深厚軟土地基上跨淺埋地鐵樁板結構施工技術研究

劉家兵

深厚軟土地基上跨淺埋地鐵樁板結構施工技術研究

劉家兵

(杭州鐵路樞紐建設有限公司,杭州 310020)

樁板結構具有強度高、剛度大、穩定性好、沉降小等特點。滬杭客運專線DK5+344.8～DK5+374.8段為上跨淺埋地鐵深厚軟土路基,采用樁板結構處理此段特殊路基。對施工難點進行分析,深入研究樁板結構路基的施工技術,包括施工控制要點、施工工藝和施工流程等。采用全套管鉆孔樁施工工藝,對樁板結構鉆孔樁樁底進行注漿加固,基坑開挖與混凝土澆筑施工按分部、分段進行,同時采用硬化施工場地等措施。工程實踐表明,樁板結構新技術、新工藝的應用,滿足了深厚軟土地基沉降控制要求。

滬杭客運專線;深厚軟土;淺埋地鐵;樁板結構;施工技術

1 概述

樁板結構由鋼筋混凝土樁、托梁和承載板,或鋼筋混凝土樁和承載板組成,較傳統的路基形式而言,不僅是一種新的路基結構形式,也是一新型的地基處理技術與加固方法,它是介于橋梁與傳統路基之間的一種特殊的結構形式,具有強度高、剛度大、穩定性好、沉降小等特點[1-2]。目前,樁板結構在國內外無砟軌道高速鐵路建設中,主要用于處理深厚軟弱地基、濕陷性黃土地基、橋隧間短路基過渡段等[3-4],廣大學者和工程人員對樁板結構應用于高速鐵路也做了大量研究[5-6]。在2010年8月,中華人民共和國鐵道部發布的行業標準《鐵路工程地基處理技術規程》中,對鋼筋混凝土樁板結構的設計及施工作出了原則規定,但對于特殊條件下的樁板結構還需要特殊情況特別考慮[7]。結合新建上海至杭州客運專線中采用樁板結構處理深厚軟土路基的工程實踐,深入研究了對于上跨淺埋地鐵深厚軟土路基應用樁板結構的施工技術,包括施工控制要點、施工工藝和施工流程等。

2 工程概況

新建上海至杭州客運專線虹橋至七寶段為沖海積平原區,地勢平坦開闊。在DK5+284～+435范圍內以87°交角上跨上海市9號地鐵后下穿滬淞公路立交橋及其匝道立交橋,交叉處路基填高約1.0 m、地鐵為3股道的盾構隧道。地鐵圍巖為深厚(厚22 m)淤泥質黏土,下覆厚層粉土、粉細砂。盾構直徑6.2 m、線間距10m、埋深7.5m,屬淺埋地鐵。經過多方論證及深入研究,決定采用全套管鉆孔樁樁板結構聯合樁底注漿技術上跨上海市9號地鐵,如圖1所示。主要措施[8]為:(1)樁板結構跨度10 m,3跨1聯,沿線路縱向10m(即盾構隧道線間距)設置一處托梁,托梁上部按上下行線分幅鋪設承載板,承載板上鋪設無砟軌道,如圖2所示。路基軌道按一次性鋪設跨區間無縫線路設計,采用CRTSⅡ型鋼筋混凝土軌道板,尺寸為L× B×H=6.45 m×2.55 m×0.20 m。混凝土支撐層采用C15素混凝土澆筑,其尺寸為L×H=5.0 m×0.30 m。(2)根據地鐵竣工圖和現場實測準確確定地鐵線位,平行于地鐵中線布設托梁和鉆孔樁,托梁橫向采用4根樁徑0.8m全套管鉆孔樁,樁長43m。

圖1 9號地鐵工點線_路平面示意

圖2 9號地鐵工點樁板結構示意(單位:m)

3 施工技術難點及解決方案

3.1 施工技術難點分析

客運專線無砟軌道鐵路首次采用樁板結構路基上跨淺埋盾構隧道,主要存在以下技術難點。

(1)緊貼地鐵盾構施工樁基,國內外尚屬首例,且均無類似工程實例可以借鑒。地鐵盾構管片對外圍土體的擾動高度敏感,管片出現較大位移或變形將可能對整體結構產生不可修復的破環,造成結構開裂、滲漏水、軌道變形等。采用常規鉆孔樁施工工藝,勢必擾動盾構周圍土體,嚴重時影響地鐵的運營安全。

(2)為減小地基沉降,采用了樁底注漿處理技術,要求在壓漿過程中不能對地鐵隧道產生影響。

(3)地鐵盾構上表覆土7.5 m左右,為淺埋地鐵,托梁和承載板施工開挖最少要下挖1.5 m,施工過程中最小覆土厚度只有6.0m左右,減少25%左右的覆土厚度,在30 m承載板施工影響范圍內卸載約8 100 kN土體,每平米減少約30 kN。克服地鐵盾構地表上浮也是施工難點之一。

3.2 全套管鉆孔樁施工工藝

3.2.1 超深度鋼護筒施工方案比選

參照深水墩平臺法中的鋼護筒一次性插打、二次跟進的施工技術在陸上施工時,精確定位相對簡單,本工程43m長度的插打深度符合需求,使用設備簡單,施工工藝成熟,施工成本相對低,但2種施工方法目前國內均采用振動下沉的方法,在表層回填土或者淤泥質土質可以自重下沉,但在砂層和密實的粉黏土中需要振動下沉,勢必會對盾構周圍的土體帶來擾動,如遇到地下障礙物很難處理[9]。

全套管液壓全回轉轉機采用日本Super Top工法施工,設備和技術均是進口,套管內徑可以選擇,46m全套管(雙壁鋼護筒)在軟土地區可以輕松到位,即使在地鐵盾構范圍遇到障礙物(如人工回填砌塊、廢棄管片等)也可以旋轉切割、液壓靜態下沉,對地鐵盾構的影響減少到了最小限度,安全性最高。

經過綜合分析比較后,決定參照使用全套管全回轉(套管不拔除)工法,雖然一次性投入較大,但能確保地鐵運營安全,可以有效降低潛在的施工風險,避免寶貴的工期損失,并具有良好的社會效益。

3.2.2 全套管全回轉不拔除施工工藝

全套管全回轉施工工藝流程如圖3所示。

圖3 全套管全回轉施工工藝流程

3.2.3 主要施工注意事項

(1)地面硬化:由于全回轉鉆機為大型設備,平整度和承載力要求較高,又正好坐落在地鐵隧道上方施工,為減少施工對地鐵的附加荷載和地層擾動,采用厚度30 cm的C15素混凝土進行地面硬化。

(2)垂直度控制:考慮到地鐵隧道與樁基凈距僅150 cm,而且總樁長43m,所以對全套管壓入的垂直度要嚴格控制。采用2臺電子經緯儀,在互相垂直的2個方向進行全程控制。

(3)全套管固定:考慮到套管壓入后還要進行正循環鉆孔灌注樁的施工,而且樁長較長,為防止成孔后套管沉降,故套管上端須進行固定。套管固定后采用三級測量復核制核準樁位。

3.3 承載板、托梁施工工藝

克服淺埋地鐵盾構減載上浮是本工程難點之一,樁板結構基坑開挖后,在盾構上方局部范圍最大將減少25%的覆土厚度,在30 m承載板施工影響范圍內卸載約8 100 kN土體,每平米減少約30 kN。板寬2× 4.40 m、跨度3×10 m的樁板結構施工按分部、分段施工:首先在鉆孔樁施工完成后,進行托梁的施工,然后開挖施工30m連續承載板。地鐵上部托梁基坑可采用放坡開挖,一次性施工4條托梁;為減少盾構上浮,承載板開挖采用左右線按順序作業,先施工左線,然后施工右線,直立開挖,不設置工作邊。托梁、承載板鋼筋集中加工成半成品,現場綁扎;混凝土采用泵送,托梁和承載板分別一次性澆筑[10、11]。

采用硬化施工場地、控制大型施工設備進場和加強地鐵變形監測等措施,避免地表超載導致地鐵盾構下沉。樁板結構施工工藝流程如圖4所示。

圖4 樁板結構施工工藝流程

3.4 樁底注漿工藝

對上跨9號地鐵4個托梁基礎共16根φ80 cm鉆孔灌注樁進行樁端注漿,技術要點如下。

(1)注漿在混凝土初凝5～6 d后進行。

(2)注漿水泥用量:每根樁的注漿水泥用量200～300 kg,采用PO 42.5普通硅酸水泥,漿液由水、水泥和緩凝型減水劑等組成。

(3)漿液濃度:依據壓水試驗結果確定漿液濃度,先用稀漿、隨后漸濃、最后注濃漿。水灰比范圍(1∶0.6)～(1∶1)。

(4)注漿壓力:一般在深厚軟土中施工鉆孔灌注樁的注漿壓力為1.0～3.5MPa[12],但本次施工樁與既有地鐵盾構距離僅1.5 m,注漿壓力過大可能對盾構產生擾動影響,且樁頂上抬量上抬不得超過3 mm,因此,確定注漿壓力范圍為1.0～1.5MPa。

(5)終止注漿條件:①注漿量和注漿壓力均達到設計要求;注漿量達到設計值75%且注漿壓力超過設計值。②樁頂上抬量超過3 mm時,采用低壓慢速注漿,滿足注漿量和注漿壓力要求。

4 結論

目前該工程已成功運營1年,狀態良好,得到上海軌道交通運營管理中心的高度認可。從實施監測情況看:(1)全套管全回轉工法利用護筒前端的合金刀頭旋轉、液壓靜態下壓進行切割巖土層或障礙物,直至套管沉入到設計高程;然后在套管內進行鉆孔樁施工,較好地解決了樁基施工對地鐵盾構的擾動;(2)對上跨地鐵段樁板結構鉆孔樁樁底進行注漿加固,不僅減少結構沉降對地鐵的影響,提高了樁基的承載力,也確保了樁基施工質量;(3)樁板結構基坑開挖與混凝土澆筑施工按分部、分段進行,同時采用硬化施工場地、控制大型施工設備進場和加強地鐵變形監測等措施,解決了地鐵盾構出現減載上浮和超載下沉的難題。

樁板結構新技術、新工藝的應用,實現了深厚軟土地基沉降控制,保證了上海市9號地鐵的正常使用,滿足了工程設計要求,為類似工程施工提供了可供借鑒的實踐經驗。

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Research on Construction Technology of Sheet-Pile Structure Used for Deep Soft Soil Subgrade Crossing above Shallow ly-Buried Metro

LIU Jia-bing
(Hangzhou Railway Terminal Project Co.,Ltd.,Hangzhou 310020,China)

Sheet-Pile structure has characteristics of high strength and stiffness,good stability and small settlement.DK5+344.8～DK5+374.8 section of Shanghai-Hangzhou Passenger Dedicated Railway had deep soft soil subgrade crossing above a shallowly-buried metro,so sheet-pile structure was adopted to treat this spacial subgrade.This paper analyzed the construction difficulties firstly and deeply studied the construction technology of sheet-pile structure used in this special subgrade.This construction technology consisted of construction controlling points,construction process and procedure and so on.Full-sleeve bored pile technology was used and the bottom of the pile was strengthened by grouting method. Foundation pit excavation and concrete pouringwere processed by sections and step by step.At the same time,construction site hardening measures were implemented.It has been found that this construction technology of sheet-pile structure has been able tomeet the requirments on settlement control of deep soft soil subgrade.

Shanghai-Hangzhou Passenger Dedicated Line;deep soft soil;shallowly-buried metro; sheet-pile structure;construction technology

U238;U213.1+52.1

A

1004- 2954(2013)07- 0016- 03

2013- 01- 17;

2013- 03- 09

劉家兵(1968—),男,高級工程師,1990年畢業于石家莊鐵道學院。