地鐵盾構區間下穿橋梁樁基托換施工技術

劉 敏

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300459)

1 工程概況

1.1 工程概況

沈陽地鐵10號線中～松區間左、右線在里程K10+890～K10+970段下穿北塔橋(見圖1)，區間與南側舊橋順行，區間左線隧道頂與南側舊橋樁基豎向凈距約0.915 m(見圖2)。

北塔橋位于崇山東路與新開河交匯處，舊橋1984年建成，基礎采用樁基礎，樁長15 m、樁徑0.8m，鉆孔灌注樁；北塔橋新橋2012年建成，樁長17.76 m，樁徑1.2 m，鉆孔灌注樁。簡支梁板結構共5跨，跨徑最大為8.7 m，其機動車道寬43.5 m，在河的邊側設置橋臺及護坡。北塔橋與新開河斜交42°，橋梁底至河底凈空2.85 m(見圖2)。

圖1 沈陽地鐵10號線盾構區間下穿北塔橋平面圖

圖2 中～松區間隧道與北塔橋垂直關系示意圖(單位：mm)

為保證北塔橋在盾構下穿施工過程中正常使用，對該橋部分樁基采取樁基托換措施。北塔橋樁基托換板為平行四邊形鋼筋混凝土結構，東西邊長30.029 m、南北邊長16.5 m，厚1.5 m。

1.2 地質情況

中～松區間隧道主要在①-0-0雜填土、③-1-0粉質粘土、③-3-0中粗砂、③-4-0礫砂、③-5-0圓礫、④-1-0粉質粘土、④-3-0中粗砂、④-4-0礫砂、④-5-0圓礫、⑤-3-0中粗砂、⑤-4-0礫砂、⑤-4-1粉質粘土、⑤-4-3中粗砂、⑦-0-0泥礫中通過；北塔橋段地層主要為①-0-0雜填土、③-3-0中粗砂層、③-4-0礫砂層。地下水埋深為8.5～9.6 m，標高36.47～37.27 m，含水層厚度約21 m。

1.3 水文地質

新開河位于沈陽城北部主城區，是全長約27 km、平均寬度28 m、最大流量48 m3/s的人工河。新開河北塔橋托換板的施工時間挑選在冬季枯水期。施工前對新開河上下游進行水位、水源調查，發現冬季河道上游閘壩關閉，無河水流入；但托換板施工上游1.5 km處有市政管線排水接入，注水量為80 m3/d；托換板施工上游20 m處有地鐵施工降水排入，注水量為240 m3/d。

2 樁基托換方案

樁基托換施工總體分為圍堰、導流管施工、托板結構施工、河道恢復施工等部分，具體方案如下[1]：

(1)現場采用3道圍堰(見圖3)對河道進行截流，在圍堰1和圍堰2施工合攏后，安裝導流管對上游河水進行疏導；導水管安裝完成開始河水疏導后，進行圍堰3施工，并采用大功率混合泵配合高壓水槍將托換板施工范圍內的河道淤泥清理干凈。

圖3 圍堰設計平面示意圖

(2)基槽采用挖掘機進行開挖，人工清底、修坡；邊坡打入6 m長、?20 mm的錨桿，梅花型布置，水平及豎向間距1.2 m，同水平線夾角為15°；坡面掛?8 mm@150 mm×150 mm鋼筋網與土釘連接牢固，噴射100 mm厚的C20混凝土噴層，基槽底板澆筑20 mm厚C20P10混凝土墊層。基槽施工完成后進行被加固樁間鑿毛及企口鑿除施工，同步完成新舊混凝土交接面清洗和界面劑涂刷；隨后進行植筋及鋼筋綁扎、模板及混凝土澆筑施工。

(3)混凝土養護完成進行河道、邊坡恢復施工，隨后進行導水管拆除及圍堰拆除，恢復河道通流。

3 關鍵施工技術

施工前對北塔橋及新開河河堤進行拍照、記錄，便于后期原貌恢復；在橋樁及橋面上布設監測點，進行初始數據采集，用圖表、照片詳細記錄。

3.1 圍堰施工

圍堰1截面呈梯形，高出水面1.5 m、底寬7.5 m、頂寬3.5 m；圍堰2和圍堰3截面呈梯形，高出水面0.5 m、底寬1.5 m、頂寬0.5 m。北塔橋南北兩側的圍堰盡量靠近北塔橋設置，南側圍堰1同時滿足小型機械從圍堰進入橋下。

3.2 導水管施工

3.2.1 導水管選擇原則

通過調查上游來水總量為320 m3/d，經過理論計算?800 mm的管即可滿足導水需求。為驗證理論計算可否滿足實際施工需求，首先在第1道圍堰上安裝一根?800 mm的鋼管進行導水試驗；并在圍堰上游設置一水位監測站點，安排專人每間隔2 h對水位進行一次觀測。通過5 d 60次的觀測數據分析，未發現水位出現明顯上升趨勢；但是導水管過水量已飽和，一旦上游來水量增大，?800 mm的導水管將無法滿足排水需求。通過現場實際測量觀察，綜合考慮冬季鋼管焊接困難、上游來水量可能增大等因素，為降低導水管的安裝難度系數，增加導水管的過水量，決定放棄使用?800 mm的鋼質導水管，改用?1 200 mm的玻璃鋼夾砂承插管。

3.2.2 導管安裝

疏水導管采用長6 m、?1 200 mm的玻璃鋼夾砂承插管。為保證導水管安裝順利，減少河水及淤泥對導水管安裝施工的影響：首先將圍堰1和圍堰2封閉、合攏，采用6臺大功率水泵將圍堰1上游的水疏導至圍堰2下游，并采用2臺大功率水泵將圍堰1與圍堰2內的殘水排干。其次在北塔橋中間一跨采用鋼管、方木及模板搭設導水管安裝臨時平臺(見圖4)。臨時平臺采用?32 mm、長1.5 m的鋼管設置2排立樁，其間距為1.5 m；立樁縱向間距不大于0.5 m；采用?32 mm的鋼管及扣件將2排立樁縱向連接，同時每間隔1.5 m設一道橫向連桿，使其形成整體平臺框架。框架上方每隔0.3 m鋪設一根截面10 mm×10 mm的方木，在方木上鋪設1.5 cm厚的竹膠板。臨時安裝平臺施工時按100∶1的比例向下游順坡，保證導水管水流暢通。

導水管在臨時安裝平臺上連接完成后，隨即開始固定施工。其固定的方式為橋樁固定牛腿+工字鋼鋼梁+鋼絲繩懸吊(見圖5)。具體步驟如下：

圖4 導水管安裝平臺 圖5 導水管固定

(1)牛腿安裝。在導水管臨近兩側橋樁上安裝牛腿，牛腿采用∟80角鋼制作，并用?25 mm膨脹螺栓與橋樁固定[2]。

(2)鋼梁固定。鋼梁采用I25工字鋼施作，工字鋼安放于牛腿上方，采用焊接方式進行固定，并在鋼梁三分之一處焊設∟80角鋼斜撐[3]。

(3)導水管懸吊。導水管采用鋼絲繩懸吊固定，每節導水管吊點不少于2個；為防止鋼絲繩直接和玻璃鋼夾砂管接觸使應力集中導致管體損壞，特在鋼絲繩與導水管接觸位置加裝長1 m、厚50 mm的木板進行應力分散。為防止導水管受外力影響晃動，用鋼絲繩將導水管同兩側相鄰的橋樁進行連接固定[4]。

導水管固定完成后，將上下游的閘口打開進行河水試疏導。導水管連續試用3 d，通過監測、觀察未發現水位上漲、管體變形、管體漏水等情況，方可拆除導水管安裝平臺，進行下一步施工。

3.3 基槽施工

3.3.1 淤泥清理

河水疏導成功后當即進行圍堰3施工，減少河道清淤施工量。圍堰3施工完成后使用大功率混合泵配合高壓水槍，將圍堰1至圍堰3范圍內的淤泥抽排到圍堰2下游。

3.3.2 基槽開挖

托換板基槽深度2 m左右，基槽3∶1放坡,并采用土釘、網片噴射混凝土進行圍護。基槽采用機械開挖、人工修邊、清底，因北塔橋橋底距基槽底僅有4.5 m，排水管底(河道底)距基槽底僅有2.2 m(見圖6)。現場選用“50”型挖掘機一臺、“85”型挖掘機一臺、“135”型挖掘機一臺，根據現場凈空高度、實際情況相互配合完成基槽土方開挖及倒運。

圖6 托換板與北塔橋垂直位置關系圖(單位：mm)

托換板基槽開挖完成后，當即核對、檢查平面位置、幾何尺寸和標高，核查無誤后進行下一步施工。

3.4 托換板施工

北塔橋需加固基礎樁12根(見圖1)，擴大基礎與被加固樁間連接采用錨筋加企口型式(見圖7)。

圖7 被加固樁錨筋與企口型式示意圖(單位：mm)

3.4.1 混凝土接觸面處理

為保證托換板和既有樁可靠連接，新舊混凝土接觸面應進行鑿毛、清洗、涂抹界面劑等工序，同時施作寬度為120 mm的環行企口[4](見圖7)。

3.4.2 鋼筋錨固措施

被加固樁直徑800 mm，托換板高度為1.5 m；錨筋直徑為32 mm，錨入既有橋樁結構內長度不小于200 mm，每根被加固樁錨筋設有8排、每排有18根，共有144根。通過計算植筋水平間距小于140 mm，豎向排距小于130 mm；被加固橋樁中鋼筋間距不足120 mm，植筋鉆孔時需對橋樁內鋼筋進行避讓。在植筋鉆孔施工過程中如操作稍有不當，將造成穿孔、廢孔等問題，對被加固橋樁產生不可逆的損壞。為避免損壞風險、植筋施工采用跳作施工，先進行單排的單號和雙排的雙號的鋼筋植錨施工，達到設計強度后，再進行單排的雙號和雙排的單號的鋼筋植錨施工，從而避免植筋鉆孔過程中出現穿孔、廢孔等問題，有效降低被加固橋樁的破壞風險[5]。

3.4.3 鋼筋綁扎施工

為便于鋼筋錨固、綁扎施工、避免施工時對北塔橋產生過大影響，特將樁基加固托換板結構的鋼筋施工分段進行，具體施工順序為：梁①→梁②→梁③→梁④→梁⑤(見圖1)。

3.4.4 模板、混凝土施工

托換板結構為現澆混凝土結構，采用1.5 cm厚竹膠板立模，在托換板結構外側鋼筋上綁扎墊塊以確保保護層的厚度及模板的位置正確。混凝土分層分段澆筑，振搗充分，及時壓實、收漿、抹面[6]。

3.5 河道恢復

托換板混凝土澆筑施工完成后，根據預先測量的數據、拍攝照片進行河道、護坡原貌恢復。托換板及河道恢復施工完成后，將?1 200 mm導水管在上游進行封堵，將圍堰內導水管拆除，圍堰1下的導水管與圍堰1同步拆除[7]。

圍堰采用挖掘機進行拆除施工，首先將圍堰3進行拆除，其次將下游的圍堰2拆除，最后進行圍堰1拆除，使新開河河水恢復通流。

4 結束語

新開河北塔橋樁基托換工序復雜、場地狹窄、技術要求高、工序轉換頻繁、施工困難多，但通過圍堰施工、導水管安裝、基坑開挖、托換板施工、河道恢復等各項施工環節，成功的完成了施工任務，經濟與社會效益良好，極大的降低了盾構機在下穿新開河北塔橋施工過程中的風險。