盾构下穿既有桥梁动载作用下采取桩基托换的施工技术.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 149 盾构下穿既有桥梁动载作用下采取桩基托换的施工技术 王 健 南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 210000 摘要：摘要：本盾构区间工程须下穿一座侵入隧道范围内的既有运营桥梁，原方案采用一般的拆复建施工技术，经综合考虑对既有桥梁采取动载作用下桩基托换的施工技术后盾构直接下穿该桥梁，该技术既保证盾构施工期间东旺桥桥上车辆通行正常，又保证盾构下穿区间隧道的安全，同时有效的解决了交通疏解、管线改迁、园林绿化迁移、征地拆迁等诸多困难，为今后类似条件施工提供了成熟的设计和施工经验，具有广阔的社会效益。关键词：关键词：盾构施工；桩基托换；盾构下穿既有运营桥梁 中图分类号：中图分类号：U45 1 研究背景 在城市经济飞速发展的现状下，地铁因为在地下行驶的特殊方式，有效减轻了城市地面交通的拥堵问题。但是因为地铁施工位置的特殊性，在地下隧道施工中，经常遇到下穿既有桥梁的情况。本盾构区间工程须下穿一座侵入隧道范围内的既有运营桥梁，原方案采用一般的拆复建施工技术，考虑到既有桥梁的情况，我们经过综合考虑决定采取动载作用下进行桩基托换的施工技术，以便让盾构机可以直接在桥梁下穿。采用桩底更换技术，施工周期短，成本低。施工期间不会影响既有桥梁、管线的正常使用；无需破坏周边绿化环境。2 工程概况 秣和区间从明挖区间出盾构井后沿双龙大道向南，到达和风路站。右线长 1657.731m，左线设置一处长链，一处短链，长链 12.13m,短链 6.39m，左线长度1660.931m。主要穿越-2b4 层淤泥粉质黏土、-3b3-4 粉质黏土、-1b1-2 粉质黏土、-2b2-3 层粉质黏土、-3b1-2 粉质黏土等地层。为保证盾构施工期间东旺桥桥上车辆通行正常，及下穿区间隧道的安全，本工程在盾构磨桩之前采取对侵入区间范围内的 4根钻孔灌注桩（东侧 2 根，西侧 2 根）采用动载作用下的桩基托换的施工技术。3 东旺桥桥梁现状 东旺桥位于双龙大道与宋邑路交叉路口以南，呈西南-东北走向。建于 2006 年。桥梁上部采用 113m预应力混凝土空心板，桥面横坡0.02%，桥梁跨度12.96米，幅宽 26.6m；下部采用桩柱式台，采用 12 根1200mm 钻孔 灌注桩基础，桩长 16 米。桥台支座采用GYZF4200mm37mm 圆板橡胶支座；区间左线盾构断面内影响桩基数量为 2 根，右线盾构断面内影响桩基数量为 2 根，影响数量共 4 根。图 1 东旺桥剖面图 图 2 东旺桥立面图 4 施工技术要点 4.1 工艺原理 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 150 图 3 流程图 桩基托换技术涉及专业范围广、技术难度大，其原理是凭借建筑物本身的自重，利用千斤顶在 L 型托梁上将支撑桩压入地基土中，利用地基土支撑住上方的建筑物。其核心是将原桩基对建筑的荷载转移到新建成的桩基之中。在托换施工的过程中，需要保持结构变形限制在设计允许范围内，既保证东旺桥桥上车辆通行正常，又保证盾构下穿桥梁施工期间的安全。4.2 工艺流程 为了确保城市交通能够畅通运行，减少城市交通压力，东旺桥在施工期间不会禁止车辆正常通行，仅会对部分重型车辆进行适当的分流。首先在上下游采用全断面土工袋围堰施工，为确保施工安全，对新建托换桩基的桩侧土体进行高压注浆加固，再开挖基坑，新建 L 型托梁（在梁底预留好原桩的切桩设备），施工锚杆静压桩，将受盾构影响需要切除的桩基所承受的荷载通过新建托梁最终转换至新建的托换桩基上，同时对东旺桥 L 型托梁底及盾构影响区域注浆加固。为避免盾构磨桩时产生的推力对桥梁结构的影响，待 L型托梁及钢管桩施工完成并稳定后，将原桩与盖梁断开，并拆除围堰，将河道恢复原状。盾构下穿既有桥梁采用桩基托换施工技术流程图见图 3。4.3 施作围堰 根据现场调查踏勘、施工区域内管线资料及河床标高，将上下游围堰顶标高设为 5.308m，围堰高上宽1.5m，下宽 2.0m，高 2.0m。采用土工袋填筑并由复合土工布铺设防水。围堰底部根据河床的形状铺设，保证密实度，做好防渗措施。4.4 注浆支护 在托梁基坑开挖前对托换托梁基坑的注浆加固施工。可以使用 1:0.6 的水灰比制备注浆液，为了改善水泥浆液的性能，可以选择添加 3%的水玻璃。注浆压力通常保持在 2.03.0MPa 范围内，在进行注浆之前需要进行注浆试验来确定不同浆液参数。图 4 注浆支护剖面图 图 5 注浆支护剖面图 注意事项：（1）建设时必须对注浆材料点的部位、泥浆比例、泥浆组成材料特性和注浆装置特性等进行充分考虑。（2）施工过程中必须抽查泥浆比例、主要性能指标、注浆方法和注浆时的气压管理等方面的问题。（3）施工完成后，需要对建成物的地基承载力、地基土的强度和变形指标进行测试。4.5 基坑开挖托梁施工 待注浆支护达到设计要求后开挖土方，整平坑底，铺设 200mm 厚 C20 素混凝土垫层，后对东旺桥与盾构隧道相冲突的桩基进行托换处理。开挖至设计高程，分别在两侧桥梁盖梁底制作两个长 26.6m（与盖梁等长）的 L 型托梁，托梁上部分宽 1.4m（与盖梁等宽），高2.4m，托梁顶部与盖梁通过植筋连接；横挑部分宽 1.6m，高 1.2m。托梁内需对老桩进行凿毛处理，并对其植筋与新做 L 型托梁连接。再利用托梁横挑部分进行静压桩的施工，每个 L 型托梁施工 8 根长度为 8.4m 和 6 根中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 151 长度为 21m 的480mm 钢管桩。施工托梁时，预埋时确保钢筋定位准确，钢筋接头位置应相互错开，在一个水平平面内的钢筋接头数量不得超过总钢筋数量的50%。直径25mm 的钢筋采用机械连接方式接长。图 6 托梁平面图 图 7 托梁剖面图 操作要点：4.5.1 植筋（1）植筋定位、钻孔 若钻孔时需暴露钢筋，且钻孔部位有钢筋，可改变钻孔部位。在钻机安装后，一旦出现钢筋或预埋件，必须马上停机钻机，同时必须正确的调整钻机的地方。（2）清洁孔壁、钢筋 用干净的压缩空气，把喷嘴插入成孔底部，然后再向外拉出喷嘴，并重复此动作三次。将硬刷插入孔内，旋转刷完三次。用然后把喷嘴插入钻机下方，完成吹气动作，然后把喷嘴往外拉出，然后再重复这个步骤三次。在完成植筋的同时，还需要使用丙酮和工业用乙醇来冲洗孔壁、孔底，以及植入 C 二十五钢筋。（3）植筋 植筋要采用专业灌注装置或注入装置完成胶粘剂的灌注，灌注量为孔深的 2/3，并要保证在扎入钢筋后有少许胶粘剂溢出。在注注胶粘剂后，应立即单向旋转并插入钢材，直至到达设计深度，并保证了插入钢材和孔壁间的空隙大致平整，以校正钢材的定位与垂直度。（4）静置固化 当钢材的胶粘剂完全固化以前，要防止触碰及振动已放置的钢材，并避免对其粘接性能产生影响。4.5.2 钢筋工程（1）钢筋焊接时，如果采用双面焊缝，接头的长度不能小于 5 倍钢筋直径；如果采用单面焊缝，接头的长度不得小于 10 倍钢筋直径。此外，钢筋搭接端部应该事先做好预弯处理，以确保焊接后的钢筋成品轴线处于一条直线上。钢筋焊接技术工人必须具备相应的上岗证书，在进行施工前要先进行试焊试件，并通过试验合格后才能正式进行焊接作业。（2）钢筋绑扎前，清洁基。（3）托梁底座施工期间，托梁放样测量必须准确；（4）布筋前，在托梁砂浆底板上，事先标示好托梁的中心线、钢筋骨架的位置线，以及薄壁墩身的钢筋位置线或点。（5）骨架钢筋之间使用短钢筋垫。使用相同标号的混凝土垫块来保证钢筋保护层的厚度。4.5.3 混凝土浇筑 混凝土的配置宜采用低热矿渣硅酸盐水泥，宜采用中砂，砂石材料、混凝土的坍落度等必须符合有关标准。采取有效措施使混凝土表面与内部温差控制在25C 以内，防止混凝土收缩引起的裂缝。混凝土的施工要求是在水平上进行分层浇筑，同时还要边浇筑边振捣。每层砼的厚度约为 30cm，前后两层之间的距离应保持在 1.5m 以上。使用振捣器时，振动混凝土时的移动距离不能超过振捣器的作用半径的 1.5 倍。振动牢固后，逐渐提供振动杆。避免棒碰撞模板、钢筋和其他预埋件，防止模板变形和预埋件移位。改动幅度大，但仍符合原句意思。当混凝土面停止下沉，不再冒出气泡，并且呈现出平坦而有光泽的表面，这就标志着混凝土已经变得紧密密实。在浇筑混凝土的过程中，应指定专人来检查支撑、模板、钢筋和预埋件的稳固情况。若发现有松动、变形或移位的情况出现时，必须立即采取相应措施予以处理。首先，该句子的领域是建筑工程。改写后的句子如下：混凝土装载完毕后，应当及时利用修整工具对其表面进行抹平和修整处理。将混凝土浇筑完初凝后，用草毡进行覆盖养护，并利用洒水来促进养生。4.6 锚杆静压桩施工 桩基托换共 28 根直径 480mm 的钢管桩，因桥下施工空间有限，最大空间 2.65m，为了保证成桩质量以及效率，采用锚杆静压的施工工艺施工，压桩设备高度2.20m。桩长分别为 8.4m、21m，分节压入，每节钢管中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 152 桩 1.5m。锚杆静压桩桩位处做洞口加强措施，在托梁相应位置清理压桩孔和锚杆施工作业面。安装压桩架，进行压桩施工。压桩完成后，在钢管桩与钢护筒之间，浇筑 C40 细石膨胀混凝土，振捣密实。然后将交叉钢筋与预埋 M32 锚杆双面焊接，并浇筑封锚桩帽，完成封桩。其中，21m 静压桩桩位处预埋 8 根锚杆，8.4m静压桩桩位预埋 4 根锚杆。图 8 锚杆静压桩平面布置图 图 9 东旺桥处理后横跨剖面图 操作要点：工艺流程：预留压桩孔预留锚杆就位压桩机压桩接桩压桩焊桩帽钢筋封桩。预留压桩孔：根据主轴位置设计备用压桩孔。预留锚杆：通过锚杆静压机构造，对其定位加以定位，使静压机无法倾斜移动。就位压桩架：在采用压桩机的同时，还必须把压桩机对准桩位，以保证桩架的垂直平衡，从而防止了在施工过程中发生倾斜和移动的情况现象。压桩：将桩压入基层土的一个行程，能够使桩更加稳定垂直，然后通过水平尺的双向校正，使其保持稳定的垂直状态，确保垂直度偏差不超过 0.5%。接桩：焊接接桩时，需将预制桩表面埋件清洁干净，并采用 10cm 宽的铁片填补上下节之间的间隙，确保焊接饱满并保持焊缝连续。桩接口时，上、下节桩中心线的偏差不可以超过10 毫米，并且节点的折曲矢高不能超过桩长的 1%。桩帽钢板：采用螺栓来固定桩帽钢板。封桩：在压桩孔清理干净、排除积水，并在浇捣混凝土之前，要在孔壁和桩头面涂刷纯水泥浆以增加粘结力，并使用掺有微膨胀和早强外加剂的 C40 混凝土进行捣实。检查验收：施工完成后，对每根桩进行检查验收，主要以设计的最终压桩力为准，同时控制桩的入土深度。在压桩过程中，当达到设计要求时停止压桩，并进行中间验收。经验收后，确认符合设计要求，然后完成相应的施工记录。4.7 截桩 为避免盾构磨桩时产生的推力对桥梁结构的影响，必须将原桩与盖梁断开。断开在 L 型托梁及钢管桩施工完成并稳定后实施。切桩设备在 L 型托梁实施前预留，即在垫层底下10cm 处用切桩绳锯套住拟切桥桩，并回填土体覆盖绳锯，确保垫层、托梁浇筑时混凝土不接触到绳锯。最后拆除围堰，河道恢复原状。4.8 盾构下穿 4.8.1 下穿及磨桩前的准备工作 进一步确认东旺桥磨桩段与秣和区间隧道的位置关系，确保区间正常掘进；确保管片及同步注浆浆液等供应充足；下穿及磨桩前编制更加具体的逐环作业指导书；选择停机点:根据地质条件、地面环境、地基承载力等，选择距东旺桥 20m 位置为停机点；设备检修:下穿前停机全面检修盾构机及附属设备，盾构机的密封系统、盾构机的推进系统、运输系统、液压和油压和油路及电力通信管线等盾构机存在的一些问题彻底解决，为下穿东旺桥做好准备。4.8.2 下穿掘进过程中盾构机参数选择（1）刀盘转速;掘进过程中应当将刀盘的转速控制在 0.40.8rpm，掘进时如果刀盘转速过大，则会造成刀具损坏；（2）土仓压力：根据磨桩前施工经验，仓压控制中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 153 在 1.21.7Bar（根据地表沉降情况及时调整）；（3）油缸推力;掘进时油缸推力应当保持在 1200t左右，如果推力太大，会使刀圈的受力超载，导致刀圈出现断裂的情况，如果太小，那么作用在刀圈上的摩擦力小，不足以支持刀具转动，从而产生偏磨；（4）推进速度;控制掘进速度在 5mm/min 以下，匀速推进；（5）在下穿过程中，在刀盘面和土仓内注入适量泡沫、膨润土的方法进行土体改良。4.8.3 注意事项 盾构掘进过程中建筑物变形过大预防措施：（1）严格控制平衡压力及推进速度，避免波动范围过大。（2）调整注浆速率应确保均匀，根据推进速度的不同，应使其与掘进速率保持一致。（3）掘进过程中，应当均匀地向盾尾注入密封油脂，以确保盾尾钢丝刷的密封性能。（4）加强施工监控，实施动态信息管理。抢险措施：（1）根据场地监测状况，能够适时按照要求来调节盾构施工参数，比如掘进速率、平衡压强、土地出土量等。随着建筑材料和周围地面的变化情况，能够适时调节注浆材料的重量和部位，针对沉降率过大的部分，可通过补压浆的方式来加以修补。（2）对于盾尾可能出现的虽坏的情况，需要及时进行盾尾的更换或者在盾尾内通过垫海绵等方式来进行封堵以保证其密封性。5 结语 对于侵入盾构区间桥梁桩基采取动载作用下桩基托换的施工技术，有效的解决了交通疏解、管线改迁、园林绿化迁移、征地拆迁等诸多困难，具有较高的经济效益以及良好的社会效益和环境效益，为今后类似条件施工提供了成熟的设计和施工经验，具有广阔的社会效益。参考文献 1王博,张保圆.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术J.铁道建筑,2011(4):2.2吕剑英.我国地铁工程建筑物基础托换技术综述J.施工技术,2010(9):5.3陈建桦.广州地铁 5 号线珠猎区间桩基托换技术研究J.施工技术,2008(2):2.