摘要:地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁,橋梁異形板區(qū)變形穩(wěn)定的控制,需要借助樁基托換技術(shù),優(yōu)化穿越施工的參數(shù),方可確保隧道和橋梁的安全。文章將以某地鐵工程為例,將了解該工程概況的基礎(chǔ)上,分析施工存在的問(wèn)題,進(jìn)而選擇樁基托換施工技術(shù),并深入研討樁基托換技術(shù)在該工程中的應(yīng)用方法。
1.工程案例及概況
某地鐵車站路線自西往東延伸,接近終點(diǎn)站位置,有12m盾構(gòu)區(qū)間下穿既有橋梁,區(qū)間斷面為單洞單線圓形狀,外徑6m,覆土平均厚度13.8m;橋梁為交通主干道,車流量大。既有橋梁分為新舊兩部分,其中平交新橋橋樁為φ1200灌注樁,樁長(zhǎng)16m,樁徑1.2m,立交新橋橋樁為φ1500灌注樁,樁徑1.5m,舊橋橋樁為φ800灌注樁,樁長(zhǎng)15m,樁徑0.8m。橋址位置的地質(zhì)分別由雜填土、粉質(zhì)粘土、中粗砂、砂礫、圓礫組成,地下穩(wěn)定水位平均埋深11.45m,屬于潛水。
2.施工問(wèn)題及方案選擇
本工程施工成本預(yù)算不高,而且下穿的既有橋梁為交通主干道。為采取合適的施工方法,在排除托換處理的情況下,根據(jù)橋梁的實(shí)際尺寸,以及橋梁橋梁的交通荷載情況,計(jì)算出橋梁的自重、平均每根既有樁承載最大值,進(jìn)而確定在既有橋梁自重、水壓力、土壓力的三重作用下,既有橋梁最大可能承受1626kN的荷載,往隧道頂端擴(kuò)散的均載,呈45°往下走向,隧道管片彎矩的最大值437.5kN·m。而按照被壓彎的隧道結(jié)構(gòu)情況分析,在這種荷載條件的隧道,至少需要2.5倍于無(wú)荷載條件的配筋率,而采用這種標(biāo)準(zhǔn)配筋率,必然會(huì)瀕臨超筋的限值。正常情況下,地鐵隧道在施工過(guò)程中,列車的振動(dòng)作用,必然會(huì)波及管片和管片附近的部分地層,加上本工程的既有橋梁樁基端部,和計(jì)劃施工地鐵隧道管片的距離,僅1.14m,當(dāng)?shù)罔F交通工具頻繁振動(dòng),既有橋梁樁基端部和地鐵隧道管片之間的土層,很有可能會(huì)在長(zhǎng)期振動(dòng)荷載作用下,強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的削減。從這幾方面的情況分析,隧道下穿既有橋梁,有必要采用樁基托換的施工方法。
關(guān)于樁基托換的施工方法,其技術(shù)原理是在既有橋梁樁基的周圍,另外布置新的樁基,然后以蓋梁連接的方法,將原來(lái)橋梁的樁基和新布置的樁基形成一體,擴(kuò)大基礎(chǔ)后,形成共同受力的整體,并完成管片與橋梁樁基之間的注漿處理,即可大幅度減少隧道施工對(duì)既有橋梁?jiǎn)螛兜挠绊?。這種施工方法,不僅施工時(shí)間不長(zhǎng),而且施工流程簡(jiǎn)單,經(jīng)實(shí)踐證明安全系數(shù)頗高。
3.地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁樁基托換施工
3.1施工前技術(shù)準(zhǔn)備
在正式施工之前,必須做好以下一系列的施工前技術(shù)準(zhǔn)備工作:
1)施工技術(shù)方案編制。方案編制要求緊扣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,并結(jié)合工程的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),由主要施工人員和技術(shù)人員,在完成崗前培訓(xùn)之后,就工程施工期間可能出現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn),進(jìn)行在會(huì)詳細(xì)討論,提出技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)的詳細(xì)技術(shù)方案。
2)橋梁現(xiàn)狀的調(diào)查。地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁,橋梁的結(jié)構(gòu)形態(tài)、受力狀態(tài)、沉降情況,以橋梁的裂縫、傾斜度等,都是樁基托換施工時(shí)必須考慮的內(nèi)容。在施工之前,有必要聯(lián)同建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、產(chǎn)權(quán)單位,共同調(diào)查的橋梁現(xiàn)狀,調(diào)查結(jié)果簽字確認(rèn)。在完成樁基托換施工后,對(duì)比施工前后橋梁狀態(tài),以檢驗(yàn)下穿既有橋梁的影響消除效果,也便于判斷樁基托換施工的成效。
3)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建。地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁,涉及到橋梁和地鐵隧道兩個(gè)方面的工程,無(wú)論哪個(gè)環(huán)節(jié)的施工存在隱患,都有可能波及橋梁和隧道的質(zhì)量。因此,在施工之前,我們需要構(gòu)建完善的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用于觀察施工期間橋梁、地下管線、水文地質(zhì)等的環(huán)境狀態(tài),同時(shí)判斷是否出現(xiàn)裂縫、位移、傾斜、沉降等問(wèn)題。
3.2地面支撐體系布置
在地鐵區(qū)間隧道樁基托換施工體系之外,地面支撐體系是輔助樁基托轉(zhuǎn)施工。本工程的地面支撐體系布置施工,由千斤頂構(gòu)成,包括布置、分組、安裝三道工序。按照常規(guī)的千斤頂頂升操作方式,本工程從橋梁下端部往下安裝臨時(shí)支撐,將千斤頂?shù)牡鬃?,緊固在異形板正下方,同時(shí)控制好軸線的垂直度,目的是規(guī)避安裝時(shí)出現(xiàn)傾斜,并產(chǎn)生水平分力。通過(guò)地面支撐體系的布置,在一定程度上可減緩地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)時(shí)的沉降和振動(dòng)影響。
3.3樁底基巖處理
開(kāi)挖工序啟動(dòng)后,與區(qū)間隧道空間交叉的既有橋梁樁基,即深入隧道內(nèi)部的樁基,要完整保留下來(lái),并在開(kāi)挖時(shí),重點(diǎn)保護(hù)好樁基。以3號(hào)橋的4#橋樁為例,伸入左側(cè)隧道的φ800鉆孔灌注樁,與左線隧道中線距離為3.387m,而距離巖面有1.878m,因此在鉆孔灌注樁的底部,要預(yù)留高度1.878的原狀巖層,這些基巖暫時(shí)不予以開(kāi)挖,作為既有橋梁伸入隧道內(nèi)樁基的支撐體,
在預(yù)留樁底基巖的基礎(chǔ)上,以探孔方法,檢驗(yàn)樁底標(biāo)高情況,然后在樁基底部施打兩個(gè)縱向注漿孔,每個(gè)注漿孔均伸入規(guī)格φ50mm的鋼管,鋼管長(zhǎng)度4m、厚度5mm,留在孔外的管端,用絲扣固定閥門,再將棉布、快干水泥塞滿注漿孔和鋼管之間的間距。隨后,按照水灰質(zhì)量比1:1的規(guī)格配備水泥砂漿,往注漿孔內(nèi)注入水泥砂漿,期間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,控制好注漿的壓力,同時(shí)安排專人監(jiān)測(cè)樁基的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)注漿時(shí)橋梁樁基有頂起跡象,則要適當(dāng)降低注漿壓力,直至樁基恢復(fù)原狀。
樁基基巖的預(yù)留,以人工方式開(kāi)挖,并盡量一次性完成開(kāi)挖。在成型之后,即刻將規(guī)格2.5cm×2.5cm的鋼筋網(wǎng)固定在巖面上,噴射混凝土厚度控制在5cm左右,以縮短巖石暴露時(shí)間。
3.4植筋及界面處理
界面處理之前,在托換梁抱樁位置放樣劃線,確定待處理的界面范圍,然后根據(jù)劃線規(guī)格,在抱樁之上劃出深度25mm的企口,將清除干凈企口周圍的混凝土浮漿,直至露出新鮮的混凝土表面,最終在處理后的界面之上,均勻涂抹處理劑。完成界面處理工序后,開(kāi)始以梅花狀的規(guī)格交錯(cuò)植筋,如下圖2所示:圖2植筋施工
植筋前的鉆孔施工,本工程按照大于10d的深度規(guī)格,借助沖擊電鉆鉆孔,由于工程以梅花形布置,同側(cè)的鉆進(jìn)不能夠一次性成孔,而采用跳鉆方式成孔。鉆孔后,利用空壓機(jī)清理干凈孔內(nèi)殘?jiān)?,再將VGC藥劑管伸入其中,植入規(guī)格φ20的鋼筋,間隔距離保持35cm,抱樁同個(gè)水平截面位置,至多布設(shè)2孔的植筋,并且需要在前道植筋工序的膠水完全凝結(jié)后,才能進(jìn)行后道植筋工序,以此循序漸進(jìn)完成全部鋼筋的錨固。
3.5隧道內(nèi)截樁
依次完成以上工序,直至二次襯砌工序完工,開(kāi)始檢驗(yàn)加固結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度性能,然后截除伸入隧道內(nèi)的橋樁。從洞口位置開(kāi)始截樁,往洞里方向進(jìn)行,截?cái)嗟臉稒C(jī)構(gòu),外運(yùn)出隧道外破碎處理。本工程的截樁,以人工方式進(jìn)行,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況僅允許沿著二次襯砌的內(nèi)輪廓方向,將既有橋梁樁基切斷,當(dāng)樁基結(jié)構(gòu)與二次襯砌分成兩部分,再以1.5m的單位,將整段樁基切小,將其全部運(yùn)至隧道外。隧道內(nèi)截樁情況。
在截樁的同時(shí),不僅不能夠即刻拆除樁基附近的腳手架,還需要在腳手架上加設(shè)連接件、腳手板等,架構(gòu)后的腳手架,可作為截樁施工的作業(yè)平臺(tái)。另外,在樁基鋼筋保護(hù)層的混凝土鑿除之后,需要保留樁基底部25%高度的主筋,以防止樁底倒塌,而樁基結(jié)構(gòu)的端口位置,要進(jìn)行打鑿處理,再用水泥砂漿找平,盡量縮短二次襯砌鋼筋和切斷橋梁主筋的外露時(shí)間。
3.6盾構(gòu)通過(guò)
完成樁基托換工序之后,試掘進(jìn)16m后,檢查下穿橋梁的隧道區(qū)間地表沉降速率,現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有滲水跡象,于是在停止盾構(gòu)掘進(jìn)支護(hù),利用水泥砂漿加固刀盤前方的土體,同時(shí)探明管線密集位置的情況,在地層基本穩(wěn)定之后,建立正常的土壓,并穿過(guò)橋區(qū),而且橋梁的沉降均控制到允許值范圍內(nèi)。
4.施工成效分析
通過(guò)以上的施工,案例地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁的樁基托換,取得了以下的施工成效:
1)以上的施工工藝,能夠精準(zhǔn)確定下穿區(qū)域隧道與橋梁之間的位置關(guān)系,為樁基托換施工提供精準(zhǔn)的施工參數(shù),尤其是在數(shù)值分析時(shí),所獲得的施工參數(shù),均能夠滿足既有橋梁的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。
2)從施工現(xiàn)場(chǎng)既有橋梁的受力變化情況分析,本工程采用的樁基托換施工技術(shù),對(duì)橋梁受力的負(fù)面影響不明顯,尤其在橋梁下方布置支撐體系之后,為樁基托換施工爭(zhēng)取到更為有利的施工條件。
3)樁基托換施工之后,橋梁的承重基礎(chǔ)得以托大,原來(lái)以單獨(dú)樁基礎(chǔ)支撐的下部結(jié)構(gòu),與新樁形成統(tǒng)一整體,當(dāng)隧道在盾構(gòu)穿越時(shí),既有橋梁的新舊樁基之后,不存在差異沉降情況,而且能夠明顯改善盾構(gòu)管片的受力條件。
5.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,地鐵區(qū)間隧道下穿既有橋梁,樁基托換施工的成本費(fèi)用不高,而且施工流程簡(jiǎn)單,文章通過(guò)研究,從施工前技術(shù)準(zhǔn)備、地面支撐體系布置、樁底基巖處理、植筋及界面處理、隧道內(nèi)截樁、盾構(gòu)通過(guò)幾個(gè)方面,明確了工程樁基托換施工的具體方法,施工效果顯示,采用這種施工技術(shù),能夠切實(shí)保證既有橋梁的安全穩(wěn)定,以及滿足地鐵區(qū)間隧道的正常穿越,這些施工技術(shù),在其他工程當(dāng)中,可在因地制宜結(jié)合工程主客觀情況的條件下,予以靈活的參考借鑒。
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