文章编号:100926825(2009)1820320203上海地铁10号线穿越桥梁桩基础托换施工方案收稿日期:2009202220作者简介:占颂嵩(19742),男,工程师,浙江金华新洲置业有限公司,浙江金华 321000王俊峰(19752),男,工程师,绿城房地产集团有限公司,浙江杭州 310000占颂嵩 王俊峰摘 要:依据上海市地铁新一轮发展的特点,以上海市地铁M10线沙泾港桥段的盾构穿越桥梁基础工程为背景,提出了地基加固和托换施工的关键技术问题并进行了相应的研究,最后给出了适合沙泾港桥处盾构穿桩工程问题的托换施工的初步解决方案,为今后遇到该类工程难题提供了一种更经济、省时、合理的解决途径。
关键词:盾构,桥梁桩基,除桩,托换,地基加固中图分类号:TU753.3文献标识码:A1 工程背景与概况随着上海国际化大都市建设进程的加快,不断增长的客流量也对上海地铁发展提出了更高要求。
目前,上海轨道交通运营线路共有4条,营运总里程95km ,计划到2010年运营线路达到11条,营运总里程达到400km 。
而据远景规划,运营线路将达到17条,运营总里程将上升至810km 。
上海新一轮地铁建设显现出的主要特点有:地铁建设的速度将远超过日本等发达国家的建设速度;目前开放的设计和施工市场集合了全国乃至全世界的施工力量,技术与信息交流环境具有开放性;过去的地铁建设为新一轮地铁的建设提供了丰富、宝贵的经验,新的建设势必会大大减少在这方面的资源的消耗;目前主要的不利因素就是地铁施工环境日益复杂,新旧线、新建线路之间的交叉、穿越以及盾构穿越既有建筑物等问题将更突出,随着施工要求的提高,这些复杂问题的妥善解决及其相关关键技术的研究必然会显得格外重要。
拟建的上海市轨道交通10号线全长42km ,能够形成城市北部与西部便捷通道,缓解城市南北交通走廊、外滩蜂腰地段交通压力。
而在地铁10号线全程遇到的盾构所需穿越桥梁桩基础的情况就有沙泾港、走马塘、程家桥和黄兴路下立交桥等四处。
本文拟将以盾构穿越沙泾港桥桩基础进行托换和除桩为工程背景,对盾构穿桩的托换除桩及地基加固等技术进行初步探讨。
2 托换施工的关键技术在钢板上也涂一层胶浆,间隔片刻再在钢板上均匀地铺一层环氧树脂砂浆,大约2mm 。
随即将钢板贴到混凝土表面上,旋紧螺丝进行加压,直至多余的胶浆沿板边挤压出来。
固化后,卸除螺帽,截去外露的螺丝杆,并留出2mm ～3mm 进行冷铆;4)检查粘贴质量:采用肉眼观察,如发现钢板与混凝土表面之间有孔隙,马上填入环氧树脂胶浆补贴;5)防护处理:首先清除钢板表面污染,并用钢刷除去螺栓锈斑,再涂一层环氧树脂薄浆罩面,然后涂两层防锈漆。
4.2 水泥混凝土桥面铺装加固1)凿除水泥混凝土桥面铺装,剔除铰缝混凝土;2)在梁板顶面植筋,使该钢筋伸入铺装层,锚固筋顶部与铺装钢筋进行焊接,使桥面铺装与梁板共同受力;3)提高铰缝混凝土标号,铰缝顶面增设铰缝横向连接钢板,加强铰缝横向传力,增强上部承重构件的横向联系;4)提高铺装混凝土标号,加大铺装厚度,加强桥面铺装的布筋,加粗、加密铺装层钢筋中的横向传力。
不仅补强了桥梁梁板的承载能力,还增加桥梁的横向刚度,加强桥梁荷载的横向分布。
5 结语1)桥梁经过加固维修,桥板的整体性大大提高,单板受力问题得到很好解决。
经过一年来的运行实践证明,达到了预期效果。
2)桥梁从桥面铺装开始损坏直至造成单板受力并导致板梁出现裂缝,假如对桥面铺装病害能及时处理,就有可能不会出现单板受力,也就无需对梁板进行加固,所以桥梁在使用期间,对各结构部位应定期检查,发现病害及时处理,病害发现得越早、维修工作量就越小,反之则越大。
3)桥梁的病害进一步加剧,跟超过荷载标准的重载运输是密切相关的,公路管养部门应加强管理,规范控制超载超限车辆的出入。
4)类似本文所述的桥梁,现在由于各种原因,存在较为普遍,对于该类桥梁的维修加固,本文提供了一种可行的方法。
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既有桩基础为400×400钢筋混凝土方桩,桩身长度为26m ～27m ,均为摩擦桩。
沙泾港桥离车站很近,加上线路纵向坡度的限制,隧道不能避开桩基础只能从桩下通过。
盾构机外径7m ,因此初步计算需要拔除桥墩处每排4根桩,桥台处每排3根桩,共需拆除基桩共14根。
2.2 桥墩桥台的托换施工施工作业主要包括桥墩桥台的托换和除桩两个方面,托换前须对桥下地基进行适当加固。
地基土进行加固能使地基在施工期间作为承载结构而存在,而且能提高基桩的桩侧摩擦系数,从而提高摩擦桩承载力。
此外,地基加固能够保证土体的完整性,利于施工安全,地基加固如图1所示。
图1中,桥台下较深色的加固区域为开挖导坑用,导坑的开挖是为了未截断需拔除障碍桩,为拔桩提供一定的作业空间,方便套管和拔桩机械的施工。
为了保证桥梁维持正常的交通功能,必须确保桥梁有足够的承载力、强度、抗变形能力以及沉降的控制。
在除去形成障碍的基桩后,桥墩桥台的承载能力势必下降,通过理论计算对沙泾港桥进行补设基桩加固,同时在桥台下增设钢桁架有效控制其承载能力和变形。
如图2所示为增设新桩基节点示意图。
此外,实施托换施工前需通过理论计算和分析得出关键参数,确保施工的安全性和科学性。
2.3 地基加固及既有桩基的拆除该工程中实施地基加固工法的主要目的有3个:1)保证既有建筑物(桥墩、桥台)的稳定性,同时提供一定的地基承载力;2)对桥台下用于导坑开挖的部分区域进行地基加固的起止水和稳定土体的作用,从而能确保有一定的拔桩作业空间;3)提高土体的强度,增加桩侧摩擦力,提高桩基的整体承载能力。
为导坑开挖而实施的地基加固可选用注浆、深层搅拌和冰冻法三种方式,但为确保桥台下导坑开挖时地基土的强度和止水特性,建议选用注浆和深层搅拌工法。
目前,对于既有桩基的拆除主要有在地上拔桩和在地层内拆除两种。
在地上拔桩又可分为深部开挖工法和套管拔桩;在地层内除桩也可分为盾构机内部人工拆除和盾构机直接切割桩基两种。
3 托换施工总体方案设计该方案主要施工流程如下:1)地基加固及挡土结构施工(桥台背面的路面构造用)。
设计时需考虑作业空间的需求、挡墙的形式、稳定性等。
此外,需考虑河的影响以确保作业空间,并避免对河水的污染。
2)桥台背面开挖,桥面覆盖。
桥台背面开挖的目的是为了确保对桥台进行加固时所需要的作业空间,桥面覆盖的目的是为确保道路上的车辆通行。
3)地基加固。
地基加固主要包括两个方面:a.桥墩桥台基础的加固;b.除桩时的地基加固。
前者是为了将加固体作为桥梁基础承受本来由拆除桩基所承担的荷载;后者是为了确保在盾构掘进除桩作业时的安全稳定和人工作业的空间。
实施这两方面的地基加固时,需对加固范围和加固强度进行科学的计算,为施工提供理论依据。
4)桥墩桥台的桁架补强。
为了确保拆除桩基上承受的荷载向其他桩基以及加固后的地基进行传递的同时,提高桥墩、桥台承受垂直于纵轴线方向的弯矩和剪力的能力,有必要对桥梁结构进行补强。
补强的方法可以使用钢材或考虑粘贴碳纤维等具有高度抗拉的材料,且建议作为支撑桁架用的钢材进行防腐蚀处理。
当地基加固后地基的承载力足够的情况下可以采用夹板梁;如果地基加固后其承载力达不到要求,可以加大加固范围,或者采用增加基桩来确保承载力,此时需要设置支托梁(见图2)。
5)先行盾构掘进,拆除桩基。
桩基拆除的最直接目的就是使得盾构顺利通过,保证隧道的正常施工。
基桩拆除时需对桥墩桥台变形进行严格监测。
6)桥墩桥台补强钢构件养护,桥台背面回填,拆除挡土结构,路面恢复。
4 结语本文以上海市地铁M10线沙泾港桥段的盾构穿越桥梁基础工程为依托,提出了地基加固和托换施工的关键技术问题并进行了相应研究,最后给出了适合沙泾港桥处盾构穿桩工程问题的托换施工的初步解决方案,为今后遇到该类工程难题提供了一种更经济、省时、合理的解决途径。
对此次上海市地铁10号线盾构穿越沙泾港段桥墩桥台桩基础实施托换技术,一方面可以更加快速和高效地解决盾构穿越桩基的工程实际问题,另一方面又能引进和吸收发达国家在该项技术方面的先进经验,有利于日后在国内的推广,并将为今后盾构穿桩这种复杂且常见的工况提供最直接的经验。
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