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摘要:随着我国交通事业的迅速发展,铁路桥梁建设日益成为人们关心的问题之一。做好铁路桥梁的施工,也是对国家交通安全负责。文章介绍了铁路桥梁桩基施工技术,希望对其他铁路桥梁桩基托换施工起到借鉴作用。
关键词:铁路桥梁;桩基托换;位移监控;施工技术
中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0139-02
一、工程概况
赣县大桥暗挖重叠隧道穿越铁路高架桥21号桥墩下一根桩基、22号桥墩下一根桩基、右线和第三线承台下各4根桩基,该桩基础为直径φ550mm预制管桩,桩长约16m,桩端持力层为强风化岩。既有桥的21号墩以北为预应力混凝土连续梁,以南为预应力混凝土简支梁,梁跨10.56m。设计对该6个桩基桥墩进行主动托换,每座铁路桥设1片预应力混凝土托换大梁,共3片,托换梁的两端各设一根直径2.0m的挖孔桩,桩长30m,桩端持力层为微风化岩,进行桩基托换施工。
二、施工方案
1.由于被托换的21号桥墩是连续梁的端墩,为防止连续梁的开裂破坏,必须控制托换后21号墩的顶部沉降不大于2mm。为此,应先将被托换结构荷载转移到新的托换桩上,消除新桩的沉降变形。
2.托换梁基坑在开挖过程中,既有管桩基础将会露出地面2.6m,低桩承台基础结构变成高桩承台,管桩基础的抗剪能力将会受到削弱,对桥梁的受力情况有较大影响,为保证既有桥梁的受力稳定,在被托换的桥墩两侧设置可顶升钢支架来分担桥梁上部的部分荷载。
3.在每根托换桩的桩顶设置一个长3.6m、宽2.2m、高1.2m的桩帽作为顶升施工平台,顶升平台与托换梁底面之间预留70cm的顶升空间,桩帽与托换梁之间的钢筋采用特殊加工的直螺纹连接器进行连接。在每个桩帽上放置两个600t换顶升千斤顶与两个可调传力钢支垫。
4.为了保证既有桥梁结构与托换大梁之间的可靠连接和整体性,增强新旧结构之间的抗剪能力,对既有承台底面和穿越托换梁的管桩表面分别植筋并进行凿毛处理。
5.待整个主动托换顶升完成且托换桩的沉降稳定后,及时将托换梁与托换桩之间进行刚性连接,以确保桥梁托换后的使用安全。
三、桩基托换施工步骤
(一)桩基托换的主要施工工艺
土层加固~架设钢支架、满堂红支撑→托换梁施工~桩顶与托换梁逐步预加千斤顶力→锁定千斤顶→在新桩与托换梁间做好支垫→逐步切断旧桩→初步完成力的转换和桩的沉降变形→在变形取得稳定后,隧道开挖、衬砌结构一对托换结构变形进行调控→隧道施工完成,托换梁与新桩形成整体结构,完成桩基托换工程。
(二)临时支墩顶升与桥梁扣轨
为了保证桥梁结构的安全,在托换基坑开挖前,在被托换的桥墩两侧搭设临时钢支架,钢支架的基础采用直径300mm、长18m的树根桩,达到设计强度后在钢支架上利用千斤顶将20%的梁部恒载转换到临时钢支架上,以减少基坑开挖对桥梁基础造成的影响。同时对托换处的桥梁股道进行抬梁扣轨,并对列车限速。通过动载、静载的分离,来减轻列车动载对连续梁以及托换大梁的冲击。
(三)托换新桩施工与托换基坑开挖
托换基坑坑壁采用3排密布的高压旋喷桩进行支护,托换新桩采用直径2.0m、长30m的人工挖孔桩。托换新桩与既有管桩的距离不大于1.5m。由于这里的地质情况较为复杂,在挖孔桩施工过程中,在桩身上部采用袖阀管进行分层、分段双液注浆,在桩身下部采用微量微差控制爆破。由于基坑开挖和托换新桩施工对周围土层造成扰动,引起土层应力释放,既有管桩摩阻力损失将会引起铁路桥墩的沉降,施工期间,需根据监测情况,及时调整临时支墩上千斤顶的顶力,以保证桥梁梁体沉降不大于2mm。
(四)托换大梁施工
托换预应力混凝土大梁混凝土标号为C50,在托换基坑内采取现浇后张法施工。托换大梁外形尺寸(长×宽×高)22.7m×4.0m×2.4m,属大体积混凝土结构。混凝土浇筑前,需进行多次配比试验,并在混凝土浇筑过程中严格控制水泥的水化热和内外温差,混凝土浇筑结束后,及时采取保温措施,加强对托换大梁的养护。托换梁在托换桩处预留灌浆孔和二次注浆孔,以便托换完成后梁与桩连接施工。在张拉预应力钢绞线过程中,托换梁将会产生上拱位移,为防止上拱对既有桥墩造成影响,需对被托换的桥墩顶部位移进行全过程监测。
(五)主动托换顶升施工
整个托换体系结构形式十分复杂,理论上也无法对托换过程中各部位的受力进行准确计算。在实际的托换顶升过程中,需进行双控:按设计提供的顶升力进行顶升操作,严格控制顶升位移。因此在顶升过程中荷载分级要细,顶升过程要缓慢,并以监测数据指导托换顶升。
四、托换顶升的监测
确保桥梁结构特别是四跨一联的连续梁的安全及正常使用十分重要。由于桥墩的上抬或沉降将会导致整个连续梁结构的受力变化,情况严重时还会使连续梁结构开裂直至破坏,所以桥梁结构的竖向容许位移特别小(仅2mm)。考虑到保持上部轨道线路几何状态的重要性,对桥梁的其他方向位移也必须进行严密监控。
(一)位移监控
1.被托换桥墩21号、22号及其相邻桥墩竖向位移采用水准仪进行监测。
2.顶升千斤顶在顶升和卸载过程中的同步性差异以及托换大梁的挠度变形,均可能使托换桥墩产生倾斜,为此在被托换的桥墩顶安装纵横向倾角仪,对托换桥墩的纵横向倾斜进行监测。
3.在新桩桩顶与托换大梁之间安装电子位移计测量其相对位移,结合桥墩的竖向位移值可以计算出新桩桩顶的实际沉降值。
4.在托换大梁的截面处贴应变片,对托换过程中的大梁内力变化进行严密监测,尤其是对张拉过程中的托换大梁顶面以及顶升过程中的托换大梁底面,要求在这两个阶段中不得产生过大的拉应力。
5.在托换新桩灌注之前,在桩身5m、10m、15m、20m处及桩底预埋钢筋计,监测在托换顶升过程中托换新桩的实际受力情况,分析判断托换新桩的沉降量。
(二)监测结果
主动托换过程中,被托换桥墩的竖向最大上抬量仅1.0mm小于容许值2.0mm;被托换桥墩的纵横向位移最大为0.61mm,不影响桥梁结构;主动托换结束后,托换新桩的累计最大沉降量为2.20mm。
总之,经过严密的施工质量监控,本工程桩基托换圆满完工,施工对铁路运输造成的影响很小,技术可行又有经济效益,对类似施工具有参考价值。此外,桩基托换施工技术适合地形较为复杂的地方,施工过程却相对简便,在铁路桥梁施工中是一种比较良好的方案。
参考文献
[1]张立明.广州市轨道交通三号线元岗特大桥基础托换施工[J].铁道建筑,2004,(7).
[2]董明明.谈汾河特大桥的施工监测[J].山西建筑,2004,(4).
[3]陈伟庚,覃应华.深圳地铁一期工程广深铁路桩基托换施工监测方案与实践[J].铁道建筑,2007,(1).
[4]赵有明,柯在田,张澍曾.大轴力桩基托换技术研究[J].现代城市轨道交通,2004,(3).
[5]戴旗原,戴宝英.桩基托换安全技术[J].建筑安全,2006,(1).
[4]申明文.特殊桥墩桩基托换的设计研究[J].黑龙江科技信息,2007,(15).
[6]张杰,骆建军,吴波.地铁区间三连拱隧道施工地表沉降的数值模拟及模型试验研究[J].隧道建设,2005,(2).
[7]吴波,高波,蒋正华,仝学让,周振强.地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析[J].现代隧道技术,2003,(3).
关键词:铁路桥梁;桩基托换;位移监控;施工技术
中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0139-02
一、工程概况
赣县大桥暗挖重叠隧道穿越铁路高架桥21号桥墩下一根桩基、22号桥墩下一根桩基、右线和第三线承台下各4根桩基,该桩基础为直径φ550mm预制管桩,桩长约16m,桩端持力层为强风化岩。既有桥的21号墩以北为预应力混凝土连续梁,以南为预应力混凝土简支梁,梁跨10.56m。设计对该6个桩基桥墩进行主动托换,每座铁路桥设1片预应力混凝土托换大梁,共3片,托换梁的两端各设一根直径2.0m的挖孔桩,桩长30m,桩端持力层为微风化岩,进行桩基托换施工。
二、施工方案
1.由于被托换的21号桥墩是连续梁的端墩,为防止连续梁的开裂破坏,必须控制托换后21号墩的顶部沉降不大于2mm。为此,应先将被托换结构荷载转移到新的托换桩上,消除新桩的沉降变形。
2.托换梁基坑在开挖过程中,既有管桩基础将会露出地面2.6m,低桩承台基础结构变成高桩承台,管桩基础的抗剪能力将会受到削弱,对桥梁的受力情况有较大影响,为保证既有桥梁的受力稳定,在被托换的桥墩两侧设置可顶升钢支架来分担桥梁上部的部分荷载。
3.在每根托换桩的桩顶设置一个长3.6m、宽2.2m、高1.2m的桩帽作为顶升施工平台,顶升平台与托换梁底面之间预留70cm的顶升空间,桩帽与托换梁之间的钢筋采用特殊加工的直螺纹连接器进行连接。在每个桩帽上放置两个600t换顶升千斤顶与两个可调传力钢支垫。
4.为了保证既有桥梁结构与托换大梁之间的可靠连接和整体性,增强新旧结构之间的抗剪能力,对既有承台底面和穿越托换梁的管桩表面分别植筋并进行凿毛处理。
5.待整个主动托换顶升完成且托换桩的沉降稳定后,及时将托换梁与托换桩之间进行刚性连接,以确保桥梁托换后的使用安全。
三、桩基托换施工步骤
(一)桩基托换的主要施工工艺
土层加固~架设钢支架、满堂红支撑→托换梁施工~桩顶与托换梁逐步预加千斤顶力→锁定千斤顶→在新桩与托换梁间做好支垫→逐步切断旧桩→初步完成力的转换和桩的沉降变形→在变形取得稳定后,隧道开挖、衬砌结构一对托换结构变形进行调控→隧道施工完成,托换梁与新桩形成整体结构,完成桩基托换工程。
(二)临时支墩顶升与桥梁扣轨
为了保证桥梁结构的安全,在托换基坑开挖前,在被托换的桥墩两侧搭设临时钢支架,钢支架的基础采用直径300mm、长18m的树根桩,达到设计强度后在钢支架上利用千斤顶将20%的梁部恒载转换到临时钢支架上,以减少基坑开挖对桥梁基础造成的影响。同时对托换处的桥梁股道进行抬梁扣轨,并对列车限速。通过动载、静载的分离,来减轻列车动载对连续梁以及托换大梁的冲击。
(三)托换新桩施工与托换基坑开挖
托换基坑坑壁采用3排密布的高压旋喷桩进行支护,托换新桩采用直径2.0m、长30m的人工挖孔桩。托换新桩与既有管桩的距离不大于1.5m。由于这里的地质情况较为复杂,在挖孔桩施工过程中,在桩身上部采用袖阀管进行分层、分段双液注浆,在桩身下部采用微量微差控制爆破。由于基坑开挖和托换新桩施工对周围土层造成扰动,引起土层应力释放,既有管桩摩阻力损失将会引起铁路桥墩的沉降,施工期间,需根据监测情况,及时调整临时支墩上千斤顶的顶力,以保证桥梁梁体沉降不大于2mm。
(四)托换大梁施工
托换预应力混凝土大梁混凝土标号为C50,在托换基坑内采取现浇后张法施工。托换大梁外形尺寸(长×宽×高)22.7m×4.0m×2.4m,属大体积混凝土结构。混凝土浇筑前,需进行多次配比试验,并在混凝土浇筑过程中严格控制水泥的水化热和内外温差,混凝土浇筑结束后,及时采取保温措施,加强对托换大梁的养护。托换梁在托换桩处预留灌浆孔和二次注浆孔,以便托换完成后梁与桩连接施工。在张拉预应力钢绞线过程中,托换梁将会产生上拱位移,为防止上拱对既有桥墩造成影响,需对被托换的桥墩顶部位移进行全过程监测。
(五)主动托换顶升施工
整个托换体系结构形式十分复杂,理论上也无法对托换过程中各部位的受力进行准确计算。在实际的托换顶升过程中,需进行双控:按设计提供的顶升力进行顶升操作,严格控制顶升位移。因此在顶升过程中荷载分级要细,顶升过程要缓慢,并以监测数据指导托换顶升。
四、托换顶升的监测
确保桥梁结构特别是四跨一联的连续梁的安全及正常使用十分重要。由于桥墩的上抬或沉降将会导致整个连续梁结构的受力变化,情况严重时还会使连续梁结构开裂直至破坏,所以桥梁结构的竖向容许位移特别小(仅2mm)。考虑到保持上部轨道线路几何状态的重要性,对桥梁的其他方向位移也必须进行严密监控。
(一)位移监控
1.被托换桥墩21号、22号及其相邻桥墩竖向位移采用水准仪进行监测。
2.顶升千斤顶在顶升和卸载过程中的同步性差异以及托换大梁的挠度变形,均可能使托换桥墩产生倾斜,为此在被托换的桥墩顶安装纵横向倾角仪,对托换桥墩的纵横向倾斜进行监测。
3.在新桩桩顶与托换大梁之间安装电子位移计测量其相对位移,结合桥墩的竖向位移值可以计算出新桩桩顶的实际沉降值。
4.在托换大梁的截面处贴应变片,对托换过程中的大梁内力变化进行严密监测,尤其是对张拉过程中的托换大梁顶面以及顶升过程中的托换大梁底面,要求在这两个阶段中不得产生过大的拉应力。
5.在托换新桩灌注之前,在桩身5m、10m、15m、20m处及桩底预埋钢筋计,监测在托换顶升过程中托换新桩的实际受力情况,分析判断托换新桩的沉降量。
(二)监测结果
主动托换过程中,被托换桥墩的竖向最大上抬量仅1.0mm小于容许值2.0mm;被托换桥墩的纵横向位移最大为0.61mm,不影响桥梁结构;主动托换结束后,托换新桩的累计最大沉降量为2.20mm。
总之,经过严密的施工质量监控,本工程桩基托换圆满完工,施工对铁路运输造成的影响很小,技术可行又有经济效益,对类似施工具有参考价值。此外,桩基托换施工技术适合地形较为复杂的地方,施工过程却相对简便,在铁路桥梁施工中是一种比较良好的方案。
参考文献
[1]张立明.广州市轨道交通三号线元岗特大桥基础托换施工[J].铁道建筑,2004,(7).
[2]董明明.谈汾河特大桥的施工监测[J].山西建筑,2004,(4).
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[4]申明文.特殊桥墩桩基托换的设计研究[J].黑龙江科技信息,2007,(15).
[6]张杰,骆建军,吴波.地铁区间三连拱隧道施工地表沉降的数值模拟及模型试验研究[J].隧道建设,2005,(2).
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