地鐵隧道下穿既有高架橋樁基托換施工技術(shù)研究

李健華

（三維工程建設(shè)咨詢有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 工程概況

花果園西站、花果園東站區(qū)間出花果園西站后穿越獅子巖山體，隨后下穿學(xué)校、貴黃路邊擋墻、貴黃路高架橋、貴黃路排水大溝、川黔鐵路路基，側(cè)穿貴廣高鐵橋樁后下穿遵義中路樁板墻抗滑樁及音樂廳，最后到達(dá)花果園東站。區(qū)間穿越地下障礙物較多，尤其是在YDK29+250—YDK29+305 段開挖斷面范圍內(nèi)與貴黃路高架橋樁基沖突。綜合考慮交通、造價(jià)、安全以及工期的影響，經(jīng)多方案比選，對(duì)貴黃路高架橋15#和16#橋墩樁基采用被動(dòng)托換。被托換的樁基6 根，分別為15#橋墩下的15-5#、15-6# 樁基及16# 橋墩下的16-1#、16-2#、16-4#及16-5#樁基，均為φ1.8m 鉆孔。新建托換樁16 根，均為φ1.5m 人工挖孔樁，新建托換承臺(tái)4個(gè)，新建承臺(tái)及樁基均采用C35 現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

2 工程及水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

＜1-2＞雜填土（Q4ml）填土分布于地表淺部，主要為建筑垃圾及人工回填碎塊石等組成，碎塊石主要為白云巖，其空隙由粘土填充，結(jié)構(gòu)松散至稍密，均勻性差。

＜4-1-3＞可塑狀紅黏土（Q4el+dl）褐黃色、褐紅色等，可塑狀，局部夾硬塑狀透鏡層，局部與下伏基巖接觸帶附近多呈軟塑狀。局部分布，具有高孔隙比、高液限、高含水量、高飽和性，遇水軟化、失水強(qiáng)烈收縮、裂隙發(fā)育、易剝落的工程性質(zhì)，局部具弱膨脹性。

＜20-2-2＞強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r（P1m）青灰色，灰褐色，中厚層狀，隱晶結(jié)構(gòu)，溶蝕裂隙及風(fēng)化裂隙很發(fā)育，完整性差，鉆孔巖芯多呈碎塊狀，巖芯采取率低。

＜20-2-3＞灰?guī)r（P1m）青灰色，灰黑色，中層狀構(gòu)造，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較完整，巖芯呈柱狀、短柱狀，少許餅狀，節(jié)長5～35cm，局部溶蝕嚴(yán)重區(qū)域，巖石多呈碎塊狀。礦物成分主要由方解石、生物碎屑等組成，完整性指數(shù)一般為0.51～0.54。巖體較破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。巖芯采取率約80%，RQD值約38%。本次實(shí)施的19 個(gè)補(bǔ)勘鉆孔中均有揭露。

2.2 水文地質(zhì)條件

地表水?dāng)M建隧道區(qū)間距離花果園濕地公園和小車河水域大于1000m，區(qū)間范圍內(nèi)沒有穿越較大河流，地下水類型有上層滯水、潛水和承壓水。沿線山嶺上的基巖裂隙水，水量不大，且隨季節(jié)性變化很大。根據(jù)地勘資料顯示，沿線地下水對(duì)Ⅰ、Ⅱ類環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)物有硫酸鹽、鎂離子和總礦化度等微腐蝕性；對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋有氯鹽微腐蝕性。區(qū)段地下水位較高，雨季地下水位會(huì)向上延伸至地表，故土的腐蝕性按地下水腐蝕性考慮。

3 樁基托換施工方案

樁基托換施工方案共分為5 個(gè)施工階段。

3.1 施工準(zhǔn)備階段

（1）交通導(dǎo)改，圍蔽施工現(xiàn)場。

（2）施工過程中的人工挖孔樁、圍護(hù)、冠梁。

（3）施工托換樁。

3.2 舊承臺(tái)開挖階段

（1）在進(jìn)行舊承臺(tái)開挖的過程中，基坑開挖的時(shí)候可以挖至基底位置，與此同時(shí)，應(yīng)為托換樁頂鋼筋進(jìn)行預(yù)留處理，可以在施工的過程中作為基坑底部的混凝土的墊層。

（2）將被托換樁及承臺(tái)的接觸面鑿毛，在被托換樁及承臺(tái)上植筋，或鑿鋼筋承臺(tái)既有豎向鋼筋，連接鋼筋采取采取焊接方式連接[1]。

3.3 澆筑新承臺(tái)

（1）為了確保托換承臺(tái)鋼筋和被托換承臺(tái)以及被托換樁、新建托換樁之間鏈接的牢固性，可以運(yùn)用綁扎的方式來綁扎托換承臺(tái)鋼筋。

（2）應(yīng)架設(shè)一個(gè)托換承臺(tái)的模板，在進(jìn)行澆筑托換承臺(tái)的混凝土。

（3）時(shí)刻觀察托換承臺(tái)的變化，當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度后就可以進(jìn)行拆模。采取繩鋸切割方式切除沖突既有橋樁，完成受力體系轉(zhuǎn)換。澆筑新承臺(tái)如圖1 所示

圖1 澆筑新承臺(tái)

3.4 基坑回填

在以上程序安全完成后，可以將基坑進(jìn)行回填，高度限制在于原地面的標(biāo)高一樣，以此來回復(fù)原來的路面[2]。基坑回填如圖2 所示。

圖2 基坑回填

3.5 鑿除舊樁

施工暗挖隧道，在遇到被托換樁基時(shí)破除。鑿除舊樁如圖3 所示。

圖3 鑿除舊樁

從施工角度而言，樁基托換項(xiàng)目設(shè)計(jì)總體上是可行的，施工順序較為合理。

4 計(jì)算成果

在樁基托換方案中，由于上部分的橋梁結(jié)構(gòu)是在正常的運(yùn)行的，所以只需要對(duì)下部分的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的內(nèi)容主要是對(duì)關(guān)鍵施工位置的工況受力情況，分析完后進(jìn)行專業(yè)的安全性的評(píng)估檢查。由此可見，計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前在施工工況需要評(píng)估的內(nèi)容有一下3 種；①對(duì)舊承臺(tái)開挖階段的評(píng)估；②新承臺(tái)正常使用階段的評(píng)估；③新舊承臺(tái)交界面的受力狀況及相應(yīng)的植筋方案，或者是焊接的評(píng)估。

C3D8R 單元是三維八節(jié)點(diǎn)縮減積分單元，它能夠反應(yīng)三維實(shí)體的各項(xiàng)力學(xué)和變形行為，多用于土，混凝土，金屬等實(shí)體的有限元線性和非線性計(jì)算。在本項(xiàng)目中，使用C3D8R 單元來對(duì)墩柱、承臺(tái)、樁基進(jìn)行實(shí)體模擬。計(jì)算結(jié)果顯示，1#～4#承臺(tái)在整個(gè)施工過程中的整體應(yīng)力水平較小，基本都在1.8MPa 以下。有些區(qū)域存在著局部應(yīng)力，對(duì)最大組合主拉應(yīng)力超過1.8MPa 的局部區(qū)域分別提取x 和y 方向的拉應(yīng)力，兩個(gè)方向的拉應(yīng)力均較?。ň?.8MPa）。另外新舊承臺(tái)交界面處的應(yīng)力水平較?。ň?.5MPa），且無應(yīng)力集中現(xiàn)象[3]。

5 工程難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

為了讓區(qū)間盾構(gòu)的設(shè)備更好的通過規(guī)定的范圍，使用樁梁主動(dòng)托換的方案來減小隧道施工對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。將千斤頂放置在托換梁和新樁之間，在進(jìn)行托換之前可先加載千斤頂，以此來消除因?yàn)橥袚Q體系長期變形產(chǎn)生的時(shí)間效應(yīng)。與此同時(shí)，當(dāng)上部分結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程中，通過主動(dòng)加載的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)新舊受力的替換過程，可使用頂升動(dòng)態(tài)調(diào)控托換結(jié)構(gòu)和上部分結(jié)構(gòu)的變形，有效的抵消新樁部分的沉降量，從而實(shí)現(xiàn)新舊力替換。在進(jìn)行托換和托換樁基替換的過程中，將每一根原樁的基礎(chǔ)上使用兩根新樁和托換梁進(jìn)行托換工作，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置相應(yīng)的樁帽。在樁頂?shù)奈恢眠\(yùn)用插筋的方式來連接承臺(tái)和托換裝。在進(jìn)行換樁的過程中，應(yīng)加強(qiáng)在施工的監(jiān)管力度，若放松監(jiān)管就會(huì)出現(xiàn)樁位偏差、縮徑、斜孔等問題，因此，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格質(zhì)量驗(yàn)收，確保各項(xiàng)指標(biāo)都符合驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。在灌樁作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格檢查商品質(zhì)量，在進(jìn)行灌注工作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，避免出現(xiàn)堵管等事故現(xiàn)象的發(fā)生。采用自動(dòng)化檢測來防止變形的情況發(fā)生，對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和整理。

6 監(jiān)測情況分析

6.1 監(jiān)測測點(diǎn)布置

監(jiān)測測點(diǎn)布置有以下7 個(gè)項(xiàng)目。

（1）圍護(hù)樁頂水平、豎向位移項(xiàng)目。監(jiān)測點(diǎn)可以布置在沿基坑周邊設(shè)置，基坑短邊重點(diǎn)設(shè)置1 個(gè)測點(diǎn)，長邊設(shè)置2 個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距為10m。

（2）周邊地表沉降項(xiàng)目。監(jiān)測點(diǎn)沿基坑周邊布設(shè)，基坑短邊重點(diǎn)設(shè)置一個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)監(jiān)測斷面布置3個(gè)測點(diǎn)，基坑長邊設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)監(jiān)測斷面設(shè)置3~4 個(gè)測點(diǎn)，監(jiān)測斷面的間距控制在10m。

（3）周邊構(gòu)筑物沉降、傾斜項(xiàng)目?；又苓叺臉蚨丈喜荚O(shè)監(jiān)測點(diǎn)，每個(gè)橋柱設(shè)置一個(gè)沉降觀測和傾斜測點(diǎn)，總共設(shè)置12 個(gè)測點(diǎn)。

（4）支撐周力。在每層支撐軸上君設(shè)置支撐軸力測點(diǎn)，測點(diǎn)布置在內(nèi)支撐的1/3 處。

（5）坑底隆起。布設(shè)在基坑底部，每個(gè)基坑布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)。

（6）地下水位。布設(shè)在基坑周邊，每個(gè)基坑布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)距基坑邊距離2m 左右。

（7）地下管線，基坑周邊燃?xì)夤?、給水管、污染管安裝15m 間距布設(shè)，共安裝10 個(gè)。

6.2 針對(duì)托換新樁進(jìn)行監(jiān)測

在對(duì)托換新樁進(jìn)行檢測的過程中，應(yīng)先在新樁帽頂處安裝電子位移計(jì)，將電子位移計(jì)的精度設(shè)置為0.01mm，以此計(jì)算新樁沉將量。

6.3 托換梁監(jiān)測

對(duì)托換梁進(jìn)行檢測時(shí)，首先要準(zhǔn)確找到托換梁檢測的位置，并在截面的位置粘貼應(yīng)變片。在托換梁的位置安裝傾角儀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到各個(gè)位置，保障在頂升的過程中沒有發(fā)生偏斜。將位移計(jì)安裝在托換梁兩端位置和中間的位置，可以全方位的監(jiān)測托換梁撓度及變形情況。

6.4 截樁監(jiān)測

在對(duì)截樁進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)先在根據(jù)周邊的建筑物和托換樁的位置布置監(jiān)測點(diǎn)，并且觀察水位的情況。因?yàn)闃痘袚Q新樁和托換梁的影響，會(huì)對(duì)橋樁基造成一定的影響，不僅如此，還會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成影響，所以，在對(duì)施工監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，要及時(shí)根據(jù)施工情況調(diào)整施工的參數(shù)[4]。

6.5 施工過程中出現(xiàn)形變、沉降監(jiān)測

在對(duì)基坑圍護(hù)及開挖施工階段進(jìn)行監(jiān)測的過程中。要全面的考慮施工位置的地質(zhì)條件、支護(hù)方法以及周邊環(huán)境等因素，來確定基坑檢測的位置，在施工的過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制時(shí)空項(xiàng)目，比如對(duì)現(xiàn)場的巡視工作、周邊建筑物、地下水位、橋面沉降等項(xiàng)目。

7 結(jié)語

從計(jì)算結(jié)果來看，承臺(tái)、樁基和新舊承臺(tái)界面區(qū)的總體應(yīng)力水平均較低，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行的樁基承臺(tái)驗(yàn)算結(jié)果顯示安全度較高，執(zhí)行過程中作出5 點(diǎn)加強(qiáng)和優(yōu)化。

（1）關(guān)于植筋的問題，為盡量減少對(duì)既有承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)整體性影響，取消植筋措施。采取鑿除既有承臺(tái)表層混凝土，增設(shè)連接鋼筋與既有承臺(tái)鋼筋焊接。

（2）關(guān)于破除既有沖突樁基的時(shí)機(jī)選擇，原設(shè)計(jì)采取洞內(nèi)直接破除方式，為減少震動(dòng)對(duì)橋梁受力的影響，采取繩鋸靜態(tài)切割方式先行實(shí)現(xiàn)受力轉(zhuǎn)換，確保了橋梁運(yùn)行安全。

（3）為增加新舊承臺(tái)混凝土的連接，在既有舊橋臺(tái)四周增設(shè)構(gòu)造鋼筋籠。

（4）對(duì)承臺(tái)底部縱橫向受力主筋進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)處理，增設(shè)分布筋。豎向設(shè)置I18 型鋼勁性骨架，增加鋼筋的整體穩(wěn)定性。

（5）新建承臺(tái)內(nèi)增設(shè)降溫冷卻管，保證大體積混凝土的質(zhì)量。