地鐵盾構(gòu)區(qū)間下穿橋梁樁基托換施工技術(shù)

劉 敏

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300459)

1 工程概況

1.1 工程概況

沈陽地鐵10號線中～松區(qū)間左、右線在里程K10+890～K10+970段下穿北塔橋(見圖1)，區(qū)間與南側(cè)舊橋順行，區(qū)間左線隧道頂與南側(cè)舊橋樁基豎向凈距約0.915 m(見圖2)。

北塔橋位于崇山東路與新開河交匯處，舊橋1984年建成，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁長15 m、樁徑0.8m，鉆孔灌注樁；北塔橋新橋2012年建成，樁長17.76 m，樁徑1.2 m，鉆孔灌注樁。簡支梁板結(jié)構(gòu)共5跨，跨徑最大為8.7 m，其機動車道寬43.5 m，在河的邊側(cè)設(shè)置橋臺及護坡。北塔橋與新開河斜交42°，橋梁底至河底凈空2.85 m(見圖2)。

圖1 沈陽地鐵10號線盾構(gòu)區(qū)間下穿北塔橋平面圖

圖2 中～松區(qū)間隧道與北塔橋垂直關(guān)系示意圖(單位：mm)

為保證北塔橋在盾構(gòu)下穿施工過程中正常使用，對該橋部分樁基采取樁基托換措施。北塔橋樁基托換板為平行四邊形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，東西邊長30.029 m、南北邊長16.5 m，厚1.5 m。

1.2 地質(zhì)情況

中～松區(qū)間隧道主要在①-0-0雜填土、③-1-0粉質(zhì)粘土、③-3-0中粗砂、③-4-0礫砂、③-5-0圓礫、④-1-0粉質(zhì)粘土、④-3-0中粗砂、④-4-0礫砂、④-5-0圓礫、⑤-3-0中粗砂、⑤-4-0礫砂、⑤-4-1粉質(zhì)粘土、⑤-4-3中粗砂、⑦-0-0泥礫中通過；北塔橋段地層主要為①-0-0雜填土、③-3-0中粗砂層、③-4-0礫砂層。地下水埋深為8.5～9.6 m，標(biāo)高36.47～37.27 m，含水層厚度約21 m。

1.3 水文地質(zhì)

新開河位于沈陽城北部主城區(qū)，是全長約27 km、平均寬度28 m、最大流量48 m3/s的人工河。新開河北塔橋托換板的施工時間挑選在冬季枯水期。施工前對新開河上下游進行水位、水源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)冬季河道上游閘壩關(guān)閉，無河水流入；但托換板施工上游1.5 km處有市政管線排水接入，注水量為80 m3/d；托換板施工上游20 m處有地鐵施工降水排入，注水量為240 m3/d。

2 樁基托換方案

樁基托換施工總體分為圍堰、導(dǎo)流管施工、托板結(jié)構(gòu)施工、河道恢復(fù)施工等部分，具體方案如下[1]：

(1)現(xiàn)場采用3道圍堰(見圖3)對河道進行截流，在圍堰1和圍堰2施工合攏后，安裝導(dǎo)流管對上游河水進行疏導(dǎo)；導(dǎo)水管安裝完成開始河水疏導(dǎo)后，進行圍堰3施工，并采用大功率混合泵配合高壓水槍將托換板施工范圍內(nèi)的河道淤泥清理干凈。

圖3 圍堰設(shè)計平面示意圖

(2)基槽采用挖掘機進行開挖，人工清底、修坡；邊坡打入6 m長、?20 mm的錨桿，梅花型布置，水平及豎向間距1.2 m，同水平線夾角為15°；坡面掛?8 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)與土釘連接牢固，噴射100 mm厚的C20混凝土噴層，基槽底板澆筑20 mm厚C20P10混凝土墊層。基槽施工完成后進行被加固樁間鑿毛及企口鑿除施工，同步完成新舊混凝土交接面清洗和界面劑涂刷；隨后進行植筋及鋼筋綁扎、模板及混凝土澆筑施工。

(3)混凝土養(yǎng)護完成進行河道、邊坡恢復(fù)施工，隨后進行導(dǎo)水管拆除及圍堰拆除，恢復(fù)河道通流。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

施工前對北塔橋及新開河河堤進行拍照、記錄，便于后期原貌恢復(fù)；在橋樁及橋面上布設(shè)監(jiān)測點，進行初始數(shù)據(jù)采集，用圖表、照片詳細(xì)記錄。

3.1 圍堰施工

圍堰1截面呈梯形，高出水面1.5 m、底寬7.5 m、頂寬3.5 m；圍堰2和圍堰3截面呈梯形，高出水面0.5 m、底寬1.5 m、頂寬0.5 m。北塔橋南北兩側(cè)的圍堰盡量靠近北塔橋設(shè)置，南側(cè)圍堰1同時滿足小型機械從圍堰進入橋下。

3.2 導(dǎo)水管施工

3.2.1 導(dǎo)水管選擇原則

通過調(diào)查上游來水總量為320 m3/d，經(jīng)過理論計算?800 mm的管即可滿足導(dǎo)水需求。為驗證理論計算可否滿足實際施工需求，首先在第1道圍堰上安裝一根?800 mm的鋼管進行導(dǎo)水試驗；并在圍堰上游設(shè)置一水位監(jiān)測站點，安排專人每間隔2 h對水位進行一次觀測。通過5 d 60次的觀測數(shù)據(jù)分析，未發(fā)現(xiàn)水位出現(xiàn)明顯上升趨勢；但是導(dǎo)水管過水量已飽和，一旦上游來水量增大，?800 mm的導(dǎo)水管將無法滿足排水需求。通過現(xiàn)場實際測量觀察，綜合考慮冬季鋼管焊接困難、上游來水量可能增大等因素，為降低導(dǎo)水管的安裝難度系數(shù)，增加導(dǎo)水管的過水量，決定放棄使用?800 mm的鋼質(zhì)導(dǎo)水管，改用?1 200 mm的玻璃鋼夾砂承插管。

3.2.2 導(dǎo)管安裝

疏水導(dǎo)管采用長6 m、?1 200 mm的玻璃鋼夾砂承插管。為保證導(dǎo)水管安裝順利，減少河水及淤泥對導(dǎo)水管安裝施工的影響：首先將圍堰1和圍堰2封閉、合攏，采用6臺大功率水泵將圍堰1上游的水疏導(dǎo)至圍堰2下游，并采用2臺大功率水泵將圍堰1與圍堰2內(nèi)的殘水排干。其次在北塔橋中間一跨采用鋼管、方木及模板搭設(shè)導(dǎo)水管安裝臨時平臺(見圖4)。臨時平臺采用?32 mm、長1.5 m的鋼管設(shè)置2排立樁，其間距為1.5 m；立樁縱向間距不大于0.5 m；采用?32 mm的鋼管及扣件將2排立樁縱向連接，同時每間隔1.5 m設(shè)一道橫向連桿，使其形成整體平臺框架?？蚣苌戏矫扛?.3 m鋪設(shè)一根截面10 mm×10 mm的方木，在方木上鋪設(shè)1.5 cm厚的竹膠板。臨時安裝平臺施工時按100∶1的比例向下游順坡，保證導(dǎo)水管水流暢通。

導(dǎo)水管在臨時安裝平臺上連接完成后，隨即開始固定施工。其固定的方式為橋樁固定牛腿+工字鋼鋼梁+鋼絲繩懸吊(見圖5)。具體步驟如下：

圖4 導(dǎo)水管安裝平臺 圖5 導(dǎo)水管固定

(1)牛腿安裝。在導(dǎo)水管臨近兩側(cè)橋樁上安裝牛腿，牛腿采用∟80角鋼制作，并用?25 mm膨脹螺栓與橋樁固定[2]。

(2)鋼梁固定。鋼梁采用I25工字鋼施作，工字鋼安放于牛腿上方，采用焊接方式進行固定，并在鋼梁三分之一處焊設(shè)∟80角鋼斜撐[3]。

(3)導(dǎo)水管懸吊。導(dǎo)水管采用鋼絲繩懸吊固定，每節(jié)導(dǎo)水管吊點不少于2個；為防止鋼絲繩直接和玻璃鋼夾砂管接觸使應(yīng)力集中導(dǎo)致管體損壞，特在鋼絲繩與導(dǎo)水管接觸位置加裝長1 m、厚50 mm的木板進行應(yīng)力分散。為防止導(dǎo)水管受外力影響晃動，用鋼絲繩將導(dǎo)水管同兩側(cè)相鄰的橋樁進行連接固定[4]。

導(dǎo)水管固定完成后，將上下游的閘口打開進行河水試疏導(dǎo)。導(dǎo)水管連續(xù)試用3 d，通過監(jiān)測、觀察未發(fā)現(xiàn)水位上漲、管體變形、管體漏水等情況，方可拆除導(dǎo)水管安裝平臺，進行下一步施工。

3.3 基槽施工

3.3.1 淤泥清理

河水疏導(dǎo)成功后當(dāng)即進行圍堰3施工，減少河道清淤施工量。圍堰3施工完成后使用大功率混合泵配合高壓水槍，將圍堰1至圍堰3范圍內(nèi)的淤泥抽排到圍堰2下游。

3.3.2 基槽開挖

托換板基槽深度2 m左右，基槽3∶1放坡,并采用土釘、網(wǎng)片噴射混凝土進行圍護?；鄄捎脵C械開挖、人工修邊、清底，因北塔橋橋底距基槽底僅有4.5 m，排水管底(河道底)距基槽底僅有2.2 m(見圖6)?，F(xiàn)場選用“50”型挖掘機一臺、“85”型挖掘機一臺、“135”型挖掘機一臺，根據(jù)現(xiàn)場凈空高度、實際情況相互配合完成基槽土方開挖及倒運。

圖6 托換板與北塔橋垂直位置關(guān)系圖(單位：mm)

托換板基槽開挖完成后，當(dāng)即核對、檢查平面位置、幾何尺寸和標(biāo)高，核查無誤后進行下一步施工。

3.4 托換板施工

北塔橋需加固基礎(chǔ)樁12根(見圖1)，擴大基礎(chǔ)與被加固樁間連接采用錨筋加企口型式(見圖7)。

圖7 被加固樁錨筋與企口型式示意圖(單位：mm)

3.4.1 混凝土接觸面處理

為保證托換板和既有樁可靠連接，新舊混凝土接觸面應(yīng)進行鑿毛、清洗、涂抹界面劑等工序，同時施作寬度為120 mm的環(huán)行企口[4](見圖7)。

3.4.2 鋼筋錨固措施

被加固樁直徑800 mm，托換板高度為1.5 m；錨筋直徑為32 mm，錨入既有橋樁結(jié)構(gòu)內(nèi)長度不小于200 mm，每根被加固樁錨筋設(shè)有8排、每排有18根，共有144根。通過計算植筋水平間距小于140 mm，豎向排距小于130 mm；被加固橋樁中鋼筋間距不足120 mm，植筋鉆孔時需對橋樁內(nèi)鋼筋進行避讓。在植筋鉆孔施工過程中如操作稍有不當(dāng)，將造成穿孔、廢孔等問題，對被加固橋樁產(chǎn)生不可逆的損壞。為避免損壞風(fēng)險、植筋施工采用跳作施工，先進行單排的單號和雙排的雙號的鋼筋植錨施工，達到設(shè)計強度后，再進行單排的雙號和雙排的單號的鋼筋植錨施工，從而避免植筋鉆孔過程中出現(xiàn)穿孔、廢孔等問題，有效降低被加固橋樁的破壞風(fēng)險[5]。

3.4.3 鋼筋綁扎施工

為便于鋼筋錨固、綁扎施工、避免施工時對北塔橋產(chǎn)生過大影響，特將樁基加固托換板結(jié)構(gòu)的鋼筋施工分段進行，具體施工順序為：梁①→梁②→梁③→梁④→梁⑤(見圖1)。

3.4.4 模板、混凝土施工

托換板結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，采用1.5 cm厚竹膠板立模，在托換板結(jié)構(gòu)外側(cè)鋼筋上綁扎墊塊以確保保護層的厚度及模板的位置正確?；炷练謱臃侄螡仓?，振搗充分，及時壓實、收漿、抹面[6]。

3.5 河道恢復(fù)

托換板混凝土澆筑施工完成后，根據(jù)預(yù)先測量的數(shù)據(jù)、拍攝照片進行河道、護坡原貌恢復(fù)。托換板及河道恢復(fù)施工完成后，將?1 200 mm導(dǎo)水管在上游進行封堵，將圍堰內(nèi)導(dǎo)水管拆除，圍堰1下的導(dǎo)水管與圍堰1同步拆除[7]。

圍堰采用挖掘機進行拆除施工，首先將圍堰3進行拆除，其次將下游的圍堰2拆除，最后進行圍堰1拆除，使新開河河水恢復(fù)通流。

4 結(jié)束語

新開河北塔橋樁基托換工序復(fù)雜、場地狹窄、技術(shù)要求高、工序轉(zhuǎn)換頻繁、施工困難多，但通過圍堰施工、導(dǎo)水管安裝、基坑開挖、托換板施工、河道恢復(fù)等各項施工環(huán)節(jié)，成功的完成了施工任務(wù)，經(jīng)濟與社會效益良好，極大的降低了盾構(gòu)機在下穿新開河北塔橋施工過程中的風(fēng)險。