李會強
(北京昊海建設(shè)有限公司,北京 100142)
在地面交通壓力與日俱增的情況下,地鐵交通逐漸成為人們?nèi)粘3鲂械男逻x擇,地鐵工程項目也越來越多。其中,盾構(gòu)施工是目前地鐵隧道開挖施工的主要技術(shù)方法,在穿越橋梁樁基的情況下,施工風險較大。采用橋梁樁基托換技術(shù),并采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施,可以為施工過程的安全性及工程質(zhì)量提供保障。
由于地鐵施工是在城市主要城區(qū)地下進行,難免會出現(xiàn)盾構(gòu)穿越橋梁或建筑物基礎(chǔ)的情況,此時已有基礎(chǔ)構(gòu)件相當于地鐵盾構(gòu)施工的障礙物,對其進行處理時需要充分考慮結(jié)構(gòu)安全問題。比如某市地鐵2#線工程需要穿過一條市政橋梁,橋梁全長29.3m,下部結(jié)構(gòu)的橋臺為樁基實配橋臺,采用樁柱式墩結(jié)構(gòu),樁基礎(chǔ)為φ1.2m的鉆孔灌注樁。橋孔按照(6+16+6)m布置,6m跨的通道設(shè)計情況為兩端設(shè)置上下行1:4梯道。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要為6m跨的現(xiàn)澆實心板梁和16m跨的預(yù)應(yīng)力空心板梁。該工程中的兩個地鐵站盾構(gòu)區(qū)間在市政橋梁下穿過,橋梁既有樁基處于盾構(gòu)區(qū)間隧道范圍內(nèi),成為盾構(gòu)施工的障礙物,需要對其進行合理處理,保證施工的安全、順利進行。其中,需要處理的橋梁既有樁基主要包括上行線的7#、12#、23#和28#樁,以及下行線的3#、4#、5#、14#、15#、20#、21#、30#和31#樁,共計13根既有樁基。根據(jù)收集到的橋梁工程資料,既有樁基為φ1200鉆孔灌注樁,樁身長度為30m,樁底標高為-26.23m。對地鐵盾構(gòu)施工造成障礙的13根鉆孔灌注樁均需要拆除[2]。
在上述地鐵工程的盾構(gòu)施工中,對于需要拆除的既有橋梁樁基,擬采用半幅拆除、半幅通行的施工方案。為降低實際施工對交通的影響,僅對半幅橋梁進行封堵,同時利用西側(cè)臨時便橋作為疏解道路,將既有管線臨時改移到便橋上??傮w分為兩期施工,盡可能縮短對路面交通的影響。經(jīng)過實際考察決定,對于既有橋梁的障礙樁基,按照鉆孔灌注樁、主梁和次梁的組合形式進行托換施工。需要在盾構(gòu)隧道施工范圍外,選擇安全區(qū)域新建托換樁基,在樁基頂部采用千斤頂設(shè)備頂托承臺。為避免在托換樁基施工后出現(xiàn)嚴重的沉降問題,需要在完成托換施工后,對樁土界面進行后壓降處理。在此基礎(chǔ)上進行承臺主次梁施工,對既有橋梁障礙樁基標高的1.0m~3.5m范圍進行鑿毛植筋,完成承臺主次梁澆筑施工,利用植筋使障礙樁、承臺主次梁形成一個整體。在本次施工過程中需要拆除的既有橋梁樁基為13根,需要新建的托換樁基為24根,采取4×6排的布置方式,并完成6條主梁和3條次梁的澆筑施工任務(wù)[2]。
在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁基礎(chǔ)的施工中,對既有障礙樁的處理是施工重點部分。樁基托換技術(shù)實際上是利用新建構(gòu)件結(jié)合原有基礎(chǔ)體系,改變既有基礎(chǔ)體系的傳力形式,或?qū)扔谢A(chǔ)體系起到加固改造的作用,提升其整體承載力?;A(chǔ)托換施工技術(shù)具體可分為主動托換、被動托換兩種,本次施工采用的是主動托換技術(shù),具有對既有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更好的變形控制能力。具體根據(jù)《建構(gòu)筑物托換技術(shù)規(guī)程》(CECS 295-2011)和工程設(shè)計文件,確定結(jié)構(gòu)變形及受理要求,制定既有橋梁樁基結(jié)構(gòu)位移的控制標準。其中,橋臺頂豎向沉降累計值要求控制在±5mm以內(nèi),且變化速率不能超過±1mm/d。橋臺頂水平位移累計值應(yīng)控制在±5mm以內(nèi),變化速率不能超過±1mm/d。向量豎向沉降和水平位移的控制標準與橋臺頂相同,擋墻豎向沉降應(yīng)控制在±25mm范圍內(nèi),變化速率不能超過±2mm,水平位移應(yīng)控制在±3mm以內(nèi),變化速率不能超過±1mm[3]。
在上述地鐵盾構(gòu)施工過程中,為滿足穿越橋梁樁基的障礙樁基處理需求,主要設(shè)計以下的施工技術(shù)流程。首先進行基坑圍護施工,對基坑進行加固,并完成清淤等工作。其次進行新樁基施工,完成主次梁施工后,對坑底進行加固。再次進行托換施工,施加頂升荷載預(yù)壓力,進行托換連接。然后進行挖孔截樁,完成基坑回填后,還要拆除臨時排水設(shè)施、圍堰,設(shè)備退場后,需要進行河流疏通等工作。在具體的施工過程中,需要對每個施工環(huán)節(jié)進行嚴格控制,合理選擇施工技術(shù)方案,確保工程施工質(zhì)量及安全性[4]。
在該工程中,共有13根抱柱梁,其中3根的結(jié)構(gòu)尺寸為2.8×2.8×1.2m3,另外10根的結(jié)構(gòu)尺寸為3×3×1.2m3。抱柱梁的頂面標高為+3.6m,底面與承臺主次梁的距離為0.6m。在施工過程中,需要在承臺的主次梁搭建鋼管支架,并利用方木和竹膠板鋪設(shè)形成底模。主次梁鋼筋半成品在鋼筋加工棚中完成制作,利用運輸設(shè)備將鋼筋半成品運送到指定地點,完成現(xiàn)場綁扎[5]。根據(jù)設(shè)計要求,需要將φ45的金屬波紋管固定在鋼筋籠上,然后安裝錨墊板,穿入精軋螺紋鋼。施工模板為組合鋼模板形式,加固體系主要包括鋼管和方木支撐。在抱柱梁的混凝土施工過程中,主要采用泵送工藝,利用溜槽溜放施工,確保一次成型。施工前需要對施工位置樁基進行鑿毛處理,要求鑿出35mm×35mm的齒鍵。此外在施工前還需要對既有樁基進行檢測,確保其強度能夠達到C25以上,同時檢查鑿毛施工質(zhì)量,滿足條件后才能進行施工。抱柱梁位于承臺主次梁上方,在施工時需要設(shè)置好臨邊防護設(shè)施,為施工安全性提供保證。施工完成后,等到混凝土強度達到90%以后,可進行抱柱梁張拉施工,采用兩端張拉方式,并對應(yīng)力和伸長量進行控制,嚴禁張拉伸長量超過計算值的±6%。
托換頂升施工時整個盾構(gòu)穿越橋梁部分的重點工序,直接關(guān)系到托換體系的形成效果。托換頂升施工要在托換梁的混凝土強度達到100%后進行。首先在預(yù)頂空間內(nèi)將砂子掏出,然后在承臺上按三角形放置鋼墊塊,將鋼楔打緊,并在預(yù)埋鋼板上設(shè)置千斤頂。在上述工程中采用的是帶有自鎖裝置的千斤頂設(shè)備,要求千斤頂?shù)慕M合形心與樁型心重合。在托換預(yù)訂加載過程中,采取分級加載原則,分十級進行加載,每級增量為千斤頂?shù)募虞d上限10%,且在每級加載過程中,要保持10min左右的持續(xù)時間,等到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再繼續(xù)加載下一級荷載,嚴禁一次加載至最大值。在施工過程中,使用四個千斤頂共同加載荷載,加載過程中需要控制托換樁上抬量不能超過1mm,否則應(yīng)立即停止加載。同時應(yīng)對加載過程中的托換梁裂縫現(xiàn)象進行嚴格監(jiān)控,如果裂縫寬度達到0.15mm,也要立即停止加載。此外,在頂升加載過程中,還要對控制承臺、托換梁連段位移進行控制,其中,承臺的下沉量要控制在2mm以內(nèi),托換梁連段的上抬量要控制在3mm以內(nèi)。
該工程的人工挖孔樁標高設(shè)計為+2.5m~-9.3m,地層主要為淤泥層、中砂層和淤泥加砂層,中砂層厚度為7.3m,具有較好的透水性,要進行承壓井施工,并在井口周邊設(shè)計踢板,對開挖高度進行嚴格控制。在達到一定深度后,應(yīng)采用鋼護筒護壁形式,并將井內(nèi)的渣土利用提升設(shè)備清除。如果在施工過程中遇到孤石或硬巖層,需要利用風鎬破除,在整個施工個過程中應(yīng)保證承壓井處于無水工況,避免出現(xiàn)突涌現(xiàn)象,引發(fā)塌方問題[6]。在人工開挖施工中,可以使用機械提升裝置提出井內(nèi)渣土,如果發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)滲水問題,也可以采用抽水機進行排水。如果需要采用淺眼爆破法對孔內(nèi)巖石進行爆破施工,需要做好孔底處理工作,確保孔底平整、無松渣和淤泥等軟弱土層。在障礙樁拆除過程中,應(yīng)采用人工風鎬施工方式,按照一定順序進行鑿除,可自上而下、從內(nèi)到外進行施工,遇到無法鑿除的情況,可采用小型爆破施工技術(shù)。拆除到設(shè)計標高后,拆除鋼護筒,可分三節(jié)吊出挖孔樁。在整個施工過程中,要對施工技術(shù)進行嚴格監(jiān)控,避免出現(xiàn)安全問題。
在管井降水施工之前,應(yīng)根據(jù)設(shè)計參數(shù)的要求,開展管井試驗施工,對滲水量等進行驗證,然后調(diào)整管井布置情況,詳細改進施工參數(shù)。在管井使用過程中,需要在基坑兩側(cè)同時抽水,嚴格控制水位差在要求限度以內(nèi),安排專人值守,記錄抽水情況。同時應(yīng)采取分級降水方法,每次降低的水位應(yīng)在5m以內(nèi),穩(wěn)定一段時間后再繼續(xù)降水,直到設(shè)計水位要求。采用管井降水要對水位進行觀測,如果超出警戒線,應(yīng)立即減少抽水,或采取回灌等補救措施。一般管井降水作業(yè)要求在開挖前20天進行,并將水位降到開挖面1m以下,從而為基坑開挖施工提供方便。在開挖施工過程中,應(yīng)采取降水管井保護措施,避免施工導致管井堵塞,對降水效果造成影響。此外,井點供電系統(tǒng)應(yīng)采用雙線電路,避免發(fā)生突然停電的情況。在潛水泵運行中,應(yīng)對水位變化進行觀測,檢查電纜線與井壁相碰等情況,避免電纜線磨損后,水沿電纜芯進入電機,最大化保證施工安全性[7]。
在地鐵盾構(gòu)穿越橋梁基礎(chǔ)的托換施工過程中,需要對施工技術(shù)進行嚴格控制,主要利用信息化檢測手段,掌握施工動態(tài),及時采取有效的技術(shù)調(diào)整措施。在托換施工過程中,應(yīng)注意對既有橋梁結(jié)構(gòu)受力及變形情況的觀測,同時應(yīng)對新建托換樁基、周邊環(huán)境變形情況等進行監(jiān)測,在施工現(xiàn)場全面布置施工技術(shù)監(jiān)測方案,及時發(fā)現(xiàn)因施工因素引發(fā)的結(jié)構(gòu)安全問題。一般在地鐵盾構(gòu)托換施工過程中,由于施工作業(yè)面的空間限制較大,新建樁基與盾構(gòu)機的距離較近,在盾構(gòu)施工過程中,周圍土體會受到較大的水平作用力影響。因此,在盾構(gòu)穿越既有橋梁基礎(chǔ)施工過程中,需要對鄰近樁基及土體變形情況進行及時掌握,分析其受力特性,通過對施工技術(shù)方案進行合理調(diào)整,降低盾構(gòu)施工過程中的擾動影響。
在地鐵盾構(gòu)托換施工中,需要加強對重要節(jié)點的施工控制。應(yīng)當消除樁基的前期沉降,讓前期沉降量穩(wěn)定下來,確保荷載順利轉(zhuǎn)換到托換樁。具體地,應(yīng)當采取堆載預(yù)壓和預(yù)頂升方法,在堆載1~2d之后,進行預(yù)頂升施工,逐級加大壓力,預(yù)壓至設(shè)計值,將千斤頂螺旋自鎖裝置鎖死,然后再保持2~3d,確保托換樁沉降量能夠趨于穩(wěn)定。在采用主動托換技術(shù)的施工方式下,需要對每級加壓值進行嚴格控制,并對頂升位移值進行檢測,不能超過1mm,確保托換樁順利替換既有樁基。在既有橋梁樁基截斷施工之前,應(yīng)先鎖死千斤頂油壓和螺旋自鎖裝置,并采用油壓傳感器對壓力進行監(jiān)測,同時掌握樁基應(yīng)力和應(yīng)變情況。在對千斤頂油壓進行調(diào)整前,應(yīng)先確定荷載已經(jīng)完全轉(zhuǎn)移到托換樁,并完成輔助支撐固定。滿足條件后才能進行既有樁基截斷施工,切割過程中應(yīng)墊入鋼板,防止千斤頂失效引發(fā)安全事故。
在地鐵盾構(gòu)穿越既有橋梁樁基施工過程中,即使采用托換施工技術(shù),仍有較大的施工危險性,需要提前制定事故應(yīng)急處理方案。應(yīng)有項目經(jīng)理直接組建應(yīng)急小組,并作為應(yīng)急小組組長,在項目經(jīng)理的協(xié)調(diào)下,由各分管經(jīng)理組成應(yīng)急小組領(lǐng)導班子,調(diào)動多方力量及時開展應(yīng)急處理工作。施工前應(yīng)對施工技術(shù)方案進行仔細審核,并預(yù)測可能發(fā)生的緊急事故,在現(xiàn)場準備好應(yīng)急處理物資。應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)與工程信息化管理系統(tǒng)全方位銜接,在平時通過獲取、分析施工監(jiān)測信息,判斷施工安全等級,如果超出預(yù)警值,應(yīng)立即暫停施工,排除風險后再繼續(xù)進行施工。一旦發(fā)生緊急事故,應(yīng)立即啟動應(yīng)急處理方案,聯(lián)系有關(guān)部門參與應(yīng)急救援,將事故損失降至最低??傮w而言,在地鐵盾構(gòu)穿越既有橋梁基礎(chǔ)的施工過程中,需要同時對施工質(zhì)量和施工安全作出有效控制。
綜上所述,橋梁樁基托換技術(shù)是處理地鐵盾構(gòu)施工需要穿越既有橋梁基礎(chǔ)的有效方法,可以為既有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及施工過程的安全性提供保障。通過結(jié)合工程實際情況,合理設(shè)計施工流程,采取相應(yīng)的施工技術(shù)質(zhì)量控制措施,能夠最大化發(fā)揮橋梁樁基托換技術(shù)的優(yōu)勢,提高地鐵盾構(gòu)施工質(zhì)量水平。