葉珠東　陳崗

摘要：隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)建設(shè)，城市軌道交通建設(shè)得到快速發(fā)展。但受舊有城市規(guī)劃的制約，新的地鐵在施工中將不可避免地會(huì)部分穿越既有建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)。如何進(jìn)行既有建筑物樁基的托換施工及風(fēng)險(xiǎn)控制成為地鐵施工中不可避免的技術(shù)、管理問(wèn)題。本文以某城市地鐵車站高架橋墩樁基托換為例，對(duì)樁基托換方案設(shè)計(jì)、施工工藝及安全監(jiān)測(cè)工作等做了詳細(xì)論述，為在復(fù)雜施工環(huán)境和地質(zhì)條件下進(jìn)行既有橋梁樁基托換的施工技術(shù)及安全風(fēng)險(xiǎn)管理工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：樁基托換；鐵路橋梁；施工技術(shù)

引言

樁基托換技術(shù)是進(jìn)行地基處理和加固的一種方式，主要解決既有建筑物的地基加固問(wèn)題、既有建筑物基礎(chǔ)下需要修建地下工程以及新建建筑工程影響到既有建筑物安全時(shí)需要處理等問(wèn)題。近年來(lái)隨著城市地下工程的大量建設(shè)，應(yīng)用托換技術(shù)的工程數(shù)量日益增多。然而樁基托換技術(shù)難度大、費(fèi)用較高、工期較長(zhǎng)，是一種風(fēng)險(xiǎn)『生較強(qiáng)的特殊施工方法。

1樁基托換施工步驟

1.1臨時(shí)支墩頂升與橋梁扣軌

為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全，在托換基坑開挖前，在被托換的橋墩兩側(cè)搭設(shè)臨時(shí)鋼支架，鋼支架的基礎(chǔ)采用φ300mm、長(zhǎng)18m的樹根樁，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后在鋼支架上利用千斤項(xiàng)將20%的梁部恒載轉(zhuǎn)換到臨時(shí)鋼支架上，以減少基坑開挖對(duì)橋梁基礎(chǔ)造成的影響。同時(shí)對(duì)托換處的橋梁股道進(jìn)行抬梁扣軌，并對(duì)列車限速。通過(guò)動(dòng)載、靜載的分離，來(lái)減輕列車動(dòng)載對(duì)連續(xù)梁以及托換大梁的沖擊。

1.2托換新樁施工與托換基坑開挖

托換基坑坑壁采用3排密布的高壓旋噴樁進(jìn)行支護(hù)，托換新樁采用φ2.0m、長(zhǎng)30m的人工挖孔樁，托換新樁與既有管樁的距離不大于1.5m。由于這里的地質(zhì)情況較為復(fù)雜，在挖孔樁施工過(guò)程中，在樁身上部采用抽閥管進(jìn)行分層、分段雙液注漿，在樁身下部采用微量微差控制爆破。由于基坑開挖和托換新樁施工對(duì)周圍土層造成擾動(dòng)，引起土層應(yīng)力釋放，既有管樁摩阻力損失，將會(huì)引起鐵路橋墩的沉降，施工期間，需根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)調(diào)整臨時(shí)支墩上千斤頂?shù)捻斄?，以保證橋梁梁體沉降不大于2mm。

1.3托換大梁施工托換

預(yù)應(yīng)力混凝土大梁混凝上標(biāo)號(hào)為C50，在托換基坑內(nèi)采取現(xiàn)澆后張法施工。托換大梁外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）22.7m×4.0m×2.4m，屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)?；炷翝仓?，需進(jìn)行多次配比試驗(yàn)，并在混凝土澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制水泥的水化熱和內(nèi)外溫差，混凝土澆筑結(jié)束后，及時(shí)采取保溫措施，加強(qiáng)對(duì)托換大梁的養(yǎng)護(hù)。托換梁在托換樁處預(yù)留灌漿孔和二次注漿孔，以便托換完成后梁與樁連接施工。在張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線過(guò)程中。托換梁將會(huì)產(chǎn)生上拱位移，為防止上拱對(duì)既有橋墩造成影響，需對(duì)被托換的橋墩頂部位移進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。

1.4主動(dòng)托換頂升施工

整個(gè)托換體系結(jié)構(gòu)形式十分復(fù)雜，理論上也無(wú)法對(duì)托換過(guò)程中各部位的受力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。在實(shí)際的托換頂升過(guò)程中，需進(jìn)行雙控：按設(shè)計(jì)提供的頂升力進(jìn)行頂升操作，嚴(yán)格控制頂升位移。因此在頂升過(guò)程中荷載分級(jí)要細(xì)，頂升過(guò)程要緩慢，并以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)托換頂升。

2工程技術(shù)難點(diǎn)

2.1橋梁帶裂縫工作，被托換舊承臺(tái)成型質(zhì)量不佳

通過(guò)前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前該橋梁橋面道路破碎，梁體下方出現(xiàn)大量的裂縫。加之橋梁為曲線連續(xù)梁橋，橋體承受不均勻沉降的能力差，故橋梁繼續(xù)承受基礎(chǔ)沉降或不均勻沉降能力非常有限。通過(guò)委托有資質(zhì)第三方檢測(cè)及評(píng)估機(jī)構(gòu)進(jìn)行鑒定，托換區(qū)域橋梁裂縫多達(dá)1145條，許多裂縫已經(jīng)發(fā)展至鋼筋內(nèi)側(cè)，裂縫的產(chǎn)生已對(duì)橋梁承載和正常使用產(chǎn)生影響。

2.2場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富

通過(guò)地質(zhì)勘察及場(chǎng)地范圍的水文觀測(cè)，擬托換區(qū)域地表為較厚的填土及黏土層，在地面以下12-16m深度范圍分布著2-4m的<3-4-2>細(xì)砂層，砂層細(xì)顆粒的占比高達(dá)20%。場(chǎng)地內(nèi)地下水位于地下2m，含水量非常豐富。托換區(qū)域橋梁下方高度有限，加之新建托換樁距離舊樁很近，無(wú)法實(shí)施機(jī)械成孔作業(yè)，經(jīng)研究擬采用人工挖孔成樁。遇上述地層時(shí)，人工挖孔樁實(shí)施期間極易發(fā)生塌孔、涌水涌砂現(xiàn)象，加之目前城市建設(shè)監(jiān)督管理單位對(duì)人工挖孔樁的管理控制非常嚴(yán)格，需要確保人工挖孔樁安全實(shí)施。

2.3托換樁基軸力大，托換節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜

通過(guò)初步測(cè)算，本次樁基托換工程中新建托換樁頂?shù)暮奢d單樁最大達(dá)到6650kN，為國(guó)內(nèi)樁基托換軸力較大的工程案例。如此大的軸力托換，對(duì)于頂升荷載、穩(wěn)壓荷載及截樁都是較大的考驗(yàn)，若計(jì)算和實(shí)施過(guò)程中有偏差，極易對(duì)橋梁產(chǎn)生損傷或發(fā)生事故。

2.4地面旋噴樁施工的同時(shí)，進(jìn)行支護(hù)樁的施工，支護(hù)樁可作為臨時(shí)支架的基礎(chǔ)，支護(hù)樁施工完畢后，進(jìn)行樁頂聯(lián)梁及臨時(shí)支架的施工。臨時(shí)支架有兩個(gè)作用，一是承受部分恒載，并與原基礎(chǔ)共同受力，成為原基礎(chǔ)的輔助措施；二是如果原有基礎(chǔ)下沉，則可通過(guò)臨時(shí)支架的千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)標(biāo)高，為了確保鐵路線的正常運(yùn)營(yíng)，除了對(duì)行車限速15km/h以外，還對(duì)托換梁所在的線路進(jìn)行扣軌加固，使托換的橋墩與梁體分離，以防止在托換的過(guò)程中原基礎(chǔ)沉降引起連續(xù)梁開裂，被分離的橋跨線路的列車動(dòng)荷載盡量不對(duì)被托換樁（包括承臺(tái)）產(chǎn)生影響，大部分荷載由扣軌橫梁承受，小部分荷載通過(guò)梁部傳遞到臨時(shí)頂升鋼支架與舊承臺(tái)和樁基礎(chǔ)上。

3橋墩樁基托換施工風(fēng)險(xiǎn)控制分析

3.1樁基托換總體方案

在基坑開挖的范圍內(nèi)，隨著土體的卸載橋樁側(cè)摩阻力損失，為了彌補(bǔ)21#橋樁樁基在基坑開挖過(guò)程中摩阻力及整體穩(wěn)定性損失，在基坑開挖前對(duì)21#橋樁進(jìn)行樁基托換，即在車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，首先在被托換樁沿高架橋兩側(cè)各施做兩根鉆孔灌注樁作為托換樁，托換樁樁長(zhǎng)53m，且樁底進(jìn)入（20a-3）微風(fēng)化泥巖層的距離不少于1m；然后放坡開挖至設(shè)計(jì)新增承臺(tái)底部標(biāo)高，在基坑內(nèi)施工新增型鋼混凝土承臺(tái)包住既有承臺(tái)，新增承臺(tái)與既有承臺(tái)之間采用界面處理劑及植筋的方式進(jìn)行連接；待新增承臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開挖橋面下主體基坑。

20#、22#橋樁樁基位于車站主體基坑兩側(cè)，為降低橋面下地連墻施工對(duì)20#、22#橋樁的影響，對(duì)橋面下車站主體圍護(hù)地連墻槽壁進(jìn)行高壓旋噴加固。

（1）進(jìn)行交通疏解，遷改管線，施工圍擋，破除路面；（2）施工四根托換樁，且托換樁對(duì)稱施工；（3）放坡開挖至托換基坑底標(biāo)高，施工砼墊層，澆筑新建承臺(tái)；（4）待高樁承臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，橋面下地連墻槽壁加固，施工車站主體圍護(hù)，開挖橋面下基坑。隨著豎向開挖至橫系梁底標(biāo)高，依次施工墊層及橫系梁；（5）待橫系梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)開挖車站主體基坑至基坑底標(biāo)高，施工車站砼墊層及保護(hù)層，施工車站底板及隔墻；（6）隨著施工車站主體結(jié)構(gòu)，依次向上回填隔墻內(nèi)填土至承臺(tái)底。回填車站頂板覆土，恢復(fù)管線，恢復(fù)交通。

3.2位移監(jiān)控

①被托換橋墩21號(hào)，22號(hào)及其相鄰橋墩豎向位移采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。②項(xiàng)升千斤頂在頂升和卸載過(guò)程中的同步性差異以及托換大梁的撓度變形，均可能使托換橋墩產(chǎn)生傾斜，為此在被托換的橋墩頂安裝縱橫向傾角儀，對(duì)托換橋墩的縱橫向傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)。③在新樁樁頂與托換大梁之間安裝電子位移計(jì)測(cè)量具相對(duì)位移，結(jié)合橋墩的豎向位移值可以計(jì)算出新樁樁頂?shù)膶?shí)際沉降值。④在托換大梁的截面處貼應(yīng)變片，對(duì)托換過(guò)程中的大梁內(nèi)力變化進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)張拉過(guò)程中的托換大梁頂面以及頂升過(guò)程中的托換大梁底面，要求在這兩個(gè)階段中不得產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力。⑤在托換新樁灌注之前，在樁身5m。10m。15m，20m處及樁底預(yù)埋鋼筋計(jì)，監(jiān)測(cè)在托換頂升過(guò)程中托換新樁的實(shí)際受力隋況，分析判斷托換新樁的沉降量。

結(jié)束語(yǔ)

樁基托換過(guò)程中涉及的工程處理措施面域較廣，針對(duì)不同的技術(shù)難題采取應(yīng)對(duì)措施合理，工程實(shí)施帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。