寇衛(wèi)鋒

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037)

作為城市公共交通骨干組成部分，地鐵建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量將對(duì)公共交通的便利性具有決定性作用?，F(xiàn)行地鐵建設(shè)中，隧道部分大多采用盾構(gòu)形式。城市中建筑物基礎(chǔ)眾多，為保證盾構(gòu)隧道穿越外部基礎(chǔ)時(shí)工程安全可靠，該部分需精心設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)。樁基托換技術(shù)為目前工程中常見(jiàn)的處理盾構(gòu)穿越外部基礎(chǔ)的方法[1]。

文獻(xiàn)[2-5]對(duì)當(dāng)前托換技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，得出當(dāng)下在荷載轉(zhuǎn)移時(shí)樁基托換作為一項(xiàng)成熟可靠的技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[6-10]依據(jù)實(shí)際工程，對(duì)不同地區(qū)盾構(gòu)穿越建筑物基礎(chǔ)采取托換技術(shù)時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變或位移進(jìn)行了分析總結(jié)。文獻(xiàn)[11]分析了托換技術(shù)在盾構(gòu)穿越群樁基礎(chǔ)時(shí)的應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使得工程順利完成。文獻(xiàn)[12-13]對(duì)工程中運(yùn)用托換技術(shù)時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及頂升作用力進(jìn)行了研究，得出托換施工時(shí)應(yīng)注意對(duì)重要節(jié)點(diǎn)的保護(hù)監(jiān)測(cè)以及對(duì)頂升力的及時(shí)修正。

本文結(jié)合施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要結(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了托換技術(shù)在盾構(gòu)建設(shè)中應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)，可為同行業(yè)或相關(guān)工程提供設(shè)計(jì)思路。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

鄭州地鐵5號(hào)線未來(lái)北路站—眾意路站區(qū)間自眾意路站西端盾構(gòu)井始發(fā)，沿CBD鄭州之林向西敷設(shè)。區(qū)間左線在里程左DK8+560.405處與黃河立交橋匝道橋F26號(hào)橋臺(tái)樁基位置沖突，隧道區(qū)間穿越樁基平面見(jiàn)圖1。

圖1 隧道區(qū)間穿越樁基平面(單位：mm)

F26號(hào)橋臺(tái)上部接箱梁，為樁接蓋梁式橋臺(tái)，臺(tái)高約5 m，蓋梁截面2.7 m(寬)×3.0 m(高)，橋臺(tái)下有2根直徑1.5 m，長(zhǎng)度35 m，樁中心距4.4 m的鉆孔灌注摩擦樁。其中2根樁中的北側(cè)樁基與區(qū)間左線隧道沖突，沖突處隧道覆土深約11.2 m。經(jīng)與業(yè)主及交通管理部門(mén)溝通，明確要求施工中不可中斷匝道交通，但可在頂升過(guò)程和后澆帶施工時(shí)對(duì)匝道進(jìn)行臨時(shí)管制。

1.2 工程地質(zhì)及水文概況

據(jù)勘探資料，場(chǎng)地內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)地層，主要地層為砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土，夾有粉砂、細(xì)砂。根據(jù)以上分層依據(jù)，勘探深度內(nèi)所揭露地層從上到下分述如下：1-1雜填土厚2.0 mm；2-31A黏質(zhì)粉土厚4.8 mm；2-32黏質(zhì)粉土厚5.0 mm；2-33黏質(zhì)粉土厚2.4 mm；2-22 粉質(zhì)黏土厚4.8 mm；2-34黏質(zhì)粉土厚1.9 mm；2-41 粉砂厚2.1 mm；2-51細(xì)砂厚3.0 mm；2-52細(xì)砂厚2.8 mm；3-24粉質(zhì)黏土厚0.9 mm；3-52細(xì)砂厚5.2 mm；3-24粉質(zhì)黏土。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)鉆探，本區(qū)間的地下水類(lèi)型主要為第四系松散層孔隙潛水和微承壓水。潛水穩(wěn)定水位為10.50～12.00 m。微承壓水靜止水位埋深14.5 m，承壓水頭2.5～3.5 m。

2 主動(dòng)托換方案設(shè)計(jì)及變形控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 主動(dòng)托換方案設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)托換即利用新的構(gòu)件結(jié)合原有體系改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)傳力途徑或增加原有體系承載能力的加固改造技術(shù)，分為主動(dòng)托換與被動(dòng)托換[14]。主動(dòng)托換技術(shù)較被動(dòng)托換更具對(duì)原存結(jié)構(gòu)的變形控制能力[7]，本次設(shè)計(jì)采用主動(dòng)托換，見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 托換設(shè)計(jì)剖面示意(單位：mm)

圖3 托換千斤頂布置(單位：mm)

托換梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具體尺寸見(jiàn)圖1、圖2。托換樁為鉆孔灌注摩擦樁，直徑1.3 m，樁長(zhǎng)50 m，共4根。為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)托換，在既有橋臺(tái)的樁基位置托換梁設(shè)置1.6 m直徑的圓柱孔，既有橋臺(tái)底與托換梁頂設(shè)置70 cm空隙作為托換空間。托換頂升系統(tǒng)采用同步式千斤頂4臺(tái)，每個(gè)千斤頂處設(shè)2個(gè)輔助支撐，以保證頂升穩(wěn)定和安全。主動(dòng)頂升完后，將托換空間預(yù)埋鋼筋焊接并澆筑補(bǔ)償收縮混凝土。

2.2 托換施工順序概述

相應(yīng)作業(yè)空間基坑開(kāi)挖完畢后，于原有橋基的周邊施工托換樁，在既有橋臺(tái)臺(tái)身底施工托換梁。其次在托換梁頂、既有橋臺(tái)臺(tái)身底安裝千斤頂，采取主動(dòng)托換方案，PLC(Programmable Logic Controller)液壓同步控制系統(tǒng)同步控制臺(tái)底千斤頂，按比例逐級(jí)施加墩底千斤頂頂升反力至理論最大值，繼而在托換梁底對(duì)既有樁基進(jìn)行逐根截?cái)?。該過(guò)程中根據(jù)既有橋臺(tái)沉降值逐漸增大墩底千斤頂?shù)捻斏?，直到既有樁基被完全截?cái)?，臺(tái)底荷載被完全轉(zhuǎn)移到臺(tái)底千斤頂上，待穩(wěn)定后自鎖裝置鎖定。托換過(guò)程中需根據(jù)橋臺(tái)、托換梁等標(biāo)高監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)各托換點(diǎn)的千斤頂頂升力進(jìn)行微調(diào)。最后待既有樁基截?cái)嗉巴袚Q樁沉降趨于穩(wěn)定后澆筑臺(tái)底與托換梁間的混凝土。

2.3 位移控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)業(yè)主及相應(yīng)結(jié)構(gòu)變形、受力要求，結(jié)合相應(yīng)設(shè)計(jì)文件及CECS 295—2011《建構(gòu)筑物托換技術(shù)規(guī)程》[14]相關(guān)規(guī)定，綜合分析確定本次盾構(gòu)穿越F26號(hào)橋臺(tái)樁基相應(yīng)結(jié)構(gòu)位移控制標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 建筑物變形及地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

3 托換施工中重要節(jié)點(diǎn)控制措施

3.1 消除樁基先期沉降

為使荷載轉(zhuǎn)換到托換樁時(shí)前期沉降量趨于穩(wěn)定，消除樁基先期沉降，對(duì)托換樁進(jìn)行堆載預(yù)壓和預(yù)頂升。堆載預(yù)壓需分級(jí)加載，XZ1,XZ2號(hào)托換樁堆載各約 1 100 kN，XZ3,XZ4號(hào)托換樁堆載各約900 kN。堆載持續(xù)1～2 d后，實(shí)施托換預(yù)頂升，采用逐級(jí)增大10%油源壓力方式加壓，預(yù)壓到設(shè)計(jì)給定的理論值，而后對(duì)千斤頂上的螺旋自鎖裝置鎖死，保持2～3 d，使托換樁的沉降量趨于穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)施工照片見(jiàn)圖4。

圖4 托換梁端頭壓載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

3.2 主動(dòng)托換

采用以力和位移雙控方式來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)托換，即逐級(jí)增大10%的油源壓力方式加壓，直至達(dá)到理論值，即第1次施加10%的理論荷載，第2次施加20%的理論荷載，……，第10次施加100%的理論荷載(每級(jí)加載完后需同步調(diào)整千斤頂輔助支撐高度)，且控制臺(tái)底頂升位移值不超過(guò)1 mm，達(dá)到完全托換原樁基。

3.3 原有樁基的截?cái)?/h3>

在原橋基截?cái)嗲埃i死千斤頂?shù)挠驮磯毫?、螺旋自鎖裝置，利用油壓傳感器監(jiān)測(cè)千斤頂壓力，同時(shí)監(jiān)測(cè)既有樁基的應(yīng)力、應(yīng)變，調(diào)整千斤頂?shù)挠驮磯毫Γ_定臺(tái)底荷載完全轉(zhuǎn)移至托換樁，對(duì)輔助支撐進(jìn)行固定。在托換梁底0.5 m左右處逐根截?cái)嘣瓨蚧?；截?cái)噙^(guò)程中，采用金剛石繩鋸對(duì)托換梁底的樁身進(jìn)行切割，切割縫為2 cm寬；在切割過(guò)程中采用18 mm厚的鋼板塞入切割縫中，作為千斤頂失效事故時(shí)的結(jié)構(gòu)安全措施;待2根樁都截?cái)嗲椅灰票O(jiān)控穩(wěn)定后撤離鋼板。

3.4 千斤頂向輔助支撐的荷載轉(zhuǎn)移

原橋基截?cái)嗪?，逐漸增大千斤頂油壓，對(duì)橋臺(tái)再一次頂升，頂升位移控制在0.5 mm；然后對(duì)輔助支撐進(jìn)行打鋼楔，逐漸減少千斤頂油壓，使荷載逐漸向輔助支撐轉(zhuǎn)移，該過(guò)程中需控制臺(tái)底下降位移不超過(guò)0.5 mm，若超過(guò)限制，需增大油壓將臺(tái)底頂回卸載之前，重新對(duì)輔助支撐進(jìn)行打楔固定。

4 工程實(shí)施效果評(píng)價(jià)

托換施工改變了原傳力方式，必將引起相應(yīng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變產(chǎn)生變化。根據(jù)對(duì)箱梁、橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)布置的多個(gè)監(jiān)測(cè)元件(見(jiàn)表2)，得到施工過(guò)程中各結(jié)構(gòu)位移。

表2 樁基托換監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

圖5給出本次施工過(guò)程中相應(yīng)測(cè)點(diǎn)豎向、水平位移。

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移時(shí)程曲線

本次施工需開(kāi)挖基坑以提供托換作業(yè)空間，增加了對(duì)基坑擋墻的位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)圖5位移監(jiān)測(cè)曲線，各結(jié)構(gòu)位移均處于可控狀態(tài)，橋臺(tái)及箱梁的豎向位移最大值不超過(guò)±4 mm，水平位移最大值不超過(guò)±2.2 mm，托換施工順利完成。

5 結(jié)語(yǔ)

本次盾構(gòu)穿越橋梁樁基利用樁基托換技術(shù)，除在利用千斤頂頂升及后澆帶澆筑時(shí)對(duì)橋梁交通進(jìn)行管制，其余時(shí)間均可保證交通的正常進(jìn)行。新建托換樁在承受被托換樁轉(zhuǎn)移的橋梁荷載前利用新建橋臺(tái)進(jìn)行了堆載預(yù)壓。通過(guò)托換過(guò)程中主要結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)千斤頂油壓及時(shí)調(diào)節(jié)，令本工程各主要結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向、水平位移處于可控范圍內(nèi)，托換順利完成。