李明

(蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅蘭州730000)

暗挖地鐵隧道下穿既有橋梁的大承臺托換技術(shù)研究

李明

(蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅蘭州730000)

蘭州地鐵一號線暗挖區(qū)間隧道下穿東崗東路爛泥溝橋時與既有8根橋梁基樁相沖突，采用了在明挖基坑內(nèi)施作大承臺的樁基托換技術(shù)通過。本文詳細(xì)介紹了大承臺托換技術(shù)的實施方案、施工步驟、關(guān)鍵技術(shù)和施工監(jiān)測情況。托換過程中和暗挖隧道經(jīng)過后的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，既有橋梁的變形和受力安全可靠。大承臺托換技術(shù)在隧道下穿多根橋梁基樁時取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，所采取的關(guān)鍵技術(shù)可為同類工程的設(shè)計、施工提供借鑒。

地鐵暗挖隧道 橋梁樁基礎(chǔ) 大承臺 樁基托換

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，由于時間和空間上的局限性，地鐵線路會不可避免地穿越既有建(構(gòu))筑物。常見穿越既有建(構(gòu))筑物采用的方法為樁基托換，即通過托換樁和托換梁結(jié)構(gòu)完成地鐵穿過時的受力轉(zhuǎn)換。

東崗東路為蘭州市東西向的城市主干道，道路車流量大，進(jìn)出城重載車輛多從此通過。蘭州地鐵一號線暗挖區(qū)間隧道下穿東崗東路爛泥溝橋工程中，地鐵隧道與既有8根橋梁基樁相沖突，若采用常規(guī)的樁基托換則施工過程對交通影響大，且無法保證既有橋梁的沉降和位移在允許范圍內(nèi)，故采用了大承臺托換技術(shù)［1］。本文詳細(xì)介紹了該托換技術(shù)的實施方案、施工步驟、關(guān)鍵技術(shù)和施工監(jiān)測等情況，以期為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

爛泥溝為東崗東路上的一處排洪溝渠，深6.5 m，河渠上口寬25.0 m，下口寬12.0 m。區(qū)間隧道拱頂距離溝底約9 m。爛泥溝橋位于東崗東路上，為跨越爛泥溝而設(shè)，為一跨25 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，梁高1.1 m，每片中梁寬1.50 m，每片邊梁寬1.75 m，全橋共設(shè)18片中梁，2片邊梁。下部結(jié)構(gòu)采用樁基連接蓋梁式橋臺，樁直徑1.2 m，樁長22 m，每個橋臺下面設(shè)8根基樁。橋面采用瀝青混凝土路面，欄桿采用鋼欄桿。本橋與道路中線斜交角度為20°，橋面總寬32 m，其中車行道寬21 m，為雙向六車道，兩側(cè)人行道各寬5.50 m。橋梁基樁間距4.04 m，在垂直于道路中線投影面上間距為3.80 m。區(qū)間隧道在爛泥溝橋橋址處下穿，與8根橋梁基樁沖突。既有橋梁基樁與隧道的關(guān)系見圖1。

圖1 既有橋樁與隧道的關(guān)系(單位:cm)

2 托換原則及方案

樁基托換按托換機(jī)理可以分為主動托換和被動托換。主動托換技術(shù)采用頂升手段消除部分新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形，使得托換后的新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形控制在較小范圍內(nèi)。被動托換技術(shù)不予頂升，托換后新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)的變形往往難以得到控制。由于托換基樁根數(shù)較多，上部結(jié)構(gòu)荷載較大，變形要求嚴(yán)格，本次托換工程采用主動托換，即預(yù)先對托換樁進(jìn)行預(yù)壓消除部分沉降，并人為控制托換時及托換后的變形，使荷載分級轉(zhuǎn)移，最終使托換結(jié)構(gòu)的變形控制在較小范圍內(nèi)［2］。

為減少托換施工對道路交通的影響，本次托換工程的托換樁均布置于爛泥溝橋下洪道內(nèi)，被托換樁的一側(cè)(參見圖1)，這有別于常規(guī)托換工程托換樁布置于被托換樁兩側(cè)的做法，結(jié)構(gòu)受力形式也有所區(qū)別。托換樁采用直徑1.2 m的鉆孔灌注樁，樁長14.5 m，每個承臺下布置13根。托換樁樁頂設(shè)置大承臺將既有橋梁基樁和托換樁連接成整體，托換大承臺共設(shè)兩處，每側(cè)既有橋梁樁基礎(chǔ)處設(shè)一處。

3 樁基托換施工步驟

3.1 鋼便橋施工、基坑開挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

爛泥溝橋兩側(cè)管線眾多，施工前應(yīng)首先改移橋梁周邊管線。管線改移完成后搭設(shè)臨時便橋，為了不影響既有路面的通車，便橋分幅搭設(shè)，采用一跨48 m裝配式公路鋼橋。橫斷面布置形式:左幅，2.5 m(非機(jī)動車道)+4.2 m(車行道)+4.2 m(車行道);右幅，4.2 m(車行道)+4.2 m(車行道)+2.5 m(非機(jī)動車道)。便橋荷載等級為汽—20級，過橋重車荷載不應(yīng)大于35 t。臨時便橋搭設(shè)見圖2。

圖2 臨時便橋示意(單位:cm)

臨時便橋搭設(shè)完成后，在橋下開挖基坑，施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在裝配式鋼梁范圍內(nèi)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用土釘墻防護(hù)，坡率1∶0.5，鋼梁范圍外基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁，臨近既有建筑物側(cè)樁間距為1 m，周邊無建筑物側(cè)樁間距為1.6 m，并在距樁頂3.5 m處設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索。

3.2 既有橋梁墩柱加固、地基加固、托換樁和承臺施工

對承臺以上的既有墩柱粘貼2層碳纖維布進(jìn)行加固，纖維布采用高強(qiáng)度Ⅰ級碳纖維布，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3 400 MPa，膠采用A級膠。第1道粘貼縱向碳纖維布，第2道粘貼橫向碳纖維布。橋墩根部采用鋼板壓條將碳纖維布壓住，鋼板壓條通過螺栓固定在墩上，擰緊螺母。

對橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行注漿加固處理［2］。隧道外輪廓以外設(shè)2排直徑150 mm鉆孔注漿隔離樁，梅花形布置，間距800 mm×800 mm。

托換樁采用φ1.2 m的鉆孔灌注樁［3］，樁長為14.5 m。每個承臺下布置13根，共26根。托換承臺尺寸為34.66 m(長)×8.94 m(寬)×2 m(高)，每側(cè)既有橋梁樁基礎(chǔ)處設(shè)一處，共設(shè)兩處，施工時先施工一側(cè)承臺，再施工另一側(cè)。施工承臺前，應(yīng)先在既有墩柱與承臺連接處植入錨筋。由于承臺屬大體積混凝土，澆筑時應(yīng)避免混凝土水化熱引起開裂。在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻管通水冷卻。采用改善骨料級配、降低水灰比、摻加混合料、摻加外加劑等方法減少水泥用量及使用水化熱低的礦渣水泥、粉煤灰水泥等。澆筑承臺后，新做樁基與承臺之間先用型鋼進(jìn)行支撐。

3.3 預(yù)壓樁基、樁與承臺連接

為了避免既有橋梁基樁與托換樁沉降不一致，需對托換樁進(jìn)行壓樁處理。預(yù)壓按照單根樁進(jìn)行，預(yù)壓順序先從中間一排樁開始，從中間向兩邊對稱預(yù)壓。預(yù)壓完成后，對托換樁鋼筋與承臺內(nèi)預(yù)埋鋼筋采用擠壓套筒進(jìn)行機(jī)械連接，托換樁樁頭與承臺采用鋼套管連接，最后灌注微膨脹混凝土［2-4］。

3.4 截樁

截樁前采用軍用墩對蓋梁進(jìn)行臨時支撐。對每個樁分3次3 d切割完成，且同一蓋梁下的樁交替進(jìn)行切割。切割過程中嚴(yán)密監(jiān)視切割縫寬度尺寸變化情況。并在切割縫中放置鋼板，鋼板面積不小于原樁面積的2/3。

3.5 暗挖隧道施工

暗挖隧道施工應(yīng)先降水、后施工。施工時遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的基本原則。洞內(nèi)支護(hù)采用雙層小導(dǎo)管注漿預(yù)加固，增設(shè)臨時仰拱，初期支護(hù)鋼格柵間距加密為0.5 m。施工過程應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，進(jìn)行動態(tài)設(shè)計與信息化施工。待隧道施工通過后，恢復(fù)臺后填土及錐坡，拆除臨時便橋及蓋梁底支架，恢復(fù)路面通車［5］。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 既有樁體植筋及界面處理

既有樁的植筋技術(shù)性較強(qiáng)，是托換承臺與既有樁能否有效連接、力系能否有效傳遞的關(guān)鍵性因素。設(shè)計植筋為φ32鋼筋，錨固長度為400 mm，按300 mm× 300 mm梅花形布置，采用探測儀探明既有墩柱錨栓孔位是否有鋼筋，必要時適當(dāng)調(diào)整孔位，以免損傷墩柱內(nèi)鋼筋。鉆孔并植入錨固鋼筋，鋼筋植入后，采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑填充(A級膠)［6］。

為加強(qiáng)既有樁和托換承臺之間的摩擦力和咬合力，除植入鋼筋外，還要對既有樁與承臺連接部位表面進(jìn)行鑿毛處理，并開鑿齒槽，涂刷界面粘結(jié)劑。

4.2 預(yù)壓加載中的變形協(xié)調(diào)控制

設(shè)計單樁最大加載為3 900 kN，按“等變形、等荷載”的原則將千斤頂對稱布置于托換樁和托換承臺之間，并在千斤頂上下設(shè)置鋼墊板。每一新樁的千斤頂均選用校驗系數(shù)相接近的，并聯(lián)使用。加載時設(shè)計軸力分10級加載，以降低不同步加荷產(chǎn)生的影響［7-8］。

為確保在樁基托換過程中萬無一失，于每一托換樁樁頂上設(shè)置了2個機(jī)械螺旋式的安全自鎖裝置。該裝置將隨加載千斤頂同步升降，對托換承臺的穩(wěn)定和加載千斤頂?shù)氖褂闷鸢踩ｋU作用，這2個安全自鎖裝置將永久地置于托換承臺與托換樁間的鋼筋混凝土連接體內(nèi)［8］。

4.3 托換承臺與托換樁的連接

待整個主動托換頂升完成以及托換樁的沉降穩(wěn)定后，將托換樁主筋與承臺預(yù)埋鋼筋用擠壓套筒進(jìn)行機(jī)械連接，托換樁頭與承臺用鋼套管連接后灌注微膨脹混凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，再在托換承臺底部切斷既有樁。

5 施工監(jiān)測

為確保既有橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全，對橋梁結(jié)構(gòu)的變形和托換結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)測，監(jiān)測點布置見圖3［9］。根據(jù)規(guī)范要求，相鄰兩墩臺不均勻差異沉降允許值不大于20 mm，承臺水平位移允許值不大于3 mm，承臺不均勻沉降允許值不大于3 mm，蓋梁的不均勻差異沉降允許值不大于3 mm［10］。施工過程中重點控制既有橋梁相鄰墩柱、承臺、蓋梁的不均勻沉降。根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果，加載托換后被托換橋梁墩柱最大升高值為2 mm，蓋梁最大沉降差為1.8 mm，相鄰墩柱沉降差最大為3.7 mm。地鐵暗挖通過3個月后，墩柱沉降趨于穩(wěn)定，相鄰墩柱沉降差最大為1.5 mm，蓋梁最大沉降差為0.89 mm，各監(jiān)測數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。

圖3 監(jiān)測點布置

6 結(jié)語

蘭州地鐵1號線下穿東崗東路爛泥溝橋采用大承臺托換技術(shù)通過，保證了城市主干道的正常通行，同時減少了拆遷量，節(jié)省了投資，是蘭州市首次在地鐵工程中成功運用托換技術(shù)。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示托換過程中和暗挖隧道通過后，既有橋梁的變形和受力安全可靠。因此本工程所采取的關(guān)鍵技術(shù)對同類工程的設(shè)計、施工具有重要的參考價值。

［1］徐前衛(wèi)，朱合華，馬險峰，等.地鐵盾構(gòu)隧道穿越橋梁下方群樁基礎(chǔ)的托換與除樁技術(shù)研究［J］.巖土工程學(xué)報，2012 (7):1217-1226.

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［10］李長山，岳鵬飛，楊有海.深圳地鐵大軸力樁基托換變形分析［J］.路基工程，2010(5):88-90.

(責(zé)任審編葛全紅)

TU473.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.21

1003-1995(2015)05-0083-03

2014-10-20;

2015-03-22

李明(1984—)，男，甘肅臨夏人，工程師，碩士。