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阅读 380 次 城市立交桥桩基托换工艺控制与技术研究

摘要:本文详细分析了西安地铁一号线西三环枣园路立交桥桩基托换工程的施工工艺,认为托换梁与被托换桩基连接、预顶施工及施工监测是主动桩基托换三大关键环节,应该在施工过程中进行重点控制,为西安地铁后续类似工程提供一定的经验。...

 城市立交桥桩基托换工艺控制与技术研究

周沈华 苗永杰 王建文

    前言

    随着城市交通压力的增大,道路交通已向立体化、高架化方向发展。深基础的应用越来越广泛,快速轨道交通工程选线工作难度在逐渐增加。

    西安一号线西三环枣园路立交桩基托换工程是西安地铁开建以来规模最大的托换工程,本文通过对该工程17#、23#桩基托换施工工艺进行研究,以期为后续类似工程提供经验。

    一、工程概况

    西安地铁1号线三桥站~皂河站区间长度1810.313双线米,主要采用盾构法施工。线路下穿西三环枣园路立交桥,该立交建筑高度19.6m,为四层互通式立交,西咸方向主线桥为重要交通干道桥,桥面宽度32m,现状为双向8车道,施工过程中不能中断交通。托换处桥梁上部结构为1-30m简支空心箱梁,桥台为桩接盖梁式桥台,原桥桩径为φ1.5m,桩长35m,共需托换5根桥桩,均采用主动托换方式,14#、17#、20#均为单根桩侵入隧道结构,采用一根托换主梁的简支托换结构,23#两根桩侵入隧道结构,采用主次梁组合的简支托换结构。平面布置见图1。

图1桩基托换平面位置图

    二、工程地质及水文地质

    桩基托换施工场地主要为第四系松散堆积物,自上而下地层为填土、黄土、中砂、粗砂夹薄层粉质粘土,皂河桥路基部分主要为块石废料、建筑垃圾和大型混凝土块等充填,厚度约3.0~6.0m,最深达8.5m。隧道拱顶距河床底10m,隧道洞身位于中砂层中。地下水为第四系松散层孔隙潜水,地下水潜水位埋深29.2m,位于区间结构底板下方。

    三、工程特点

    1、施工场地狭窄,位于三桥立交的桥区,场地范围内为桥梁、河道、既有道路、管线众多(3.85*2.25排水箱涵)。

    2、地质条件差,施工场地内填土层较厚最高达到8.5m,多为块石废料、建筑垃圾和大型混凝土块;填土层下方为黄土及砂层,且受皂河水流长期渗透浸泡,地层软弱,自稳性差。

    3、皂河宽度较小,河床较浅,平常为城市排污渠道,汛期时作为泄洪通道,排水量大。

    4、托换施工将对三桥立交东西向的交通造成一定的影响。

    四、桩基托换

    4.1围堰施工

    为减小对皂河河道的影响,施工期间尽量缩短围堰长度,一期施工17#、23#桩,围堰时只围17#、23#桩施工段河道;二期只围14#、20#桩施工段河道,围堰设置如图2所示。

   图2一期围堰导流平面图

    施工过程中,随时观测水位变化,确保围堰顶部要高于河道水位1.0m。围堰采两侧多层砂袋,中间浇筑C15素砼填心处理。围堰高度为3.7m,施工中围堰高度据实调整,临水侧土工织物袋表面缝制一层抗老化无纺土工布,规格为200g/m2,并铺设PCV防水材料,现场围堰如图3所示。

    由于围堰后,河道过水断面不满足汛期过水断面要求,在主汛期时(7~9月)暂停施工,需要将河道中的围堰临时拆除,减少阻水障碍物,确保河道畅通。 

 

图3施工围堰现场图

    4.2 托换桩施工

    托换桩为直径1.5m,长25m的摩擦桩,桩顶设2.5*2.5*1.0m的承台。托换桩桩位的确定原则为:①与既有桩基的净距大于2.5D(原桩基直径);②与地铁区间隧道的净距大于1m;③尽量减少托换梁的长度,以减少占用皂河河道范围;④尽量降低托换梁的高度,以控制托换基坑的深度。

    考虑到皂河桥梁底距离基坑底部净距为8m,托换桩采用反循环钻机成孔,采用吊车配合倒链葫芦下放钢筋笼,导管法灌注水下砼。托换桩承台施工时,需要在承台上埋设三管钢垫块支座。千斤顶及钢垫块平面布置如图4所示。

图4千斤顶及钢垫块平面布置图

    4.3 托换基坑施工

    17#、23#桩基坑为接近四边形的多边形,基坑最深13m。基坑北侧为隔离桩配合预应力锚索支护,桩间土体采用锚喷支护。基坑南侧、西侧、东侧为原土层,采用打入砂浆锚杆并配合网喷砼支护。基坑开挖到底后,平整坑底,浇筑砼垫层。

    4.4 托换梁施工

    托换梁采用C40、P8防水混凝土,托换梁断面尺寸为2.5*3.0m。采用横向分段、水平分层方法浇注,在养护过程中采取水循环降温措施,防止梁体砼开裂,循环水管路必须连接紧密,在托换梁砼内部管路不能漏水,通水必须连续进行。图5为17#桩托换梁施工完成后照片。

图5 17#桩托换梁

    托换梁达到设计强度后,在托换梁和托换桩承台之间安放千斤顶,同时在钢支座和托换梁底之间打入钢楔块,准备进行托换施工。

    4.5 托换梁和被托换桩的连接

    托换梁和被托换桩之间连接主要通过它们相互之间的咬合、界面处理和植筋实现。首先要把被托换桩与托换梁相接触的部位凿毛,并进行界面处理,再沿被托换桩周围钻孔植埋钢筋,钢筋和桩之间的缝隙用植筋胶充填。托换梁和被托换桩连接是整个桩基托换工作关键,而植筋工作又是保证托换梁和被托换桩连接可靠性的关键,必须重点控制植筋的工艺及质量。

    植筋工艺分7步控制:第1步对所需植筋的部位进行定位放线;第2步钻孔,钻孔前应清除桩表浮渣,检查桩基混凝土强度(必须达到C30以上),钻孔后的孔壁应完好,无裂缝和蜂窝等;第3步清孔,钻孔完毕应检查孔深、孔径,合格后用刷子擦扫孔壁灰粉,并用压缩空气吹净钻孔内的灰粉,然后用丝棉临时封堵封孔口,以防尘土、砂粒等杂物落入,并保持钻孔内干燥;第4步钢筋下料、除锈;第5步化学粘合剂灌注,粘合剂材料应精确计量、搅拌均匀,用长嘴器具深入成孔底部,通过挤压器将化学粘合剂在孔内从里到外渐渐填孔并排出空气。锚固胶填充量应保证插入钢筋后,周边有少许胶溢出;第6步钢筋植入,应将处理好的植筋插入孔内预定深度,其质量关键是钢筋必须同一方向,缓慢旋入,以使胶粘剂与钢筋充分粘结,钢筋固定后,在胶固化前,不能扰动钢筋,以免影响锚固效果;第7步养护固化,已植入孔内的钢筋在常温下养护,养护时间不少于24h。

 

图6 植筋现场照片

    4.6 托换梁预顶施工

    为消除托换新桩变形对托换体系的不利影响,防止托换新桩桩顶沉降引起桥墩的下沉,必须通过加载顶升托换梁,使桥梁上部结构的荷载转移到托换桩上。

   (1)托换加载计算

    托换桩千斤顶的顶升力取值包括托换梁自重和上部桥梁传至桥墩的荷载组合设计值的100%。通过计算,17#桩每个承台预顶荷载为360t;23#桩每个承台为540t,托换预顶加载采用分级加载原则,共分十级加载,每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10%,不可一次加载到最大值。每级加载需保持10min,等结构稳定后方可加载下一级荷载。加载数据见表1、表2。

表1 17#桩加载数据表

加载级别

荷载值(KN)

90

180

270

360

450

540

630

720

810

900

油表读数(Mpa)

0.4

2.3

4.2

6.1

8

9.9

11.7

13.6

15.5

17.5

 

表2 23#桩加载数据表

加载级别

荷载值(KN)

90

180

270

360

450

540

630

720

810

900

油表读数(Mpa)

1.4

4.2

7

9.9

12.7

15.5

18.3

21.1

24.0

26.8

   (2)预顶加载

    预顶实施前首先要建立全方位的监测体系,对托换既有桥梁、托换梁、托换桩进行全面的监测。顶升准备工作就绪后,开启液压千斤顶油泵,按方案逐级加载,每级加载到达限定值时停留10 min来等待结构稳定,分析监测项目数据变化情况,同时观察托换体系结构裂缝产生与发展,若托换梁的顶升量大于1mm或最大裂缝宽度大于0.15mm时,应停止加载。

    (3)预顶监测

    本项目在施工过程中建立了完善的基坑、桥面监测体系。预顶加载过程中对托换系统砼应力和梁顶位移进行了实时监测,在第一~第六级加载阶段监测数据变化较小,第七~第十级加载阶段,监测数据变化速率明显增大,托换梁底面及侧面出现多道裂缝,17#桩裂缝明显,最长裂缝为1.4m,宽度最0.1mm。表3为托换梁梁体应力及托换梁顶位移监测结果。

表3 托换梁梁体应力及托换梁顶位移监测结果

桩号

托换梁梁体应力(Mpa)

托换梁顶位移 (mm)

设计限值

实测值

设计限值

实测值

17#

2.39

1.72

1

0.3

23#

2.39

0.08

1

0.2

    从监测结果可以看出,预顶达到设计值后,托换桥梁已经产生微量上升,证明桥梁受力体系已经发生转换,通过对千斤顶及安全自锁装置进行锁定,完成最终受力体系转换。托换桥梁体系转换完成后,需对托换体系再次进行全面监测,确认监测数据能够满足设计规定,同时检查千斤顶及安全自锁装置稳定性。全部满足安全要求后,开始对被托换桩进行截桩处理。

    4.7 截桩及封桩施工

    截桩断口深100mm、宽200mm,设置在托换梁下部500mm 处,采取人工操作风镐截除的方式,由外及内层层进行剥离,每层剥离深度不超过100mm,遇到桩体钢筋时,暂不切断,在断口混凝土全部切断时,再间隔对称切断桩体钢筋。截桩过程中应进行实时监测,通过同步调节千斤顶,将由原桩基承受的荷载逐步向千斤顶转移,使桥墩的沉降控制在允许范围内。

    截桩完成后,采用挤压套筒将托换梁底和托换桩顶均预留接驳钢筋连接起来,浇注C30微膨胀混凝土,进行封桩施工,将承台和托换梁连接成为一个整体。

    五、结语

    本项目是西安地铁建设史上最大的桩基托换工程,通过实践可以证明施工方案是成功的,施工工艺是合理的,在后续类似项目施工中应注意以下几点:

    (1)托换梁与被托换桩基的结合处是托换体系的关键节点,此处钢筋较多,且存在新旧混凝土的结合面,必须加强植筋工艺及质量控制,保证混凝土浇筑密实,并养护达到设计强度,才能进行预顶工作。

    (2)必须保证被托换桩的荷载可靠转换到托换结构上以后,才能进行截桩工作,避免截桩过程中托换梁突然受力,影响托换体系的稳定。

    (3)预顶过程中,须密切监控桥梁上部结构及托换结构的变形情况,以监控量测数据指导托换施工。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络工程项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑  刘真 文径 审核)

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