津濱輕軌樁基托換工程墩柱切割施工技術

代敬輝

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300451)

1 工程概況

濱海新區新港四號路地道溝通天津開發區與于家堡中心商務區,地道全長 629 m。其中封閉箱體 189 m,由北向南分別下穿新港四號路、津濱輕軌、進港二線鐵路和大連東道。封閉箱體兩側各為長度 220m的整體式 U形槽結構。地道采用雙向 8車道城市主干道標準,車行道寬度 2×15.25m。下穿津濱輕軌部分采用樁基托換施工工藝,輕軌在施工期間不中斷運行。工程立面如圖1所示。

需要托換的兩個墩柱為輕軌高架橋 A339號和A340號墩,其中 A 339號墩為制動墩,A340號墩為連接墩,上部結構采用預應力混凝土連續梁,梁高為 1.5 m。墩柱為鋼筋混凝土矩形墩,墩柱尺寸為 1.4m×2.2m。下部結構為群樁基礎,每根墩柱下設置 8根φ0.8m鉆孔灌注樁,樁長為 45m,上接鋼筋混凝土承臺,承臺尺寸為 5.6m×6.4m,承臺厚度為 2.0m。本工程的重點是在保證津濱輕軌正常運營的情況下,主動托換輕軌 A339和 A340墩既有基礎后,使地道工程實現下穿。

圖1 工程立面(單位:m)

托換結構由 2跨連續格構式托換大梁和 3排 9根鉆孔灌注樁托換樁基組成,托換大梁和托換樁基間設置地道箱體。托換大梁為預應力混凝土結構,與輕軌橋梁墩柱固結,跨徑為 2×18.75 m,梁高 2m,混凝土強度等級為 C60。地道箱體采用單箱四室結構,總寬度為 50.4m。托換樁基由地道箱體頂、底板中穿過,之間設置 5 cm空隙,以保證托換結構和地道箱體徹底隔離,使兩個結構受力明晰。地道箱體頂高程為2.411m,托換大梁梁底高程為 4.5m,之間預留 2.039 m空間設置樁帽和頂升千斤頂操作空間。托換后的傳力途徑是:輕軌高架橋反力由輕軌墩柱通過墩梁固結傳遞至托換大梁,大梁將力傳遞至 9根托換樁基。工程斷面如圖2所示。

圖2 工程斷面示意(單位:m)

2 托換施工總體思路

整個托換工程分為 3個施工階段,第一階段施工托換結構,主要工作包括:施工 9根托換新樁,樁頂安裝千斤頂,輕軌墩柱表面植筋,施工托換大梁;第二階段進行樁基托換,主要工作包括:通過托換新樁樁頂的千斤頂分級對托換大梁預頂升加載,采用金鋼鏈切割機對輕軌墩柱進行切割,逐步截除輕軌橋梁墩柱,完成托換荷載從舊墩柱向托換新樁的徹底轉換;第三階段組織地道的施工,待地道全斷面通過樁基托換且托換結構及周邊環境的變形基本穩定后,實施托換大梁與托換新樁的固結,使托換結構形成整體,完成托換工程。整個施工過程中最為關鍵的工序就是對輕軌墩柱進行切割。

3 墩柱施工要點

圖3 千斤頂基座布置及切割示意(單位:cm)

在切割墩柱之前,在每根被托換墩柱四周布置 6臺千斤頂,千斤頂施加 1MPa的壓力值,使千斤頂與托換大梁底密貼,然后保持持荷狀態,詳見圖3所示。截除墩柱施工時,將托換荷載先轉移至墩柱周邊千斤頂,之后通過墩柱周邊千斤頂的卸載,使荷載轉移至托換樁,這種工藝可稱之為托換荷載力的主動轉換。采用這種工藝可人為控制荷載的轉換,并防止托換大梁在墩柱被截除的瞬間產生較大的撓曲變形而影響輕軌橋梁的安全。在截除墩柱施工之前,將預加載至理論荷載 100%的樁頂千斤頂卸載至理論荷載的 85%,以確保預頂力小于實際托換荷載,避免反之造成的不可控的輕軌墩柱上抬現象。

3.1 切割設備

采用金鋼鏈切割機對截除墩柱進行切割。

切割設備組成有:喜力得 LP/TS32動力主機 2臺、切割導軌 2套、導向滑輪 2組、快速高壓油管 2套,切割采用高強度金剛鏈鋸。功率:35kW(MAX);運轉率:24 h連續工作制;切割速度:1m2/h;轉速:1 500～2 800轉 /min;驅動壓力:26 MPa;工作介質:ISOVG46號抗磨液壓油;介質清潔度:NAS9級;供電電源電壓:380V;50 Hz;三相四線制。

作業特點:有線遙控作業,保證人員安全;切割速度快,節省時間,每小時大約可切割鋼筋混凝土構件 1 m2;作業空間小,可利用小空間作業,方便快捷;油管采用快速接頭,拆卸方便;工作噪聲低。無振動。

3.2 切割準備工作

(1)安裝數據傳輸設備。安裝光柵尺、電子百分表并進行調試達到可運行狀態。其中光柵尺安裝在1、2、3、4、6、7、8、9號托換樁樁頂與托換大梁梁底之間;每被切割墩柱周圍安裝 4個電子百分表。

(2)安裝切割設備。將主滑軌固定在輕軌既有承臺上;將導向滑輪固定在切割墩上;將切割鏈鋸穿過墩安裝到切割設備上;連接主機與主滑軌上的油管;連接主機與主滑軌和切割部位的水管;連接主機電源;連接主機進水管。

(3)檢查調試切割設備。打開主機電源看主機運轉情況及數據顯示;查看主滑軌前后運動情況;調整導向滑輪位置;試運行系統將墩切出 3 cm左右的鋸印;檢查金剛鏈鋸的連接及受拉情況。

3.3 截除墩柱操作步驟

安裝完成切割鏈鋸后,兩個墩柱同時進行切割,基本保持同步,切割面位于托換梁底以下 15 cm處,切割過程中實時進行數據監測、分析并進行調整;切割前期70%時按正常速度進行,后續切割降低鏈鋸轉速,減速緩慢進行切割。

(1)正式切割應該在最后一班輕軌列車停運以后。

(2)在切割時根據鏈鋸的運行狀況及時將切割縫中放置 8mm鋼板。

(3)切割過程中實時觀察各千斤頂的壓力情況并記錄。

(4)切割過程中實時觀察托梁及墩、樁的位移情況并記錄。

(5)墩切斷后繼續觀察位移和壓力的變化待穩定后切割正式結束。

3.4 截墩切割中注意事項

(1)記錄初始壓力數據、電子百分表全部清零。由領導小組書面發布切割指令。

(2)切割過程中各監測組與切割現場保持聯系,現場人員實時向監測和控制組進行匯報,以便監測組成員能夠清楚的知道墩的切斷情況,有利于對位移、壓力等變化進行分析和調整。

(3)如果切割過程中被切割墩位移達到2mm應立即停止切割,由領導小組進行決策,下達進行調整的指令。

(4)切割時如發現夾鏈鋸現象比較嚴重,需適當對被切割墩下千斤頂的壓力增加,以減輕該現象,防止鏈鋸被壓斷彈出傷人。

(5)切割時間按 1m2/h計算,每個墩為 3.08m2,切割時間總計估計需要 3 h10min。整個工作過程在早上 5點結束,保證輕軌列車運營之前對線路狀態的檢測具有足夠時間。

(6)在切割過程中,發現數據異常時先停止切割,并采取相應的措施防止趨勢擴大,由領導小組作出決策。

(7)切割現場非相關人員禁止接近。

(8)切割過程中工作人員必須與金剛鏈鋸保持一定的距離,以防止鏈鋸拉斷傷人。

(9)由于切割時切割部位和鏈鋸摩擦會產生很大的熱量,必須保證供水進行降溫。

(10)保證電力供應,使切割工作能夠順利進行,保證現場照明滿足施工要求。

3.5 預案措施

(1)截除橋墩時,開始墩柱軸力隨截除面積增大變化不大,應力集中在主筋和剩余混凝土截面上;截斷鋼筋后,殘余混凝土的壓應力增大,墩柱斷面截除70%左右,隨著時間的推移,柱體軸力不斷減小,殘余混凝土的壓應力逐漸增大,直至殘余混凝土被壓壞,軸力完全喪失,因此截墩后期應減慢截樁速度,保證軸力轉移平穩安全。

(2)截墩時,采用從一端向另一端切割橋墩斷面,當截除 50%橋墩斷面后,每次截除 10%斷面后均暫停截墩施工,待實時監測系統反饋信息(新樁沉降量、墩頂位移、托換結構應力)表明托換體系在原樁基隨持力斷面積的減少而逐步實現荷載轉換穩定后,再進行下一步的截墩施工,截除至 70%后,每級截墩面積改為 5%,直至完全截斷原橋墩,實現荷載轉換。此外截墩時盡量保證兩墩同時對稱進行,以防結構出現突然沉降。

(3)備用 20個千斤頂和足夠數量的型鋼,用于緊急情況下對托換大梁或輕軌橋梁進行臨時加固。

(4)預備 15臺大轎車和調度人員在輕軌一旦停運的情況之下保證從塘沽站到東海路站之間乘客的正常運轉。

3.6 荷載轉換

當墩柱斷開后,如果各方面的控制數據在允許范圍內,則連續進行荷載轉換工作。

根據被托換柱周圍千斤頂的實測荷載,按每次 2 MPa對托換柱周圍千斤頂進行卸載。在轉換過程中如出現位移值達到警戒值或其他監測數據不滿足繼續轉換的要求時,需停止轉換進行調整,根據需要調整的位移量,設置位移指令,調整托換樁頂千斤頂頂力完成位移指令目標,調整完成后繼續荷載轉換步驟。

如發生異常情況可先進行應急處理,然后再匯報領導組,進行研究、分析、決策;對每次轉換數據進行拷貝、存檔;轉換完成后的 3d內要高頻率的觀察各方面數據,發生異常上報領導組進行研究、分析、決策。

3.7 施工監測

主動托換技術的核心是監測和控制,采用信息化施工技術,通過施工過程中沉降、變形和受力的實時監測,對監測數據進行系統和相關分析,及時反饋,掌握托換過程中力與變形的關系以及荷載的轉換,對后期變形和受力進行有效的預測和控制,修正和調整施工參數,保證整個施工過程在安全和可控的狀態下進行。

監測內容包括輕軌列車行車安全指標監測,橋梁線形與振動響應監測,橋墩位移與動力響應監測,托換大梁的線形、位移、應力與應變監測,托換樁的軸力、應變及沉降監測,托換大梁與橋墩連結點部位應力、變形監測等 6個子系統。涉及到輕軌的軌道、橋梁、橋墩、被托換橋墩與托換大梁結點、托換大梁以及托換樁等結構部位。其中墩柱截除節段的監測內容主要包括:新樁沉降量,新樁應力,托換梁、梁-墩柱節點應力,托換梁體變形,墩頂位移、轉角,梁-墩柱節點相對變形,橋梁自振特性、振動響應、墩頂振動響應,輕軌列車行車安全指標等內容。

在各參建單位的通力協作下,經過精心組織、精細化操作,墩柱切割和荷載轉換施工在高精度的監測系統嚴密監控下順利完成,各項指標均在安全范圍內。

4 結語

采用樁基托換保證了施工期間津濱輕軌的正常運營,建成后的新港四號路地道工程與濱海新區中央大道的定位非常匹配,行車舒適度高,通車 1年多來,社會反響良好。通過本工程的實施,為托換工程提供了一個新的成功范例,對復雜托換工程設計方案的選取和應用具有積極的借鑒意義。施工過程中形成的墩柱切割技術操作簡單、可控性強,非常具有推廣意義。

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