桩基托换技术在广州地铁三号线工程中的应用

桩基托换技术在广州地铁三号线工程中的应用[摘要]结合广州市轨道交通三号线沥滘-厦滘区间桩基托换工程实例,介绍了托换体系的设计、施工步骤和监测。[关键词]地铁;桩基托换;隧道1.2隧道概况本段为盾构法施工,隧道构造外径为6.0ｍ,构造厚度300ｍｍ,隧道埋深较浅,隧道顶部至地表大约为10～15ｍ。由桩长及隧道埋深可知,进入隧道的桩基贯穿整个隧道。1.3地质概况该段地质属河流堆积地貌,地势平坦,隧道通过地段为饱和中细砂,拱顶为中～高灵敏度且宜液化的淤泥质砂,上覆层含水层厚,富水性强。地质概况如表2所示。2托换方案设计2.1主动托换体系主动托换技术是指原桩在卸载以前,对新桩和托换体系施加荷载,从而局部消除被托换体系长期变形的时空效应,将上部的荷载和变形运用顶升装置加以动态的控制。当托换建筑物的荷载大、变形要求严格控制的时候,需要通过主动变形调节来保证变形要求,即在被托换桩凿除之前,对新桩和托换体系施加荷载,使被托换柱(墩)在上顶力的作用下,随托换梁一起上升,从而使得在被托换的桩截断后,上部荷载全部转移到新加的托换桩上,同时通过预加荷载,可以消除局部新桩和托换体系的变形,使托换后桩和构造的变形控制在很小的范围内。2.2托换方案本设计采用主动托换体系。托换桩为钻孔灌注桩,托换梁采用钢筋混凝土梁。在隧道构造线外1ｍ范围外设置φ800ｍｍ灌注桩。承台两侧设置梁,承台和梁之间进展植筋处理。加载设备为ＱＦ50020型千斤顶及配套油泵,千斤顶行程为200ｍｍ,千斤顶最大压力5000ｋＮ。桩顶标高由既有承台底标高、托换梁支座处高度、千斤顶初始工作空间决定。如图1、2所示。2.3托换桩设计托换桩的桩长由以下3个原那么共同确定:①满足桩顶设计承载力;②满足进入中风化层不小于05ｍ(假设强风化层较厚时,参照①、③);③桩底标高不得高于隧道最低点以下1ｍ,防止桩对隧道构造产生有害的应力。计算结果:托换桩采用钻孔灌注桩,桩径为800ｍｍ;纵向钢筋及加劲箍筋采用ＨＲＢ335;螺旋箍筋采用ＨＰＢ235。桩身为Ｃ30水下混凝土。桩深化中、强风化岩,桩长根据每个桩的承载力要求及其他构造要求长度不同,在图纸中列表表示。钢筋笼纵向钢筋的混凝土保护层厚度为60ｍｍ,钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采取其它有效措施,以保障钢筋保护层厚度的准确性。托换梁的内力按照?混凝土构造设计标准?ＧＢ500102002进展配筋计算和裂缝验算。2.4植筋计算托换体系中,承台两侧设置托换梁,荷载将通过承台传到托换梁上,再由梁传到新加的托换桩上,从而到达托换的目的。为保证承台上的荷载可以传到梁上,就必须保证承台与梁的有效连接。为此,除在施工措施中对原有承台进展新旧混凝土界面处理外,还在设计中不考虑新旧混凝土间的抗剪力,其荷载完全由承台上的植筋来承当。植筋施工应满足以下要求:①植筋胶要求有50年的长期性能报告及1.5ｈ以上的耐火测试报告;②植筋胶应具有塞焊性能,当植筋与钢筋焊接时产生的热辐射能不会影响植筋胶的性能。2.5托换体系设计2.5.1构造设计本托换体系采用主动托换的形式,托换体系设计是托换成功与否的关键之一,也是托换施工的难点和重点。托换体系节点构造如图3、4所示。转贴于论文联盟.ll.桩顶与梁底间的间隔根据千斤顶的构造尺寸及行程决定。2.5.2钢垫板、钢楔设计为保证托换体系加载过程中桩和梁底的混凝土不被压碎,需要在桩顶和梁底设置钢垫板,垫板尺寸590ｍｍ×450ｍｍ×20ｍｍ,上下各1块,用3根直径20ｍｍ的锚筋锚入桩或梁体内。锚筋焊缝厚度ｔ=10ｍｍ,双面焊,并采取有效措施防止施焊时引起垫板翘曲,可断续焊,但每边焊缝长度不得小于15ｃｍ。为保证垫板下混凝土浇注密实,垫板上需开4个直径25ｍｍ的出气孔。为保证托换体系加载完成后,千斤顶可以顺利取出、托换体系可以继续保持稳定,从而顺利浇注微膨胀混凝土,需要设置钢垫板、钢楔块。详细尺寸如图5～8所示。钢垫块施工前应对上下钢垫板进展定位、平整度检查,且须保证钢垫块与钢垫板接触密实饱满,四周与钢垫板点焊,以保证可靠连接。钢楔块施工完后同样要与钢垫板及钢垫块焊牢,以保证可靠连接。2.5.3加载形式各托换桩预压总荷载为桩顶设计承载力的15倍,分10级均匀加载。对于同属1组托换梁的各托换桩同时加载,各级稳定20ｍｉｎ。对于施工监测中沉降观测内容在加载停顿完毕时、停顿后5、10、15ｍｉｎ各测读1次。当上步工序完毕同时满足以下条件时,继续下步加载或工作。(1)同组托换桩最大沉降差小于Ｌ1‰(Ｌ1为托换桩中心距)。(2)建筑物不均匀沉降小于Ｌ2‰(Ｌ2为测量点中心距)。当上步工序完毕同时满足以下条件之一时,应采取适当措施(如单独对少沉降桩基加载)调整沉降差。(1)同组托换桩最大沉降差大于Ｌ1‰。(2)建筑物不均匀沉降大于Ｌ2‰。当本加载过程中满足以下条件之一时,应立即停顿,采取适当措施(如单独对少沉降桩基加载)调整沉降差。(1)同组托换桩最大沉降差大于Ｌ1‰。(2)建筑物不均匀沉降大于Ｌ2‰。当本加载过程中满足以下条件之一时,应立即停顿,采取适当措施(如单独对少沉降桩基加载)调整沉降差。(1)同组托换桩最大沉降差大于2Ｌ1‰。(2)建筑物不均匀沉降大于2Ｌ2‰。当满足以下条件之一时,即可终止加载。(1)到达预压总荷载值。(2)桩顶总沉降超过50ｍｍ。3施工步骤(1)施工前准备首先需进展现场放线、定位、探槽工作,以确定托换梁、托换桩与既有承台、既有桩基平面、空间关系,检查托换梁尺寸是否适宜,验算桩顶标高。(2)托换桩施工桩位平面允许偏向应30ｍｍ,桩垂直度偏向均应按设计要求不得大于1%。土方开挖范围内管线及其他障碍物处理、托换桩施工,应及时详细地对施工过程进展记录。岩层中土方开挖应采用适宜的施工措施,以减少对围岩的扰动。(3)钢筋笼焊接、吊放加工前需按规定对材料进展抽检。钢筋笼应分节焊接、吊放,每节钢筋笼的长度应根据房屋首层净空决定,施工时应采取有效措施,使上下节钢筋笼的轴心在一条直线上。施工中应严格按照施工标准操作,确保钢筋笼的焊接质量,同时施工时应尽量缩短吊放和焊接时间。(4)托换梁施工既有承台外表处理;既有承台植筋;托换梁钢筋、混凝土施工。新旧构造接触面的垫层须去除,且将接触面混凝土外表按施工缝要求处理。凿毛、去除外表松动石子及清洗混凝土外表。(5)预压待托换梁强度到达要求后进展预压。预压前需对液压设备、量测设备进展标定,做好千斤顶定位检查,量测系统测试,预压方案完善,房屋鉴定等前期工作。预压过程应按既定方案分步进展、同步加压(同组梁),并根据量测结果调整施工参数及步骤。(6)体系转换待到达加载终止条件,托换梁、桩及建筑物沉降稳定后安装钢垫块,钢垫块稳定性及强度满足要求才可逐步进展体系转换。特别注意在初期阶段控制千斤顶回油速度,并根据量测结果调整施工参数及步骤。量测结果及外部条件允许后取出千斤顶。(7)节点施工节点钢筋设置、焊接,浇注微膨胀混凝土。浇注过程中控制振捣棒不得接触钢垫块。预顶节点施工完,且全面观测沉降变形稳定后,盾构方可掘进,洞内开场切断被托换的桩。(8)覆土恢复地面。4施工监测桩基托换是风险性、技术性很高的工作,同时也是依赖信息化程度很高的工作。施工监测是决定工程成败的重要一环。监测内容包括:建筑物的沉降、倾斜及裂缝观测;地面沉降及裂缝观测;地下水位观测;托换梁变位及裂缝观测;托换桩、托换梁(支座处)、既有桩、既有柱高程监测;分步液压参数监测等。所有水准点均应与不受施工影响较远的基准点相联络,并绘制沉降与时间关系曲线。裂缝观测应在裂缝位置予以标明,并进展编号,记录大小及开展。(1)水准点布置①与托换梁相交既有柱及与这些被托换柱相邻轴号上的既有柱;②被托换建筑天面四角及天面四边靠近中点位置;③新施工的托换桩桩顶;④新施工的托换梁支座处及与既有桩相交处;⑤地面沉降观测点。(2)裂缝观测位置①托换建筑物裂缝既有裂缝及托换过程中出现的裂缝;②托换梁裂缝包括支座处、受拉区;③托换桩裂缝包括桩头、桩侧;④其他与托换体系相连的构造构件裂缝。(3)变形观测位置①托换梁梁底变形;②托换梁梁侧变形。(4)液压参数①标定后液压设备压力表读数;②千斤顶活塞长度。(5)柱沉降监测要求①对楼房的所有柱进展沉降监测;②监测仪器的准确度不大于0.1ｍｍ;③基准点要稳定,不受托换施工和隧道施工影响。(6)对楼房倾斜监测要求①对楼房分别在纵横轴2个方向上监测倾斜度;②读数准确度不大于1ｍｍ。托换完毕2个星期内,仍要进展监测工作。此时仅监测被托换柱的沉降,第1周监测频率为每天1次,第2周为2天1次,监测数据应及时反溃从盾构机到达建筑物下部开场,到盾构机通过建筑后2个星期内,需对地表沉降及建筑物倾斜、不均匀沉降、裂缝开展情况进展监测。盾构通过时每天监测2次,其他时间2天监测1次,监测数据应及时反溃地面下沉允许值为10ｍｍ;房屋不均匀沉降允许值为0.002Ｌ(Ｌ为框架梁跨长);房屋倾斜不允许大于0.004(指根底倾斜方向两端点的沉降差与其间隔的比值)。5施工考前须知(1)在原柱上穿孔和凿、锯除承台前,必须采用型钢或其它方法支顶上部横梁,待施工完毕前方可撤除。(2)对建筑物的各种地下管线,如水管、煤气管、电缆等,要加强保护和监测,影响施工的可会同有关部门协调处理。(3)施工对周围的影响必要时,建筑物首层为施工面,其地台、门窗、水电管线处的砖墙均需撤除,为保证楼上住户使用,需搭建临时过道及水电线路改道。托换施工完成后,对地台、砖墙、装修等恢复原样。(4)施工前,调查地下管线的布置,然后制定专门的处理措施。(5)新旧混凝土结合要结实。详细措施如下:①为了让新旧构造协调作用,新旧混凝土界面均要求处理;②将旧混凝土外表凿毛,深度宜为10～20ｍｍ,对柱凿毛深度不宜超过10ｍｍ;③凿毛后用水清洗干净,在新加构造混凝土浇捣前4ｈ内刷界面处理剂;④凿毛时假设发现裂缝等异常情况,应立即采取临时平安加固措施,并反应给设计人员。(6)施工前应做好盾构机在本段