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摘要:本文介绍桩基托换工程的施工工序及监测, 阐述了桩基托换技术的控制要点和应急处理措施。线路加固及扣轨施工、既有承台植筋、桩基主动托换顶升、切断旧桩、施工监测等关键施工技术。
关键词:施工工序; 桩基; 托换
中图分类号：TU473.1 文献标识码： A 文章编号：
1 施工工序
桩基托换主要施工工序为: 托换基坑围护结构及止水帷幕旋喷桩施工→临时钢支架施工及扣轨→既有桥梁体顶升→新托换桩施工→开挖托换基坑→托换梁施工→千斤顶顶升→托换桩→梁连接→切断既有桩→拆除扣轨和临时钢支架→拔出地铁隧道盾构影响范围内的钢管桩→基坑回填, 地面恢复。
2 关键施工技术
2. 1 线路加固及扣轨施工
(1)临时钢支架基础 采用φ299mm @ 8mm, 桩长为2710m 的微型钢管桩。为不造成桥墩范围内地下水的变化, 其基础施工安排在基坑支护及止水帷幕旋喷桩施工完成后进行, 并尽量减少对既有高架桥待托换管桩基础的影响。微型钢管桩采用XY-200型地质钻机钻孔, BW-150型高压注浆泵注浆, 桩顶深入桩顶承台内400mm。在桩顶承台上预埋钢板和锚栓, 为后面钢管立柱的安装做好准备。钢板厚30mm, 预埋锚栓为φ28mm。锚栓位置必须准确、牢固, 确保浇筑桩顶承台混凝土时不位移。在后续开挖托换基坑时, 由于临时钢支架承台下的钢管桩基础也将会暴露, 因此必须随挖随将各钢管桩焊连在一起, 以增强钢管排桩的共同受力与稳定性。
(2)钢立柱的架设 采用支架进行安装。用吊机起吊构件卸至桥面投影范围外后, 人工移至安装地点附近, 然后在其上方搭设支架、安放横梁挂起重拉链滑车, 将其扶直与基础进行焊接与锚固。
(3)钢横梁安装 按照先安装横梁, 再安装纵梁的施工工艺进行。为节省横梁安装时间, 预先准确定出横梁位置, 将与横梁位置有冲突的轨枕位置进行调整。在确保横梁能穿进的条件下尽量减少扒开道砟的数量, 以减少对既有线路的扰动, 为利于纵梁安装, 确定横梁摆放位置与高程准确无误后, 用定位角钢将横梁定位, 再安装橡胶垫及横梁与铁轨连接扣件, 通过垫片来调整钢轨的高程; 并在横梁顶与钢轨底之间垫上木楔调整线路方向、高程, 以防轨枕下沉时及时调整、捣固线路。
(4) D12型钢纵梁安装 在临时钢支架立柱顶部安装特殊加工的可以连续的D12型钢纵梁, 纵梁最大长度48m, 质量达21t。为解决对位问题, 将其分成两节拼装, 并在钢立柱上焊接钢筋帮助对位。纵梁就位后, 与钢立柱件采用焊接连接, 防止纵梁在回填道砟捣固、列车侧向推力下产生偏移。
(5)纵横梁联结 D12型梁纵横梁联结采用固定的配件, 由于斜杆安装在横梁底, 扣轨时无法安装, 可考虑清除道砟后安装, 增强横梁的整体性; 在横梁各钢轨之间安设绝缘垫板, 并插打薄木夹, 确保轨顶高程与扣轨前一致, 并每隔210m 设置一道轨距杆。
2. 2 既有承台植筋
因铁路高架桥原桩基础为<550mm 预制管桩和<800mm钻孔灌注摩擦桩。根据预应力管桩的特点,不能对其进行植筋处理, 故只能在承台下部进行植筋。为加强既有承台与托换梁间的连接, 另在承台两侧植筋并新浇300mm 厚钢筋混凝土加强拉结层。如图1、图2所示。承台植筋要求如下。
(1)施工时将管桩与托换梁的接触面的杂物清除, 用清水和钢丝刷洗刷干净, 并且凿毛处理, 以利于托换梁和旧桩之间的结合。
(2)设计植筋规格为φ25mm钢筋, 长度500mm,锚入承台内250mm, 植筋步骤为: ①植筋前须仔细凿除既有桩承台底混凝土表面的水泥砂浆和松弱层; ②在承台下用电动冲击钻孔机钻孔至设计深度, 并注意避开承台钢筋, 钻孔均向同一方向布置; ③ 用空压机的风管对准钻孔将残留的灰尘吹出; ④用尺寸比钻孔直径稍大一点的钢丝刷对钻孔进行清刷; ⑤用空压机风管进行二次吹灰; ⑥带水进行二次清刷; ⑦用吸水强的干布, 将孔内水分吸干; ⑧将锚固剂塞入孔中, 将已除锈、干净无油污的钢筋塞入孔中, 并将孔口锚固剂抹平。
图1 既有承台植筋构造(单位: mm)
图2 既有承台四周新浇混凝土配筋( 单位: mm)
2. 3 桩基主动托换顶升
(1)顶升准备 本工程托换桩顶升加载系统包括千斤顶和钢支垫等。每个桩顶横梁上各放置2台YSD500t的千斤顶, 而钢支垫则是由“ 矮钢支墩+ 各种厚度的钢板+ 特制的螺丝端杆钢支垫”组成。
(2)顶升托换将旧桩上的荷载安全地转移到托换新桩上, 是桩基托换成功的关键。本工程根据设计要求的最大顶升力分别为6 973 kN和7 643 kN , 施工前对实际轴力进行测试验证。分12级逐步施加顶升力, 前80% 的荷载按8级进行加载, 每级递进10% ; 后20% 的荷载按4级进行加载, 每级递进5% 。为保证梁体的平衡稳步上升, 前8级的每一级加载在2 m in 内完成, 持荷时间为15m in, 具体施加时间及持续时间须结合现场量测, 以新桩的沉降速度(≤ 0.01mm /m in)为控制标准; 后4级加载通过2个方面来进行控制: 一是每级加载的持荷的时间增至30m in以上; 二是新桩的沉降速≤01.01mm /m in。每个桩帽的2个千斤顶由一个油泵控制, 即2台油泵分别控制4台千斤顶实施统一操作, 同步顶升。千斤顶顶升的高度可以通过螺丝端杆上螺母旋转上升或下降的多少和精密水准仪观测来进行双控。当千斤顶顶升到所需要的荷载后, 并且监测到桥梁和托换桩基础的沉降达到一定的稳定甚至不再沉降时, 即将油泵锁死, 将螺丝端杆上的螺母旋转到位, 使钢支垫顶紧托换梁底。支垫全部顶到位后, 再用粗钢筋将预埋钢板与支垫底板临时焊在一起, 将支垫固定在桩帽上, 防止作业时支垫发生位移。这时方可启动油泵, 使千斤顶回程复位, 撤消千斤顶。最后连接托换桩顶横梁以及托换梁之间的钢筋, 浇筑桩梁间混凝土, 而位于桩梁之间的钢支垫则不再取出。
(3)顶升监测 对托换梁进行顶升过程中, 随着千斤顶活塞的推出, 各部分变形、受力的顺序是个复杂的过程, 为保证“主动托换”的效果, 在顶升过程中, 千斤顶顶力与所有结构的应变监测是确保托换成功的关键, 顶升托换梁时, 必须以设计顶力作为最基本的参考依据, 确定每个千斤顶允许压力限值, 将顶升力控制在梁之间垂直距离为650mm, 支垫设计高度为640mm,剩余的10mm 空间和顶升位移一起通过支垫上的螺丝端杆上的螺母进行调整。安装时务必保持千斤顶、支垫的顶升力与水平托换大梁垂直, 与桩基的轴线一致。
截桩完成后, 拔除临时钢支架下地铁隧道盾构影响范围内的钢管桩, 用C10的混凝土回填, 恢复路面。
3 施工监测
在施工过程中, 根据高架桥结构特点、工程地质条件及主要表现元等因素综合考虑布点, 由监测单位对桥梁既有状态及各施工工况下的墩台竖向和水平位移值、托换结构的应变增量和位移, 托换大梁挠度和新桩沉降进行了全过程严密监测, 结果表明各项实际变形值远小于设定的预警值, 证明托换结构是稳定的。
4 结语
桩基托换是一种较为新颖的力系转换施工方法。在铁路运营干线上不中断行车, 桥上列车正常运行的条件下按施工方案进行本铁路高架桥桩基托换, 取得了成功。但在既有铁路线上进行高架桥桩基托换, 涉及的施工项目较多, 施工中存在诸多不确定的影响因素, 对技術、工艺要求很高, 尚需我们在实践中进一步总结.
关键词:施工工序; 桩基; 托换
中图分类号：TU473.1 文献标识码： A 文章编号：
1 施工工序
桩基托换主要施工工序为: 托换基坑围护结构及止水帷幕旋喷桩施工→临时钢支架施工及扣轨→既有桥梁体顶升→新托换桩施工→开挖托换基坑→托换梁施工→千斤顶顶升→托换桩→梁连接→切断既有桩→拆除扣轨和临时钢支架→拔出地铁隧道盾构影响范围内的钢管桩→基坑回填, 地面恢复。
2 关键施工技术
2. 1 线路加固及扣轨施工
(1)临时钢支架基础 采用φ299mm @ 8mm, 桩长为2710m 的微型钢管桩。为不造成桥墩范围内地下水的变化, 其基础施工安排在基坑支护及止水帷幕旋喷桩施工完成后进行, 并尽量减少对既有高架桥待托换管桩基础的影响。微型钢管桩采用XY-200型地质钻机钻孔, BW-150型高压注浆泵注浆, 桩顶深入桩顶承台内400mm。在桩顶承台上预埋钢板和锚栓, 为后面钢管立柱的安装做好准备。钢板厚30mm, 预埋锚栓为φ28mm。锚栓位置必须准确、牢固, 确保浇筑桩顶承台混凝土时不位移。在后续开挖托换基坑时, 由于临时钢支架承台下的钢管桩基础也将会暴露, 因此必须随挖随将各钢管桩焊连在一起, 以增强钢管排桩的共同受力与稳定性。
(2)钢立柱的架设 采用支架进行安装。用吊机起吊构件卸至桥面投影范围外后, 人工移至安装地点附近, 然后在其上方搭设支架、安放横梁挂起重拉链滑车, 将其扶直与基础进行焊接与锚固。
(3)钢横梁安装 按照先安装横梁, 再安装纵梁的施工工艺进行。为节省横梁安装时间, 预先准确定出横梁位置, 将与横梁位置有冲突的轨枕位置进行调整。在确保横梁能穿进的条件下尽量减少扒开道砟的数量, 以减少对既有线路的扰动, 为利于纵梁安装, 确定横梁摆放位置与高程准确无误后, 用定位角钢将横梁定位, 再安装橡胶垫及横梁与铁轨连接扣件, 通过垫片来调整钢轨的高程; 并在横梁顶与钢轨底之间垫上木楔调整线路方向、高程, 以防轨枕下沉时及时调整、捣固线路。
(4) D12型钢纵梁安装 在临时钢支架立柱顶部安装特殊加工的可以连续的D12型钢纵梁, 纵梁最大长度48m, 质量达21t。为解决对位问题, 将其分成两节拼装, 并在钢立柱上焊接钢筋帮助对位。纵梁就位后, 与钢立柱件采用焊接连接, 防止纵梁在回填道砟捣固、列车侧向推力下产生偏移。
(5)纵横梁联结 D12型梁纵横梁联结采用固定的配件, 由于斜杆安装在横梁底, 扣轨时无法安装, 可考虑清除道砟后安装, 增强横梁的整体性; 在横梁各钢轨之间安设绝缘垫板, 并插打薄木夹, 确保轨顶高程与扣轨前一致, 并每隔210m 设置一道轨距杆。
2. 2 既有承台植筋
因铁路高架桥原桩基础为<550mm 预制管桩和<800mm钻孔灌注摩擦桩。根据预应力管桩的特点,不能对其进行植筋处理, 故只能在承台下部进行植筋。为加强既有承台与托换梁间的连接, 另在承台两侧植筋并新浇300mm 厚钢筋混凝土加强拉结层。如图1、图2所示。承台植筋要求如下。
(1)施工时将管桩与托换梁的接触面的杂物清除, 用清水和钢丝刷洗刷干净, 并且凿毛处理, 以利于托换梁和旧桩之间的结合。
(2)设计植筋规格为φ25mm钢筋, 长度500mm,锚入承台内250mm, 植筋步骤为: ①植筋前须仔细凿除既有桩承台底混凝土表面的水泥砂浆和松弱层; ②在承台下用电动冲击钻孔机钻孔至设计深度, 并注意避开承台钢筋, 钻孔均向同一方向布置; ③ 用空压机的风管对准钻孔将残留的灰尘吹出; ④用尺寸比钻孔直径稍大一点的钢丝刷对钻孔进行清刷; ⑤用空压机风管进行二次吹灰; ⑥带水进行二次清刷; ⑦用吸水强的干布, 将孔内水分吸干; ⑧将锚固剂塞入孔中, 将已除锈、干净无油污的钢筋塞入孔中, 并将孔口锚固剂抹平。
图1 既有承台植筋构造(单位: mm)
图2 既有承台四周新浇混凝土配筋( 单位: mm)
2. 3 桩基主动托换顶升
(1)顶升准备 本工程托换桩顶升加载系统包括千斤顶和钢支垫等。每个桩顶横梁上各放置2台YSD500t的千斤顶, 而钢支垫则是由“ 矮钢支墩+ 各种厚度的钢板+ 特制的螺丝端杆钢支垫”组成。
(2)顶升托换将旧桩上的荷载安全地转移到托换新桩上, 是桩基托换成功的关键。本工程根据设计要求的最大顶升力分别为6 973 kN和7 643 kN , 施工前对实际轴力进行测试验证。分12级逐步施加顶升力, 前80% 的荷载按8级进行加载, 每级递进10% ; 后20% 的荷载按4级进行加载, 每级递进5% 。为保证梁体的平衡稳步上升, 前8级的每一级加载在2 m in 内完成, 持荷时间为15m in, 具体施加时间及持续时间须结合现场量测, 以新桩的沉降速度(≤ 0.01mm /m in)为控制标准; 后4级加载通过2个方面来进行控制: 一是每级加载的持荷的时间增至30m in以上; 二是新桩的沉降速≤01.01mm /m in。每个桩帽的2个千斤顶由一个油泵控制, 即2台油泵分别控制4台千斤顶实施统一操作, 同步顶升。千斤顶顶升的高度可以通过螺丝端杆上螺母旋转上升或下降的多少和精密水准仪观测来进行双控。当千斤顶顶升到所需要的荷载后, 并且监测到桥梁和托换桩基础的沉降达到一定的稳定甚至不再沉降时, 即将油泵锁死, 将螺丝端杆上的螺母旋转到位, 使钢支垫顶紧托换梁底。支垫全部顶到位后, 再用粗钢筋将预埋钢板与支垫底板临时焊在一起, 将支垫固定在桩帽上, 防止作业时支垫发生位移。这时方可启动油泵, 使千斤顶回程复位, 撤消千斤顶。最后连接托换桩顶横梁以及托换梁之间的钢筋, 浇筑桩梁间混凝土, 而位于桩梁之间的钢支垫则不再取出。
(3)顶升监测 对托换梁进行顶升过程中, 随着千斤顶活塞的推出, 各部分变形、受力的顺序是个复杂的过程, 为保证“主动托换”的效果, 在顶升过程中, 千斤顶顶力与所有结构的应变监测是确保托换成功的关键, 顶升托换梁时, 必须以设计顶力作为最基本的参考依据, 确定每个千斤顶允许压力限值, 将顶升力控制在梁之间垂直距离为650mm, 支垫设计高度为640mm,剩余的10mm 空间和顶升位移一起通过支垫上的螺丝端杆上的螺母进行调整。安装时务必保持千斤顶、支垫的顶升力与水平托换大梁垂直, 与桩基的轴线一致。
截桩完成后, 拔除临时钢支架下地铁隧道盾构影响范围内的钢管桩, 用C10的混凝土回填, 恢复路面。
3 施工监测
在施工过程中, 根据高架桥结构特点、工程地质条件及主要表现元等因素综合考虑布点, 由监测单位对桥梁既有状态及各施工工况下的墩台竖向和水平位移值、托换结构的应变增量和位移, 托换大梁挠度和新桩沉降进行了全过程严密监测, 结果表明各项实际变形值远小于设定的预警值, 证明托换结构是稳定的。
4 结语
桩基托换是一种较为新颖的力系转换施工方法。在铁路运营干线上不中断行车, 桥上列车正常运行的条件下按施工方案进行本铁路高架桥桩基托换, 取得了成功。但在既有铁路线上进行高架桥桩基托换, 涉及的施工项目较多, 施工中存在诸多不确定的影响因素, 对技術、工艺要求很高, 尚需我们在实践中进一步总结.