下有2根直徑400mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁身配?9mm螺旋槽鋼棒。該處隧頂埋深為17.85～19.36m，樁長(zhǎng)為22.1～38.2m，均侵入隧道，樁基探挖情況如圖1所示。

圖1 樁基探挖情況

2 工程難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案

國(guó)內(nèi)地鐵隧道施工過(guò)程中，雖然有盾構(gòu)直接切削樁基的工程案例，但這些盾構(gòu)切削的樁基主要為鋼筋混凝土樁基。本項(xiàng)目的樁基經(jīng)前期探挖發(fā)現(xiàn)侵入隧道開(kāi)挖斷面的樁為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁。由于盾構(gòu)刀盤(pán)無(wú)法有效切削高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，因此盾構(gòu)法隧道施工面臨高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁一直是業(yè)界關(guān)注的工程難點(diǎn)。在不拆除廠房的前提下，如何保障盾構(gòu)順利通過(guò)是本工程的重難點(diǎn)，實(shí)施過(guò)程中通過(guò)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)柱受力體系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后對(duì)侵入隧道開(kāi)挖面的預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行拔除，最大程度降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，保障了盾構(gòu)的順利通過(guò)，總體技術(shù)流程如圖2所示。

3 支撐托換及拆除技術(shù)

在廠房結(jié)構(gòu)支撐托換及力學(xué)體系轉(zhuǎn)換前，根據(jù)結(jié)構(gòu)、梁柱受力及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件進(jìn)行區(qū)域劃分。區(qū)域及樁基劃分情況如圖3所示?？傮w上分為3個(gè)施工區(qū)域，區(qū)域一為隧道區(qū)間右線下穿廠房主廠區(qū)范圍，涉及到3根中柱，1根邊柱，共8根管樁，如A1～A4所示。區(qū)域二為廠房2層區(qū)域，涉及到隧道區(qū)間右線4根結(jié)構(gòu)柱共7根管樁，左線5根結(jié)構(gòu)柱共8根管樁，如B1～B8所示。區(qū)域三為隧道區(qū)間左線下穿廠房主廠區(qū)范圍，涉及到4根邊柱共8根管樁。如C1～C4所示。

圖3 樁基區(qū)域劃分平面圖

3.1 區(qū)域一支撐托換

區(qū)域一中柱采用4根立柱組成的支撐架托換，鋼管柱固定在廠房設(shè)備基礎(chǔ)上，高低鋼梁分別承托既有連系梁與屋面梁。自梁底以下50cm處切斷中柱，如圖4所示，破除切口以下中柱，鑿出切口以上中柱主筋，中柱支撐體系與受力轉(zhuǎn)換布置圖如圖5所示。

圖4 中柱與梁示意圖

圖5 中柱支撐體系布置圖

邊柱采用4根立柱組成支撐架托換，安裝支撐前拆除2層梁以下墻體及1層梁，保留2層梁及以上墻體。采用4根立柱組成的支撐架承托廠房2層系梁托換邊柱，廠房?jī)?nèi)外各2根，需施作承臺(tái)基礎(chǔ)，中柱支撐體系與受力轉(zhuǎn)換布置圖如圖6所示。

3.2 區(qū)域二支撐托換

圖6 邊柱支撐體系布置圖

區(qū)域二在支撐托換過(guò)程中重點(diǎn)考慮底板梁托換，通過(guò)直徑為609的鋼管柱支撐2層底板梁托換結(jié)構(gòu)柱，如圖7、圖8所示。

圖7 區(qū)域二支撐平面圖

圖8 廠房二層區(qū)域梁

3.3 區(qū)域三支撐托換

區(qū)域三支撐體系與區(qū)域一邊柱類(lèi)似，安裝支撐前拆除2層梁以下墻體及1層梁，保留2層梁及以上墻體。采用4根立柱組成的支撐架承托廠房2層系梁托換邊柱，2根鋼管柱設(shè)置在廠房外，需施作承臺(tái)基礎(chǔ)，2根鋼管柱設(shè)置在廠房?jī)?nèi)，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地情況施作基礎(chǔ)。區(qū)域三支撐體系布置圖如圖9所示。

4 管樁拆除技術(shù)流程

1）樁長(zhǎng)檢測(cè) 支撐體系安裝完成后破除托換結(jié)構(gòu)柱及承臺(tái)，揭露管樁后將鉆機(jī)移至樁芯位置下鉆，鉆至樁靴后停止，通過(guò)鉆桿長(zhǎng)度測(cè)量樁基長(zhǎng)度，樁基剝離時(shí)沖孔至樁底以下1m位置。

圖9 區(qū)域三支撐體系布置圖

2）下入錨索 測(cè)量樁長(zhǎng)后拔出鉆桿，用高壓水洗出管樁內(nèi)泥土、雜質(zhì)，下入錨索至樁靴。樁芯內(nèi)從下往上注入雙液漿，填充管樁內(nèi)空腔，雙液漿凝固后握裹錨索，拔樁時(shí)如發(fā)生斷樁，可通過(guò)錨索提升管樁，重新進(jìn)行拔樁作業(yè)。

3）沖孔施工 拔樁前需減小管樁周?chē)馏w產(chǎn)生的摩阻力，即對(duì)管樁周?chē)馏w進(jìn)行有效的破壞。定制內(nèi)徑600mm重型軌道鋼籠式?jīng)_擊錘，利用沖擊鉆沖擊成孔將管樁周?chē)馏w破壞，使管樁與地層剝離。如圖10所示。2根鋼管柱設(shè)置在廠房?jī)?nèi)，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地情況施作基礎(chǔ)。其中邊柱A-7考慮沖擊鉆設(shè)備站位，分別在梁下設(shè)置2個(gè)單柱。

圖10 沖擊成孔示意圖

4）樁基拔除 沖擊成孔至設(shè)計(jì)深度后，把鋼絲繩纏繞在管樁上部，采用葫蘆提升管樁。根據(jù)樁長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果，最長(zhǎng)樁基長(zhǎng)度為38m，樁基自重約9t，沖孔后樁身與地層分離，地層摩阻力減小，采用2個(gè)10t葫蘆可滿足拔樁要求。管樁每提升一段，對(duì)拔出部分進(jìn)行破除，直至整樁全部拔出。拔樁過(guò)程中如發(fā)生斷樁，通過(guò)連接錨固鋼筋的鋼絲繩提升斷樁，提升至地面后重新纏繞斷樁，恢復(fù)拔樁作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備實(shí)心沖擊鉆鉆頭，管樁掉落無(wú)法撈出時(shí)采用沖擊鉆破碎斷樁。

5）樁孔回填 樁基拔除后樁孔內(nèi)下入導(dǎo)管，水下澆筑低標(biāo)號(hào)混凝土回填樁孔，防止盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)出現(xiàn)土倉(cāng)泄壓導(dǎo)致沉降異常。

6）擴(kuò)大基礎(chǔ)承臺(tái)加固 樁孔回填混凝土終凝后挖掘機(jī)清理原樁位地基表層浮土，小型機(jī)具配合挖掘機(jī)夯實(shí)地基，澆筑10cm厚素混凝土墊層，新建廠房基礎(chǔ)承臺(tái)，尺寸為3m×3m×1m。承臺(tái)外埋設(shè)雙排袖閥管，對(duì)承臺(tái)下5m范圍內(nèi)土體注漿加固，提升地基承載力。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文提出的技術(shù)處理方案，盾構(gòu)已經(jīng)順利通過(guò)該風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，針對(duì)這種預(yù)應(yīng)力管樁侵入隧道開(kāi)挖面的情況，通過(guò)對(duì)地面建筑物梁系受力體系轉(zhuǎn)換，底部樁基處理拔出預(yù)應(yīng)力管樁的思路，不僅減少了對(duì)地面建筑物的影響，而且保障了盾構(gòu)隧道施工的安全性，為后續(xù)類(lèi)似盾構(gòu)下穿樁基處理提供參考。