地鐵車(chē)站建設(shè)中的懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基施工工藝

摘要：在進(jìn)行軌道交通項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，極易面臨車(chē)站侵入既有橋梁的問(wèn)題，對(duì)此通常借助受力樁與托換梁技術(shù)直接托換既有的橋梁樁基來(lái)處理?？紤]到這一方法操作難度高、成本大、施工周期長(zhǎng)，為了有效彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，結(jié)合東莞市城市軌道交通1號(hào)線一期項(xiàng)目，提出借助樁+承臺(tái)的形式實(shí)現(xiàn)橋樁的托換。設(shè)計(jì)出懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基施工方案，并對(duì)技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)了探討。

關(guān)鍵詞：軌道交通;樁基托換;懸臂式結(jié)構(gòu);施工技術(shù)

0" "引言

東莞市城市軌道交通1號(hào)線一期項(xiàng)目中，立交橋E8號(hào)橋樁具體位于車(chē)站頂板位置，寬約22.3m，如果借助普通的托換法開(kāi)展施工，極易拉長(zhǎng)施工周期，提高施工難度，增大施工成本。本文根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際特征，設(shè)計(jì)了新型懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基施工方案，不僅適用于復(fù)雜的施工環(huán)境，還大大提升了施工效率與施工質(zhì)量。

1" "技術(shù)原理

項(xiàng)目主要借助樁+承臺(tái)的形式實(shí)現(xiàn)橋樁的托換，施工時(shí)需將結(jié)構(gòu)受力樁伸入中等風(fēng)化巖層以下1m以上。摩擦樁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

待結(jié)構(gòu)樁安設(shè)完成后，為其搭設(shè)臨時(shí)的支撐系統(tǒng)，以確保其不受后續(xù)施工的影響。待支撐結(jié)構(gòu)搭設(shè)完成，即可拆除原先的橋梁結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)橋梁的受力轉(zhuǎn)換。然后施做托換承臺(tái)，在承臺(tái)作用下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力樁和橋墩的連接，構(gòu)成一個(gè)不等臂單杠桿支撐結(jié)構(gòu)。整個(gè)支撐體系建造結(jié)束即可進(jìn)行預(yù)頂，實(shí)現(xiàn)受力轉(zhuǎn)換，之后拆卸臨時(shí)支撐系統(tǒng)。最后，在樁底部位進(jìn)行預(yù)注漿，減輕基坑開(kāi)挖給托換結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，保障橋梁結(jié)構(gòu)的整體安全與穩(wěn)定。

2" "施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1" "施工工藝流程

新型懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁施工步驟如下：進(jìn)行施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備，并準(zhǔn)備好新建樁基;開(kāi)挖基坑并為其搭設(shè)支撐結(jié)構(gòu);拆除原有的E8橋墩，開(kāi)始托換承臺(tái);原位還建橋墩、安裝支座;澆筑混凝土，拆卸支撐結(jié)構(gòu)，回填基坑。

2.2" "樁基工程施工

本項(xiàng)目將結(jié)構(gòu)受力樁設(shè)計(jì)為灌注樁，考慮到加固樁的位置大多安設(shè)在橋梁下方，極易受到梁下凈空的影響，因此本項(xiàng)目選用CZ-6D型沖擊鉆開(kāi)展施工。施工時(shí)預(yù)先在樁頂處留出90cm樁帽鋼筋，以便后續(xù)連接承臺(tái)鋼筋。受力樁的鋼筋籠需分段預(yù)制，每段長(zhǎng)度控制在6m。

施工時(shí)提前預(yù)埋3根直徑60mm長(zhǎng)的聲測(cè)管，以便后續(xù)監(jiān)測(cè)樁基成孔的質(zhì)量好壞。需要注意的是，聲測(cè)管安設(shè)在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，且必須與鋼筋籠保持平行，管口必須超出樁頂0.3m左右的距離，所有管口高度必須齊平。管底用鋼板焊接，保證管內(nèi)無(wú)異物、不出現(xiàn)漏水等問(wèn)題。

本項(xiàng)目選用C40型混凝土進(jìn)行澆筑，保證一次澆筑成型。開(kāi)始澆筑之前，施工人員需要徹底清理孔內(nèi)雜物。借助導(dǎo)管完成混凝土澆筑工作，灌注過(guò)程中實(shí)時(shí)觀察混凝土面高度，隨著高度的變化緩慢抬高導(dǎo)管，始終保證導(dǎo)管埋深在2～6m。

2.3" "基坑開(kāi)挖

2.3.1" "開(kāi)挖方式

本項(xiàng)目采取放坡開(kāi)挖、鋼板樁支護(hù)相結(jié)合的方式。放坡開(kāi)挖時(shí)，施工人員應(yīng)提前勘測(cè)邊坡?tīng)顩r，根據(jù)需求預(yù)制臨時(shí)護(hù)坡。在邊坡處預(yù)留出0.5m的距離，在鋼板樁一側(cè)預(yù)留出1m的距離，以便后續(xù)施工的開(kāi)展。

2.3.2" "臨時(shí)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臨時(shí)支撐系統(tǒng)所承受的荷載主要包含箱梁自身質(zhì)量、附件質(zhì)量以及支架自身質(zhì)量等，因此同時(shí)選用鋼管柱與千斤頂作為施工原材料，以便在整個(gè)施工期間提供強(qiáng)大的支撐力。本項(xiàng)目臨時(shí)支撐系統(tǒng)主要包含1、2號(hào)兩部分支撐結(jié)構(gòu)。

在1號(hào)支撐體系中，鋼板應(yīng)安設(shè)在兩個(gè)立柱上方，其厚度控制在5cm，尺寸為1m×1m，本項(xiàng)目選用的是Q235b型鋼板。鋼板下方安設(shè)Φ690×16型鋼立柱管，相鄰立柱管之間的距離控制在4.25m，立柱管的高度則根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況確定。

立柱管安設(shè)完成后開(kāi)始澆筑，本項(xiàng)目選用C30混凝土，將其澆筑成長(zhǎng)、寬、高分別為1m、1m、0.6m的長(zhǎng)柱形，將其中的P5樁基礎(chǔ)底高程控制為493.734m，P7樁基礎(chǔ)底高程控制為491.434m。

將原有的P5樁基與新建的P7樁基共同作為1號(hào)支撐體，其中P5樁基的樁頂高出承臺(tái)頂面0.3m左右，P7樁直徑為1.2m，長(zhǎng)度為15m，樁頂標(biāo)高為491.434m。在鋼板上方安置2臺(tái)液壓缸頂升系統(tǒng)，以便隨時(shí)調(diào)控梁底高度，一旦發(fā)現(xiàn)梁底標(biāo)高下降距離>5mm，立即啟動(dòng)千斤頂以維持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

在2號(hào)支撐體系中，選用與1號(hào)支撐體系相同的鋼板，但分配梁選用I20b型，且相鄰分配梁之間的距離需間隔25cm，主梁則選用I45c雙拼。在主梁下方安設(shè)Φ609×16型鋼立柱管，相鄰鋼立柱管之間同樣保持2.5m的間隔。立柱之間安設(shè)剪刀撐，其高度根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。項(xiàng)目使用的所有立柱基礎(chǔ)均屬于條形基礎(chǔ)，由C30型混凝土制成，長(zhǎng)度有6m、3.5m兩種選擇，寬度、高度分別為1m、0.6m。

同樣要為2號(hào)支撐系統(tǒng)安設(shè)2臺(tái)液壓缸頂升系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)調(diào)控梁底的高度。2號(hào)支撐系統(tǒng)中，梁底和千斤頂之間加墊一個(gè)3cm厚、尺寸為0.4mm×0.4m的Q235b型鋼板，一旦下降幅度>0.5cm，立即啟動(dòng)千斤頂，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變形。

搭建工作平臺(tái)時(shí)，考慮到鋼立柱支撐架承擔(dān)著整個(gè)橋墩拆除環(huán)節(jié)絕大多數(shù)支撐，因此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需專門(mén)在鋼立柱支撐體系區(qū)域內(nèi)建造操作平臺(tái)。操作平臺(tái)的主要施工材料為鋼管腳手架，其采用普通型Φ48×3鋼管，相鄰鋼管之間使用專門(mén)的扣件進(jìn)行固定。鋼管之間的搭接長(zhǎng)度應(yīng)≥50cm。

橫向、縱向步距分別為0.9m、0.7m，高度步距設(shè)定為1.5m。橫向、縱向剪刀撐間距應(yīng)≤0.6cm，剪刀撐使用搭接的方式接長(zhǎng)，其搭接長(zhǎng)度≥80cm。等距離之間安設(shè)2個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)扣件，所有旋轉(zhuǎn)扣件與桿端之間的距離應(yīng)控制在10cm以上。每5跨單獨(dú)安設(shè)1道斜撐，將斜撐上端與鋼管架相連接，下端與地面相連接，下端角度維持在45～60°之間。

施工過(guò)程中嚴(yán)格參照如下順序開(kāi)展施工：先安裝鋼管柱與剪刀撐，再搭建整個(gè)操作平臺(tái)、安設(shè)I45c主梁與I20b分配梁，為其鋪設(shè)鋼板，最后安裝千斤頂。施工人員在安裝鋼管柱時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)鋼管柱擴(kuò)大基礎(chǔ)施工結(jié)構(gòu)后，需使用起重機(jī)或型鋼搭建臨時(shí)的三腳架，以便于施工人員借助其完成立柱間所有加強(qiáng)桿件的焊接。

施工人員認(rèn)真分析鋼管柱支撐系統(tǒng)，是否會(huì)在支撐橋梁的過(guò)程中發(fā)生彈性變形。待鋼管柱支撐系統(tǒng)布置結(jié)束后，必須進(jìn)行預(yù)頂。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)梁底標(biāo)高，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況將總頂升力度控制在1500kN以內(nèi)，隨著頂升的推進(jìn)，緩慢抬高頂升力度。待梁底標(biāo)高上升之后，施工人員必須適當(dāng)降低頂升速度，確保標(biāo)高變化最大不超出0.1cm。其具體控制標(biāo)準(zhǔn)可結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行微調(diào)。

2.4" "原橋墩拆除

開(kāi)始拆除橋墩之前，項(xiàng)目單位依照盡可能不對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)破壞的原則進(jìn)行施工設(shè)計(jì)[1-2]。通常選用切割繩鋸、人工破除以及機(jī)械破除等方式施工。開(kāi)始拆除之前，施工人員利用Φ48×3型鋼管建造出專門(mén)的施工平臺(tái)。整個(gè)搭建過(guò)程中，必須保證鋼管與橋墩緊密貼合，平臺(tái)步距、縱距、橫距等均設(shè)定為1.2m。

2.5" "承臺(tái)施工

項(xiàng)目設(shè)定托換承臺(tái)的長(zhǎng)、寬分別為9m、6.7m，高度控制在1.8～4.5m之間，整體呈階梯狀分布，承臺(tái)頂端需深入地下0.356m。承臺(tái)施工具體流程如下：首先拆除托換新樁頭部位的混凝土，重新澆筑墊層部位;其次安裝承臺(tái)鋼筋與模板;最后澆筑混凝土并按要求養(yǎng)護(hù)。

施工人員先破除新樁頭部位的混凝土，提前將樁頂上方90cm區(qū)域內(nèi)的鋼筋預(yù)留出來(lái)。在風(fēng)鎬等工具的輔助之下，破除新樁頭區(qū)域內(nèi)所有含砂混凝土，并將其清理干凈。破除過(guò)程中嚴(yán)格把控施工力度，避免因力度過(guò)大造成鋼筋松動(dòng)，影響到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。待樁頭混凝土徹底被破除、清理干凈之后，即可開(kāi)始澆筑承臺(tái)墊層混凝土，本項(xiàng)目選用的是C15型素混凝土充當(dāng)基底墊層。

制作鋼筋時(shí)嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)圖紙放線、定位。所有和承臺(tái)相對(duì)應(yīng)的預(yù)埋鋼筋，應(yīng)使用I級(jí)擠壓套筒鋼筋接駁器相連接。開(kāi)始承臺(tái)鋼筋施工后，施工人員先在既有橋墩位置預(yù)埋好墩柱鋼筋，令其伸入承臺(tái)內(nèi)側(cè)0.9m。同時(shí)為了增強(qiáng)承臺(tái)和墩柱之間連接的緊密性，在承臺(tái)頂端E8號(hào)原樁位置提前預(yù)留好鋼筋。該鋼筋不僅需要伸入承臺(tái)內(nèi)側(cè)0.9m，還需預(yù)留0.3m的外露距離，以便還建E8號(hào)原樁時(shí)其與墩柱鋼筋相連。

本項(xiàng)目所使用的模板由木模制成，支撐體系中龍骨的原材料為0.1m×0.1m的方木，相鄰方木之間的距離設(shè)計(jì)為0.3m。外龍骨則由Φ4.8cm的雙向雙層鋼管制成，安裝之前均勻涂抹脫模劑，模板安裝必須確保穩(wěn)固。

本項(xiàng)目選用C40型混凝土作為施工材料，在混凝土泵車(chē)的作用下將混凝土輸送至模板中，同時(shí)配合振搗器同步振搗，實(shí)現(xiàn)一次性連續(xù)澆筑。

2.6" "原位還建橋墩

待先前澆筑的混凝土強(qiáng)度超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，才能開(kāi)始后續(xù)施工，即在E8號(hào)原墩位置建設(shè)橋墩。其中墩身的高度視橋梁底高程決定，施工之前進(jìn)行測(cè)試。

處理還建樁和承臺(tái)界面時(shí)，施工人員先調(diào)直提前預(yù)留好的鋼筋，測(cè)量防線。再找出墩柱中心點(diǎn)、托梁中軸線，并借助油漆標(biāo)注出來(lái)。仔細(xì)清理承臺(tái)、樁頂以及墩柱部位的混凝土，確保其表面光滑無(wú)雜質(zhì)，以便墩柱與承臺(tái)之間緊密連接在一起。

還建墩柱結(jié)構(gòu)時(shí)，首先為其搭設(shè)專門(mén)的操作平臺(tái)，以降低墩柱鋼筋、模板等構(gòu)建的安裝難度，便于后續(xù)澆筑混凝土。在搭設(shè)操作平臺(tái)之前，項(xiàng)目單位需要仔細(xì)清掃施工現(xiàn)場(chǎng)，并檢測(cè)該位置的地基承載力是否超出120kPa，確保各項(xiàng)指標(biāo)全部合格之后開(kāi)始搭設(shè)支架。

本項(xiàng)目選用的是Φ48×3型普通鋼管，相鄰立桿縱距、橫距以及步距分別為0.7m、0.9m、1.5m，平臺(tái)搭設(shè)完成后建造專門(mén)的上下通道，以便施工人員施工過(guò)程中通行。施工過(guò)程中應(yīng)將所有預(yù)留鋼筋和機(jī)械設(shè)備連接起來(lái)，構(gòu)建出原樁鋼筋骨架后，再開(kāi)始自上而下對(duì)稱綁扎鋼筋，使其形成一個(gè)緊密的鋼筋網(wǎng)柱。由專門(mén)的工廠提前預(yù)制好整體鋼模，節(jié)高維持在0.5～3m之間。其所使用的所有拉、箍等加固構(gòu)件同樣需要出自專門(mén)工廠，以確保其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目所使用的墩柱模板主要由Q235b型鋼板制成，其厚度約為5mm，其中模板的上、下左、右接縫處厚度均為1cm。模板豎勒、抱箍等由8號(hào)U型鋼制成，環(huán)筋則主要由1cm厚、8cm寬的鋼板制成，相鄰模板之間使用了M18×50型螺栓進(jìn)行連接。經(jīng)測(cè)量，該墩柱設(shè)計(jì)高度達(dá)到7.415m，模板節(jié)高有1.5m、2.4m、3.2m等三種。

2.7" "混凝土澆筑

使用C40型混凝土進(jìn)行澆筑，施工之前提前使用混凝土罐車(chē)，將其運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)接受檢測(cè)，待各項(xiàng)指標(biāo)全部驗(yàn)收合格后開(kāi)始澆筑。整個(gè)澆筑過(guò)程中，混凝土自由下落的高度控制在2m以內(nèi)（借助串筒輔助施工）。

拆卸模板之前，需要對(duì)試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，確保試塊的抗壓強(qiáng)度超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的70%后才能開(kāi)始拆卸。拆卸過(guò)程中可借助起重機(jī)配合施工，不可人為強(qiáng)行拉撬，不可破壞其表層結(jié)構(gòu)。

待混凝土強(qiáng)度超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，開(kāi)始安裝墩頂支座，本項(xiàng)目選用GYZF40-800×125型四氟滑板支座進(jìn)行施工。整個(gè)施工過(guò)程中，施工人員必須實(shí)時(shí)控制梁底標(biāo)高，及時(shí)借助鋼板進(jìn)行調(diào)節(jié)，待支座整個(gè)安裝結(jié)束后，再在千斤頂?shù)淖饔孟戮徛奢d，實(shí)現(xiàn)托換，最后拆除支撐結(jié)構(gòu)。

3" "結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行軌道交通項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，極易面臨車(chē)站侵入既有橋梁的問(wèn)題，對(duì)此通常借助受力樁與托換梁技術(shù)直接托換既有的橋梁樁基來(lái)處理。考慮到這一方法操作難度高、成本大、施工周期長(zhǎng)，本文以東莞市城市軌道交通1號(hào)線這一實(shí)際案例為背景，詳細(xì)分析了樁基托換技術(shù)施工要點(diǎn)，同時(shí)分析了樁基項(xiàng)目、基坑項(xiàng)目以及混凝土項(xiàng)目的施工技術(shù)，可為類似項(xiàng)目提供參考。

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