南京地鐵三號(hào)線主動(dòng)樁基托換工程設(shè)計(jì)

黃曉東，黃東初

(南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇南京 210018)

1 工程概述

南京地鐵三號(hào)線區(qū)間隧道在卡子門站北側(cè)下穿南北向龍?bào)茨下罚罔F隧道左線穿越龍?bào)茨下犯呒軜驑蚺_(tái)(見圖1)，對(duì)橋臺(tái)的樁基有影響；隧道右線穿越龍?bào)茨下犯咛钔谅坊鶕跬翂A(chǔ)，擋土墻基底設(shè)置預(yù)制方樁。地鐵左線需截?cái)鄻蚺_(tái)5根樁基及10根擋墻預(yù)制方樁,右線需截?cái)?2根擋墻預(yù)制方樁。橋臺(tái)樁基樁徑1.0 m，樁長18.2 m；擋土墻方樁規(guī)格20 cm×20 cm，樁長8.5m。具體見圖2及圖3所示，圖中陰影部分為受影響部位。

圖1 地鐵三號(hào)線穿越高架橋橋臺(tái)現(xiàn)場

圖2 地鐵三號(hào)線與高架橋橋臺(tái)平面關(guān)系圖(單位：cm)

圖3 地鐵三號(hào)線與高架橋橋臺(tái)、擋墻立面關(guān)系圖(單位：cm)

高架橋上部結(jié)構(gòu)為20 m跨先張法簡支空心板梁橋，橋面寬度26 m，梁高90 cm，中板22塊，邊板2塊。橋臺(tái)為扶壁臺(tái)，臺(tái)高6.66 m，基礎(chǔ)為18根1 m鉆孔灌注樁，承臺(tái)尺寸為27 m×6 m×1.6 m(橫橋向×順橋向×高)，承臺(tái)埋深0.75 m,臺(tái)后側(cè)墻長3 m，臺(tái)后為高填土接扶壁式擋土墻。

2 影響分析

地鐵三號(hào)線分別通過擋土墻方樁及橋臺(tái)樁基后，橋臺(tái)樁基由18根減少為13根，擋墻方樁樁長由8.5 m縮短為4.5 m，需對(duì)橋臺(tái)及擋墻復(fù)合地基進(jìn)行加固。

若用盾構(gòu)機(jī)直接截?cái)鄻痘┕ぃ瑢?duì)盾構(gòu)機(jī)及橋梁結(jié)構(gòu)本身受力均存在安全隱患，故先對(duì)樁基進(jìn)行托換，而后截樁施工。

3 橋臺(tái)加固方案的選型分析

對(duì)隧道穿越范圍橋臺(tái)樁基處理采用主動(dòng)樁基托換，而后礦山法施工替代盾構(gòu)機(jī)施工，通過豎井在洞內(nèi)截樁。對(duì)隧道穿越范圍高架橋橋臺(tái)兩側(cè)擋土墻下部樁基在礦山法隧道穿越時(shí)洞內(nèi)截樁處理。此部分通過加強(qiáng)礦山法初支強(qiáng)度、增強(qiáng)配筋承受洞頂方樁部分荷載，另通過隧道拱頂袖閥管注漿及提前預(yù)注漿處理，提高復(fù)合地基承載力。

截樁施工完成后，對(duì)礦山法洞身范圍及豎井在盾構(gòu)上方1 m以下采用C15素混凝土回填，豎井在盾構(gòu)上方1 m以上至地面采用粘土回填，并壓實(shí)處理，壓實(shí)度不小于95%，而后盾構(gòu)通過。

由于龍?bào)茨下方煌糠浅４螅鲃?dòng)樁基托換的前提條件需保證現(xiàn)狀高架橋正常通車，不中斷交通。托換方案分別從勁性托換梁方案和承臺(tái)補(bǔ)償方案進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 勁性托換梁方案

在橋臺(tái)的側(cè)面、承臺(tái)底、承臺(tái)正面各布置1根直徑1.5 m樁基，由于受現(xiàn)場條件限制，樁基均采用人工挖孔樁，三根樁呈三角形布置。沿著樁的布置方向澆筑三道主梁，主梁高2 m寬1.7 m；在老橋樁基處順橋向澆筑次梁，次梁與主梁形成框架體系。老橋樁基支撐于由主梁及次梁組成的框架上，且在主梁及次梁底部截?cái)啵纬煽臻g受力體系。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，次梁采用鋼筋混凝土梁，挖孔樁樁底直徑3 m，樁長18 m，進(jìn)入K1g-3-2中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，該巖層單樁抗壓強(qiáng)度6.55 MPa。具體見圖4、圖5所示。

圖4 勁性托換梁平面總圖(單位：cm)

圖5 勁性托換梁立面總圖(單位：cm)

托換梁采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土。通過對(duì)原老橋橋臺(tái)群樁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，得到單樁樁頂內(nèi)力，取1～3號(hào)樁、10和11號(hào)樁樁頂內(nèi)力作用在勁性托換梁上，采用有限元建模分析(見圖6)，計(jì)算勁性托換梁及人工挖孔樁頂內(nèi)力，從而進(jìn)行相應(yīng)的配筋計(jì)算(見表1、表2)。

圖6 勁性托換梁有限元模型

表1 老橋橋臺(tái)群樁內(nèi)力分配表

表2 勁性托換梁豎向力計(jì)算結(jié)果一覽表(單位：kN)

勁性托換梁方案自身的優(yōu)點(diǎn)為受力明確，真正地起到主動(dòng)樁基托換的作用。缺點(diǎn)是土方開挖量大，基坑開挖支護(hù)比較困難，施工期間的排水、防水，施工周期長等問題。

3.2 承臺(tái)補(bǔ)償方案

3.2.1 方案設(shè)計(jì)

在橋臺(tái)的側(cè)面及正面布置3根樁徑1.8 m人工挖孔樁，呈三角形布置。樁頂接2.3 m厚承臺(tái)，承臺(tái)與老橋承臺(tái)之間通過植筋連接，接觸面鑿毛，形成一個(gè)大承臺(tái)，與老橋承臺(tái)共同受力。具體見圖7所示。

圖7 承臺(tái)補(bǔ)償方案平面總圖(單位：cm)

該實(shí)施方案施工難度比勁性托換梁方案較易。保證新、老混凝土有效連接，以及增加承臺(tái)混凝土澆筑密實(shí)是該方案的重點(diǎn)。老承臺(tái)接觸面鑿毛20 cm，用高壓水沖洗干凈，并涂抹水泥基界面劑。新承臺(tái)采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土，新老承臺(tái)連接見圖8所示。

圖8 新老承臺(tái)植筋連接大樣圖(單位：cm)

采用有限元建模分析，該計(jì)算模型假定托換結(jié)構(gòu)的新承臺(tái)與老承臺(tái)之間為接觸良好，按照整體建模考慮。因此新老結(jié)合面的處理是實(shí)際工程的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)和施工必須重視。模型中樁基編號(hào)與托換結(jié)構(gòu)中的編號(hào)一致，不考慮老橋橋臺(tái)1～3、10、11樁基(共5根)參與受力，具體模型見圖9所示。

圖9 承臺(tái)補(bǔ)償有限元模型

計(jì)算新承臺(tái)配筋、老承臺(tái)內(nèi)力分析、托換結(jié)構(gòu)后，群樁內(nèi)力進(jìn)行重分配。計(jì)算結(jié)果表明新老承臺(tái)能滿足規(guī)范要求，而群樁樁頂內(nèi)力見表3、表4所列。

表3 承臺(tái)補(bǔ)償后群樁內(nèi)力分配表

表4 承臺(tái)補(bǔ)償后群樁內(nèi)力分配表

新承臺(tái)與老承臺(tái)之間樁基不均勻沉降4.3mm。由于老橋樁基沉降基本已穩(wěn)定，為減少新老承臺(tái)的不均勻沉降，對(duì)新樁基采取相應(yīng)措施預(yù)壓；而人工挖孔樁本身進(jìn)入K1g-3-2中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，嚴(yán)格控制沉渣，從而進(jìn)一步控制不均勻沉降。

對(duì)既有橋臺(tái)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)頂面及路面進(jìn)行沉降監(jiān)測，檢測點(diǎn)間距3 m，沿橋梁及路基擋墻既有結(jié)構(gòu)邊緣布置。監(jiān)測頻率、預(yù)警值應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度及產(chǎn)權(quán)單位要求確定。

3.2.2 注意事項(xiàng)

(1)托換樁基平面布置時(shí)注意與地鐵隧道距離，保證樁基不影響地鐵施工；與老橋其它樁基中心距離滿足規(guī)范要求。

(2)新舊混凝土結(jié)合面連接的構(gòu)造措施。

(3)考慮樁基不均勻沉降對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。

(4)混凝土澆筑期間需采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧x擇在夜間車流量少的時(shí)候進(jìn)行混凝土澆筑，減小橋梁振動(dòng)對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量的影響。

(5)制定完善監(jiān)控項(xiàng)目及監(jiān)控指標(biāo)，各項(xiàng)監(jiān)測工作的監(jiān)測頻率根據(jù)施工進(jìn)度確定，結(jié)構(gòu)變形過大或場地情況變化時(shí)應(yīng)加密監(jiān)測，有事故征兆時(shí)則需連續(xù)監(jiān)測。每次監(jiān)測工作結(jié)束后，及時(shí)提交監(jiān)測結(jié)果和處理意見。監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在遠(yuǎn)離工程外穩(wěn)定地點(diǎn)，保證監(jiān)測精度。

4 結(jié)語

從結(jié)構(gòu)受力、施工難易度、施工工期、工程造價(jià)等方面綜合考慮，優(yōu)化選定了承臺(tái)補(bǔ)償方案作為橋臺(tái)主動(dòng)樁基托換方案，對(duì)于將來同類橋梁的加固處理起到借鑒作用。

[1]柳憲東，王睿，等.南京地鐵三號(hào)線工程施工設(shè)計(jì)第五篇區(qū)間工程第十九冊(cè)雨花門站-卡子門站區(qū)間第一分冊(cè)平縱斷面及襯砌環(huán)布置圖[R].廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012.

[2]CJJ 11-2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]JGJ 145-2004,混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S].