[摘要]结合广州市轨道 交通 三号线沥滘 - 厦滘区间桩基托换工程实例, 介绍了托换体系的设计、施工步骤和监测。
[关键词]地铁; 桩基托换; 隧道随着城市公共交通压力的增大, 在城市中心区修建地铁来改善交通, 越来越必要。而城市中心区内房屋建筑较为密集, 要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的。隧道从建筑物下通过, 对建筑物自身的安全威胁也是不容忽视的。因此, 必须根据隧道和建筑物的具体情况, 对建筑物采取必要、有效的加固或托换措施, 从而保证隧道顺利掘进和建筑物结构安全。采用桩基形式进行建筑物托换, 能够有效地解决地基基础承载力不足或沉降失控 问题。
1 工程概况
1.1 房屋概况
广州市轨道交通三号线沥滘 - 厦滘区间经过部分民房, 其基础如表 1 所示。共有 20 根桩基础进入隧道平面。1.2 隧道概况
本段为盾构法施工, 隧道结构外径为 6.0m, 结构厚度 300mm, 隧道埋深较浅, 隧道顶部至地表大约为 10～15m。由桩长及隧道埋深可知, 进入隧道的桩基贯穿整个隧道。
1.3 地质概况
该段地质属河流堆积地貌, 地势平坦, 隧道通过地段为饱和中细砂, 拱顶为中～高灵敏度且宜液化的淤泥质砂, 上覆层含水层厚, 富水性强。地质概况如表 2 所示。2 托换方案设计
2.1 主动托换体系
主动托换技术是指原桩在卸载以前, 对新桩和托换体系施加荷载, 从而部分消除被托换体系长期变形的时空效应, 将上部的荷载和变形运用顶升装置加以动态的控制。当托换建筑物的荷载大、变形要求严格控制的时候, 需要通过主动变形调节来保证变形要求, 即在被托换桩凿除之前, 对新桩和托换体系施加荷载, 使被托换柱 (墩) 在上顶力的作用下, 随托换梁一起上升, 从而使得在被托换的桩截断后, 上部荷载全部转移到新加的托换桩上, 同时通过预加荷载, 可以消除部分新桩和托换体系的变形, 使托换后桩和结构的变形控制在很小的范围内。
2.2 托换方案
本设计采用主动托换体系。托换桩为钻孔灌注桩, 托换梁采用钢筋混凝土梁。在隧道结构线外 1m范 围外设置 φ800mm灌注桩。承台两侧设置梁, 承台和梁之间进行植筋处理。加载设备为QF500 20 型千斤顶及配套油泵, 千斤顶行程为 200mm, 千斤顶最大压力 5000kN。桩顶标高由既有承台底标高、托换梁支座处高度、千斤顶初始工作空间决定。如图 1、2 所示。2.3 托换桩设计托换桩的桩
长由以下 3 个原则共同确定:①满足桩顶设计承载力;②满足进入中风化层不小于 0 5m(若强风化层较厚时, 参照①、③);③桩底标高不得高于隧道最低点以下 1m, 避免桩对隧道结构产生有害的应力。
计算 结果: 托换桩采用钻孔灌注桩, 桩径为 800mm; 纵向钢筋及加劲箍筋采用HRB335; 螺旋箍筋采用HPB235。桩身为C30 水下混凝土。桩深入中、强风化岩, 桩长根据每个桩的承载力要求及其他构造要求长度不同, 在图纸中列表表示。钢筋笼纵向钢筋的混凝土保护层厚度为 60mm, 钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采取其它有效措施, 以保障钢筋保护层厚度的准确性。
托换梁的内力按照《混凝土结构设计规范》GB50010 2002 进行配筋计算和裂缝验算。
2.4 植筋计算
托换体系中, 承台两侧设置托换梁, 荷载将通过承台传到托换梁上, 再由梁传到新加的托换桩上, 从而达到托换的目的。为保证承台上的荷载能够传到梁上, 就必须保证承台与梁的有效连接。为此, 除在施工措施中对原有承台进行新旧混凝土界面处理外, 还在设计中不考虑新旧混凝土间的抗剪力, 其荷载完全由承台上的植筋来承担。
植筋施工应满足以下要求:①植筋胶要求有 50 年的长期性能报告及 1.5h以上的耐火测试报告;②植筋胶应具有塞焊性能, 当植筋与钢筋焊接时产生的热辐射能不会 影响 植筋胶的性能。
2.5 托换体系设计
2.5.1 构造设计
本托换体系采用主动托换的形式, 托换体系设计是托换成功与否的关键之一, 也是托换施工的难点和重点。托换体系节点构造如图 3、4 所示。桩顶与梁底间的距离根据千斤顶的结构尺寸及行程决定。
2.5.2 钢垫板、钢楔设计
为保证托换体系加载过程中桩和梁底的混凝土不被压碎, 需要在桩顶和梁底设置钢垫板, 垫板尺寸 590mm×450mm×20mm, 上下各 1 块, 用 3 根直径 20mm的锚筋锚入桩或梁体内。锚筋焊缝厚度t=10mm, 双面焊, 并采取有效措施防止施焊时引起垫板翘曲, 可断续焊, 但每边焊缝长度不得小于 15cm。为保证垫板下混凝土浇注密实, 垫板上需开 4 个直径 25mm的出气孔。
为保证托换体系加载完成后, 千斤顶能够顺利取出、托换体系能够继续保持稳定, 从而顺利浇注微膨胀混凝土, 需要设置钢垫板、钢楔块。具体尺寸如图 5～8 所示。
钢垫块施工前应对上下钢垫板进行定位、平整度检查, 且须保证钢垫块与钢垫板接触密实饱满, 四周与钢垫板点焊, 以保证可靠连接。钢楔块施工完后同样要与钢垫板及钢垫块焊牢, 以保证可靠连接。
2.5.3 加载模式
各托换桩预压总荷载为桩顶设计承载力的 1 5 倍, 分 10 级均匀加载。对于同属 1 组托换梁的各托换桩同时加载, 各级稳定 20min。对于施工监测中沉降观测 内容 在加载停止结束时、停止后 5、10、15min各测读 1 次。
当上步工序结束同时满足下列条件时, 继续下步加载或工作。
(1)同组托换桩最大沉降差小于L1‰(L1 为托换桩中心距)。
(2)建筑物不均匀沉降小于L2‰(L2 为测量点中心距)。
当上步工序结束同时满足下列条件之一时, 应采取适当措施 (如单独对少沉降桩基加载) 调整沉降差。
(1)同组托换桩最大沉降差大于L1‰。
(2)建筑物不均匀沉降大于L2‰。当本加载过程中满足下列条件之一时, 应立即停止, 采取适当措施 (如单独对少沉降桩基加载) 调整沉降差。
(1)同组托换桩最大沉降差大于L1‰。
(2)建筑物不均匀沉降大于L2‰。
当本加载过程中满足下列条件之一时, 应立即停止, 采取适当措施 (如单独对少沉降桩基加载) 调整沉降差。
(1)同组托换桩最大沉降差大于 2L1‰。
(2)建筑物不均匀沉降大于 2L2‰。
当满足下列条件之一时, 即可终止加载。
(1)达到预压总荷载值。
(2)桩顶总沉降超过 50mm。
3 施工步骤
(1)施工前准备 首先需进行现场放线、定位、探槽工作, 以确定托换梁、托换桩与既有承台、既有桩基平面、空间关系, 检查托换梁尺寸是否合适, 验算桩顶标高。
(2)托换桩施工 桩位平面允许偏差应 30mm, 桩垂直度偏差均应按设计要求不得大于 1%。土方开挖范围内管线及其他障碍物处理、托换桩施工, 应及时详细地对施工过程进行记录。岩层中土方开挖应采用适宜的施工措施, 以减少对围岩的扰动。
(3)钢筋笼焊接、吊放 加工前需按规定对材料进行抽检。钢筋笼应分节焊接、吊放, 每节钢筋笼的长度应根据房屋首层净空决定, 施工时应采取有效措施, 使上下节钢筋笼的轴心在一条直线上。施工中应严格按照施工规范操作, 确保钢筋笼的焊接质量, 同时施工时应尽量缩短吊放和焊接时间。
(4)托换梁施工 既有承台表面处理; 既有承台植筋; 托换梁钢筋、混凝土施工。新旧结构接触面的垫层须清除, 且将接触面混凝土表面按施工缝要求处理。凿毛、清除表面松动石子及清洗混凝土表面。
(5)预压 待托换梁强度达到要求后进行预压。预压前需对液压设备、量测设备进行标定, 做好千斤顶定位检查, 量测系统测试, 预压方案完善, 房屋鉴定等前期工作。预压过程应按既定方案分步进行、同步加压(同组梁), 并根据量测结果调整施工参数及步骤。
(6)体系转换 待达到加载终止条件, 托换梁、桩及建筑物沉降稳定后安装钢垫块, 钢垫块稳定性及强度满足要求才可逐步进行体系转换。特别注意在初期阶段控制千斤顶回油速度, 并根据量测结果调整施工参数及步骤。量测结果及外部条件允许后取出千斤顶。
(7)节点施工 节点钢筋设置、焊接, 浇注微膨胀混凝土。浇注过程中控制振捣棒不得接触钢垫块。预顶节点施工完, 且全面观测沉降变形稳定后, 盾构方可掘进, 洞内开始切断被托换的桩。
(8)覆土 恢复地面。
4 施工监测
桩基托换是风险性、技术性很高的工作, 同时也是依赖信息化程度很高的工作。施工监测是决定工程成败的重要一环。监测内容包括: 建筑物的沉降、倾斜及裂缝观测; 地面沉降及裂缝观测; 地下水位观测; 托换梁变位及裂缝观测; 托换桩、托换梁(支座处)、既有桩、既有柱高程监测; 分步液压参数监测等。
所有水准点均应与不受施工 影响 较远的基准点相联系, 并绘制沉降与时间关系曲线。裂缝观测应在裂缝位置予以标明, 并进行编号, 记录大小及 发展。
(1)水准点布置 ①与托换梁相交既有柱及与这些被托换柱相邻轴号上的既有柱;②被托换建筑天面四角及天面四边靠近中点位置;③新施工的托换桩桩顶;④新施工的托换梁支座处及与既有桩相交处;⑤地面沉降观测点。
(2)裂缝观测位置 ①托换建筑物裂缝 既有裂缝及托换过程中出现的裂缝;②托换梁裂缝 包括支座处、受拉区;③托换桩裂缝 包括桩头、桩侧;④其他与托换体系相连的结构构件裂缝。
(3)变形观测位置 ①托换梁梁底变形;②托换梁梁侧变形。
(4)液压参数 ①标定后液压设备压力表读数;②千斤顶活塞长度。
(5)柱沉降监测要求 ①对楼房的所有柱进行沉降监测;②监测仪器的精确度不大于 0.1mm;③基准点要稳定, 不受托换施工和隧道施工影响。
(6)对楼房倾斜监测要求 ①对楼房分别在纵横轴 2 个方向上监测倾斜度;②读数精确度不大于 1mm。
托换完毕 2 个星期内, 仍要进行监测工作。此时仅监测被托换柱的沉降, 第 1 周监测频率为每天 1 次, 第 2 周为 2 天 1 次, 监测数据应及时反馈。
从盾构机到达建筑物下部开始, 到盾构机通过建筑后 2 个星期内, 需对地表沉降及建筑物倾斜、不均匀沉降、裂缝开展情况进行监测。盾构通过时每天监测 2 次, 其他时间 2 天监测 1 次, 监测数据应及时反馈。地面下沉允许值为 10mm; 房屋不均匀沉降允许值为 0.002L(L为框架梁跨长); 房屋倾斜不允许大于 0.004(指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值)。
5 施工注意事项
(1)在原柱上穿孔和凿、锯除承台前, 必须采用型钢或其它 方法 支顶上部横梁, 待施工完毕后方可拆除。
(2)对建筑物的各种地下管线, 如水管、煤气管、电缆等, 要加强保护和监测, 影响施工的可会同有关部门协调处理。
(3)施工对周围的影响 必要时, 建筑物首层为施工面, 其地台、门窗、水电管线处的砖墙均需拆除, 为保证楼上住户使用, 需搭建临时过道及水电线路改道。托换施工完成后, 对地台、砖墙、装修等恢复原样。
(4)施工前, 调查地下管线的布置, 然后制定专门的处理措施。
(5)新旧混凝土结合要牢固。具体措施如下:①为了让新旧结构协调作用, 新旧混凝土界面均要求处理;②将旧混凝土表面凿毛, 深度宜为 10～20mm, 对柱凿毛深度不宜超过 10mm;③凿毛后用水清洗干净, 在新加结构混凝土浇捣前 4h内刷界面处理剂;④凿毛时若发现裂缝等异常情况, 应立即采取临时安全加固措施, 并反馈给设计人员。
(6)施工前应做好盾构机在本段的推进方案, 合理选择切口压力、推进速度等参数, 应保证掘进时地面下沉不超过 10mm。
正文完
