高架橋與地鐵共建托換樁基施工技術(shù)

(湖南省沙坪建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

高架橋與地鐵共建托換樁基施工技術(shù)

譚光耀

(湖南省沙坪建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

長(zhǎng)沙市萬(wàn)家麗路快速化改造工程高架橋與地鐵站因位置原因需進(jìn)行共建施工，共建的托換樁基既作為地鐵車站結(jié)構(gòu)中間柱，又作為高架橋的橋樁基，且高架橋先于地鐵站施工，此種情況在國(guó)內(nèi)極為罕見(jiàn)。為此主要對(duì)本次施工中運(yùn)用的雙護(hù)筒成孔及“兩點(diǎn)定位改進(jìn)”進(jìn)行鋼管柱定位的方法進(jìn)行介紹，供類似工程參考。

高架橋； 地鐵； 托換樁基; 雙鋼護(hù)筒; 兩點(diǎn)定位改進(jìn)

1 工程概況

長(zhǎng)沙市萬(wàn)家麗路快速化改造工程高架橋在萬(wàn)家麗廣場(chǎng)處與擬建的長(zhǎng)沙市地鐵萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站交匯。萬(wàn)家麗高架原設(shè)計(jì)圖紙中，共有5個(gè)橋墩侵入地鐵車站范圍內(nèi)，其中2個(gè)橋墩侵入車站公共區(qū)，3個(gè)侵入車站設(shè)備區(qū)。

根據(jù)高架橋及地鐵車站的施工工期安排，高架橋會(huì)先于地鐵站施工，故需要對(duì)侵入車站的5個(gè)橋墩與地鐵車站部分立柱同時(shí)共建施工。對(duì)于侵入車站設(shè)備區(qū)的橋墩設(shè)計(jì)，為減少設(shè)備區(qū)占用面積，在橋墩兩側(cè)對(duì)應(yīng)車站結(jié)構(gòu)柱軸線位置，采用6根直徑800 mm鋼管混凝土柱，鋼管壁厚20 mm，柱頂設(shè)獨(dú)立承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為11 m(長(zhǎng))×8.5 m(寬)×2.5 m(高)。在鋼管柱與車站主縱梁相交處預(yù)埋其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，樁底采用直接2.2 m鉆孔樁基礎(chǔ)。對(duì)于侵入車站公共區(qū)的橋墩，為盡量減少橋墩對(duì)公共區(qū)功能的影響，在橋墩兩側(cè)對(duì)應(yīng)車站結(jié)構(gòu)柱軸線位置采用4根2.0 m×0.8 m方鋼管柱，方鋼管柱壁厚22 mm，垂直柱長(zhǎng)邊方向在內(nèi)部設(shè)置22 mm鋼板將方鋼管柱分成2個(gè)等面積小柱，柱頂設(shè)獨(dú)立承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為10.8 m(長(zhǎng))×9.3 m(寬)×3.0 m(高)，在鋼管柱與車站主縱梁相交處，預(yù)埋其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，方鋼管柱下采用直徑3m的鉆孔樁基礎(chǔ)。地鐵托換結(jié)構(gòu)橫斷面圖如圖1所示。

圖1 地鐵托換結(jié)構(gòu)橫斷面圖

1.1 地質(zhì)情況

根據(jù)此處地質(zhì)資料,地面以下0～2.3 m為雜填土，2.3～4.5 m為粉質(zhì)粘土，4.5～9.1 m為卵石層，9.1～9.4 m為粉質(zhì)粘土，9.4～11.2 m為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，11.2 m以下至孔底為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。見(jiàn)圖2。

圖2 地質(zhì)剖面圖(單位: m)

1.2 施工難點(diǎn)

1) 相對(duì)于一般樁基，此處托換樁基樁徑大(分為2.2 m和3 m兩種直徑)，同時(shí)因地質(zhì)條件原因即卵石層較厚(>4.5 m)，成孔過(guò)程中極易塌孔，此為托換樁基施工難點(diǎn)之一。

2) 托換施工分為樁基成孔、砼澆筑、鋼管柱制作及吊裝、鋼管柱定位、鋼管柱核心混凝土澆筑等多種環(huán)節(jié)，工序極為復(fù)雜。此為托換樁基施工難點(diǎn)之二。

3) 托換樁基中鋼管柱安裝精度是重點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求本工程鋼管柱的平面位置、垂直度要求極高，此為托換樁基施工難點(diǎn)之三。

2 主要施工技術(shù)

2.1 樁基成孔方法

根據(jù)此處附近高架橋其他樁基(非托換樁基)施工情況,類似地質(zhì)情況條件下，采用常規(guī)的泥漿護(hù)壁方法進(jìn)行成孔，仍存在塌孔情況。綜合考慮采用加長(zhǎng)鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁，同時(shí)因后續(xù)的鋼管柱定位需要人工進(jìn)入孔中操作，為工人安全考慮，孔內(nèi)全部采用鋼護(hù)筒護(hù)壁。即成孔采用雙護(hù)筒。見(jiàn)圖3。

第1層護(hù)筒(孔上部)的作用為防止成孔時(shí)塌孔，第2層護(hù)筒(孔下部)的作用為確保操作人員安全。2層護(hù)筒中搭接長(zhǎng)度為1 m。搭接處空隙用水泥砂漿填實(shí)。

以設(shè)備區(qū)直徑2.2 m鉆孔樁為例，首先利用震動(dòng)錘將直徑2.5 m鋼護(hù)筒(鋼護(hù)筒采用Q235型、壁厚12 mm)，插打至地面以下12 m深度；再利用直徑2.35 m鉆頭進(jìn)行鉆孔，鉆孔至地鐵基坑底部下1 m左右，下放直徑2.35 m鋼護(hù)筒至基坑底部以下1 m。

圖3 雙層護(hù)筒示意圖(單位： mm)

公共區(qū)直徑3.0 m鉆孔樁采用的鋼護(hù)筒直徑分別為3.4、3.2 m兩種。

2.2 鋼管柱精確定位

2.2.1 方案選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼管柱精度要求極高，鋼管柱的定位是否精準(zhǔn)決定著此項(xiàng)工程的成敗。

此處暗挖逆作法地鐵車站鋼管柱定位安裝，常規(guī)的做法是：在成孔完成后，由人工下至孔底安裝定位器，通過(guò)定位器實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管柱的精確定位。

第2種方法為參照國(guó)內(nèi)少數(shù)工程如天津市文化中心站的管柱安裝的方法。即采用兩點(diǎn)定位法，一點(diǎn)設(shè)在地表，一點(diǎn)設(shè)在孔內(nèi)。地表利用定位平臺(tái)對(duì)鋼管柱頂端進(jìn)行高程和平面控制，孔內(nèi)利用鋼管柱內(nèi)定位螺旋千斤頂對(duì)鋼管柱下端一定位置進(jìn)行定位，通過(guò)兩點(diǎn)確定一條直線的方法對(duì)鋼管柱進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2種方法對(duì)比見(jiàn)表1。

長(zhǎng)沙市萬(wàn)家麗路快速化改造工程高架橋工期極其緊張(要求在2015年10月1日前通車)，此處托換樁基因也征拆問(wèn)題在2015年5月份才開(kāi)始施工?？紤]工程施工周期，為保證施工進(jìn)度，同時(shí)兼顧質(zhì)量安全，此處托換樁基采用一種新的方法進(jìn)行施工，即對(duì)兩點(diǎn)定位方法進(jìn)行改進(jìn)的全新施工方法：頂部采用定位平臺(tái)，鋼管柱下部采用可調(diào)托螺桿定位。

2.2.2 頂部平臺(tái)與可調(diào)托螺桿定位技術(shù)

1) 鋼筋砼平臺(tái)制作(見(jiàn)圖4)。

表1 2種方法對(duì)比方法名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)定位器定位工藝成熟，能滿足鋼管柱精確定位要求工序復(fù)雜，人工須下至孔底安全隱患相對(duì)較大，多次澆筑混凝土，工期較長(zhǎng)頂部平臺(tái)+定位螺桿鋼管柱能精確定位，孔內(nèi)鉆孔樁混凝土一次澆筑，工期相對(duì)較短需提前在鋼管柱內(nèi)安裝4個(gè)螺旋千斤頂，人工要從鋼管柱內(nèi)進(jìn)入調(diào)節(jié)千斤頂，操作難度大

圖4 鋼筋砼制作平臺(tái)(單位: mm)

① 鋼筋砼平臺(tái)采用C25砼，平整度高低控制2 mm以內(nèi)。平臺(tái)制作完成后，控制要放到平臺(tái)，平臺(tái)上要預(yù)設(shè)4塊預(yù)埋鋼板以控制鋼立柱安裝精度。

② 平面位置和水平高度調(diào)整完畢后，平臺(tái)上的工字鋼跟預(yù)埋鐵件焊接，增加定位的穩(wěn)定性。

③ 砼平臺(tái)制作質(zhì)量直接影響到鋼立柱的吊放質(zhì)量，安裝后的位置和水平高度需由專人進(jìn)行驗(yàn)收復(fù)核。

④ 定位平臺(tái)在開(kāi)挖承臺(tái)時(shí)拆除。

2) 鉆孔灌注孔成孔。

灌注孔擬采用420型旋挖機(jī)干挖成孔，鋼護(hù)筒護(hù)壁。再由旋挖機(jī)取土成孔至設(shè)計(jì)深度。

3) 鋼筋籠安裝及聲測(cè)管的安裝(見(jiàn)圖5)。

鉆孔灌注樁成孔后，經(jīng)過(guò)各部門驗(yàn)收合格后，立即安裝鋼筋籠。設(shè)計(jì)要求樁身質(zhì)量檢測(cè)采用4根聲測(cè)管進(jìn)行，由于設(shè)計(jì)鋼筋籠較短，離地面還有約23.5 m，所以必須設(shè)置一個(gè)吊裝鋼筋籠并確保吊裝質(zhì)量及聲測(cè)管安裝的部件，采用8根Φ28 的吊筋做為吊放鋼筋籠及安裝聲測(cè)管部件，聲測(cè)管綁扎在吊筋上，吊筋四周綁扎為Φ10的螺旋箍筋，螺旋箍筋間距50 cm，以增加整體剛度。

圖5 鋼筋籠及聲測(cè)管安裝

4) 鋼管柱吊裝。

管柱吊裝采用2臺(tái)吊機(jī)吊裝，一臺(tái)70 t履帶吊，一臺(tái)150 t汽車吊，2臺(tái)吊機(jī)把鋼管柱吊起后，以防止鋼管柱底部戳地變形。操作時(shí)一臺(tái)吊車在鋼管柱上端兩點(diǎn)起吊鋼管柱，同時(shí)另一臺(tái)吊車起吊鋼管柱底部，使鋼管柱上端起吊過(guò)程中，其底部脫離地面。輔助吊車緩慢放繩，待鋼管柱完全垂直吊離地面，且相對(duì)穩(wěn)定后，將其與輔助吊車分離。對(duì)準(zhǔn)樁位，下放鋼管柱，慢插入孔。

5) 鋼管柱定位安裝。

① 鋼管柱標(biāo)高定位(見(jiàn)圖6)。

當(dāng)水平定位平臺(tái)制作好后，測(cè)量定位平臺(tái)頂標(biāo)高，根據(jù)測(cè)量結(jié)果在鋼管柱上焊接2個(gè)鋼板定卡，鋼管柱吊放入樁內(nèi)后，定位卡懸掛在45#工字鋼上，既保證鋼管柱高程定位準(zhǔn)確，又保證鋼管柱處于垂直狀態(tài)。鋼立柱吊放應(yīng)慢吊、輕放、直放，從調(diào)節(jié)平臺(tái)下部的樁位限位孔中慢慢入孔。入孔時(shí)應(yīng)該特別注意盡量避免鋼立柱碰撞平臺(tái)。

圖6 鋼管柱標(biāo)高定位

② 鋼管柱頂平面定位(見(jiàn)圖7)。

圖7 鋼管柱頂平面定位

平面定位根據(jù)測(cè)量鋼管柱中心十字線放出鋼管柱的邊線，利用鋼管柱邊線，用45#工字鋼控制，用2根工字鋼把鋼管柱夾牢，控制南北向鋼管柱的位置后，把45#工字鋼與砼控制平臺(tái)上的預(yù)埋鐵件焊牢，再用全站儀把東西向控制放在工字鋼上用2根18#角鐵焊在工字鋼上控制東西向鋼管柱邊線。

③ 鋼管柱垂直度定位(見(jiàn)圖8)。

圖8 鋼管柱垂直度定位

掛在定位平臺(tái)上，由于自重作用，鋼管柱將處于鉛錘狀態(tài)，利用垂準(zhǔn)儀進(jìn)行檢查，當(dāng)出現(xiàn)偏移時(shí)，操作工人通過(guò)孔內(nèi)爬梯地面下16 m左右處，將可調(diào)托的固定端焊接在鋼護(hù)筒上，可調(diào)托的自由端調(diào)節(jié)頂動(dòng)鋼管柱，來(lái)調(diào)節(jié)鋼管柱的垂直度。圓鋼管柱采用4根可調(diào)托定位螺桿，方鋼管柱采用6根可調(diào)托定位螺桿，均對(duì)稱分布。直至垂直度滿足要求。作業(yè)人員進(jìn)入孔內(nèi)操作時(shí)需佩戴安全帶，上部應(yīng)向孔內(nèi)鼓入充足的空氣防止操作人員窒息。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)城市的高速發(fā)展，城市高架橋樁基與地鐵站位置出現(xiàn)沖突的情況愈來(lái)愈多，高架與地鐵站共建成為必然選擇。共建樁基施工相對(duì)于于常規(guī)樁基施工工序多而復(fù)雜、精度要求高，尤其其中鋼管柱的定位精度要求是重中之重。針對(duì)此種情況，需要施工單位有效地借鑒類似工程并結(jié)合自身實(shí)際情況，采用合適的施工方法。

[1] 鄭騏.蓋挖逆作法地鐵車站的中間樁施工技術(shù)[J].市政技術(shù),2009,27(5):498-500.

[2] 張海，陸宜川．蓋挖順作法一柱一樁高精度定位控制施工[J]．建筑施工，2011(3).

1008-844X(2017)03-0153-04

U 445.55+1

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2017-01-06

譚光耀(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事路橋建設(shè)。