建筑物的托换讲义


    地面建筑物的保护和桩基托换技术 随着城市建设的开展,人口数量的增加和地面交通的拥挤,地下空间的开发已经成为各大城市开展的主要方向。地下空间的开发程度从某种意义上来说也标志着一个城市的文明开展水平。 盾构法是目前隧道暗挖施工中最为先进的一种工法,其优势是速度快、本钱低、作业环境平安、对地面的交通建筑物影响小,被世界各国广泛应用于城市地下交通隧道、城市污水隧道和城市管线隧道的施工。但由于城市建筑物林立,地下管线密集,盾构在建筑物下穿过或临近建筑物的现象十分普遍,如何控制地层沉降保护地面建筑物构筑物的平安是盾构施工必须要解决的技术问题。 在城市地下进行盾构隧道掘进施工、隧道线路设计,一般尽量避开原有构筑物,但是由于城市地下空间有限,盾构有时必须穿越,临近建筑物或构筑物。因此,必须采取相应的技术措施控制地层沉降,保护地面建筑物构筑物的平安。 1、建筑物的调查 对隧道沿线的地下障碍物进行调查,主要调查地面建筑物,地下构筑物、埋设物、水井以及已建地下工程的记录,查清其根底及结构形式,桩基长度,类型,受力模式等根底的施工资料。对障碍物的调查,不仅调查障碍物的位置、形状,结构形式,还须调查原有建筑物和构筑物的重要性、用途、工作状况、损伤状况及周围环境。清楚掌握障碍物的概况,能够在设计阶段明确其具体的保护措施。 盾构隧道邻近施工是指盾构推进的影响范围内有构筑物,例如相邻隧道或管线、桥梁、房根底等构筑物。邻近的范围一般指从盾构下端始划出〔45º+φ/2〕的斜线,既横向沉降槽的范围内,见图下所示。在邻近范围内的构筑物,均要实施监测保护。 确认障碍物的方法,最有效的方法是采用试挖掘确认的直接确认法。当不能直接确认时,可采用物探方法间接确认(雷达探测或地质CT)。当时的竣工资料也是一个重要的参考资料。 2、对付障碍物的方法 在障碍物调查的根底上,确认对付的方法,寻求撤除障碍物的可能性或用根底托换方法。 可以撤除的障碍物有以下几种: (1) 结构上可以撤除的临时性桩基; (2) 已经弃用的旧桥墩、旧护岸等; (3) 障碍局部可以撤除的构筑物; (4) 盾构施工后可以重建的构筑物。 可以采用根底托换方法撤去相应障碍物的有以下几种: (1) 可以替代的建筑物; (2) 可以替代的地下构筑物。 3、建筑物的保护 对建筑物的保护在具体操作时分为两种情况:一种是在盾构施工之前的预先加固:另一种是在施工过程中进行保护。 〔1〕预加固是指在盾构施工之前,根据对工程地质特征的分析及地面建筑物状况的研究做出判断需要进行的防护性措施。它包括对建筑物根底的预加固处理、对建筑物的预支护及对建筑物的桩基托换等。 〔2〕 在施工过程中进行保护是指已出现危及地面建筑物平安时所采取的保护性措施。它包括对建筑物的临时支顶、对根底的加固等。 4、根底托换 盾构邻近施工的根底托换,因构筑物形式和重力的不同,可采用不同的施工方法: ①承压板方式;〔扩大根底形式〕 ②新设桩和承压板结合方式 如案例一 ③新设桩梁根底方式; 如案例二 案例一 广州地铁三号线大塘-沥滘区间桩基托换工程 1、工程概况 该在里程YDK11+000~YDK10+300内,穿越新基新村、广州耐火材料厂厂房及宿舍〔YDK10+680~YDK11+000〕和欣晟皮具制品厂厂房。地面房屋大多为市郊农民房,以4~7层局部8层框架的民宅建筑为多,根底以Φ500~Φ800mm灌注桩为主根本为单柱单桩,个别为天然根底,其中有十六栋建筑物根底侵入隧道或临近隧道,需进行桩基托换或根底加固。详见附图一 2、地质和水文条件 该区段隧道埋深为16-22米,隧道底部为强、中等风化岩、泥岩、,天然抗压强度fc=20mpa,边墙为饱和水中细砂,强、中等风化砂、泥沙n=18~87击,拱顶为饱和中、细砂层,厚8~10m,其上为淤泥质土。 根据地层的富水程度及储水介质,本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。第四系孔隙水,含水层为饱水中细砂中等透水性;基岩裂隙水含水层为强、中等风化岩、泥岩中等透水性。 3、方案比拟 3、1 施工图设计 对于A273、A274、A276、A277-2、A292、A294六幢房屋采用筏板+桩周注浆托换方案。筏板结构采用500-700mm厚的钢筋混凝土板,新加的筏板根底与原结构采用包柱或包承台方式连接。新旧混凝土之间进行界面处理,筏板施工时在侵入隧道桩的桩周预埋注浆管,筏板完成后进行注浆以提高桩周土的摩阻力。侵入隧道的桩在盾构通过时由盾构磨断。在盾构掘进时进行跟踪注浆,以减少建筑物的变形。 对于A275、A277、A280、A289、A290、A291、A293-1七幢房屋,采用托换梁-托换桩方案。托换梁-托换桩结构采用普通钢筋混凝土包柱〔或包承台〕的大梁和Φ600的钻孔 灌注桩,并采用预顶措施来消除柱沉降引起的对建筑物的影响,。到达主动托换的目的。由水平大梁包柱及托换桩构成新的受力体系。水平大梁采用C35钢筋砼,梁截面b×h=700×1400~1200×2000mm。利用原建筑物首层作为施工空间,托换新桩采用Φ600钻孔桩,要求桩边到隧道外边线的距离不少于1米。 建筑物采用顶升法既在原承台上施作钢筋砼顶升平台,包裹房屋柱成一整体。采用200-500吨级的QYD200-500型千斤顶的顶升装置安装在顶升平台于原承台之间,通过预顶使荷载通过千斤顶传递到地面上并全面观测变形稳定后,切断原承台和顶升平台间的房柱。当盾构通过时,根据监测结果调节千斤顶,以补偿地层的隆陷位移。盾构通过后,修复被切断的柱子。 对于A267、A270、A271-2三幢建筑物,那么采用包柱式承台结合锚杆静压桩进行局部加固。 3、2存在问题 如果实施顶升方案,那么作业面与现有室外地坪最深处将到达2700~3200mm。由于建筑物密集,基坑开挖后无法放坡,地下水较为丰富,土方开挖后将势必会对周边建筑物和基坑本身带来很大的施工困难。 3、3现行方案 根据现场房屋密集;桩基在隧道范围之内为素砼;桩周注浆效果不理想等原因,经过屡次的方案论证和审查最终决定采取如下方案承台梁加静压桩加固:筏板加静压桩加固:筏板加静压桩加袖筏管跟踪注浆加固方案。 详见下表一 序号 房屋编号 加固形式 静压桩数量 需处理的桩数 桩径 〔MM〕 原桩长〔m〕 与隧道的关系 1 A267 承台梁加静压桩加固 2 1 500 21 +1.1 2 A270 4 3 500 21 +1.0 3 A271-2 5 3 600 20 +1.60 4 A273 筏板加静压桩加固 19 9 500 22 -0.70—0.9 5 A274 14 7 600 21 +0.3-0.4. 6 A276 21 9 800 21 -0.04-02 7 A277-2 13 8 600 21 -0.3 8 A292 6 3 500 16 0.1 9 A280 46 4 600 20 10 A294 21 10 600 17 11 A290 28 4 600 16 12 A275 筏板加静压桩加盾构通过时袖筏跟踪注浆 25 6 800 22 13 A277 28 9 600 22 14 A289 55 8 600 26 15 A291 57 10 600 21 16 A293-1 31 5 600 18 合计 375 建筑物桩基处理方案表〔表一〕〔+代表在隧道上方,-代表在隧道下方〕_ 4、主要技术措施 本工程采用筏板根底施工时,筏板结构为500~700mm厚的钢筋砼板,混凝土强度为C25,筏板底地基承载力大于80~120Kpa,新加筏板根底与原结构连接,采用包柱方式,钢筋从原承台上穿过,在浇筑筏板砼时将旧砼外表进行凿毛。筏板与原有房屋需植筋,筏板混凝土强度为C25,采用板式双层配筋。遇到原建筑物承台或柱时采用植筋方式进行连接。原桩不切断,在盾构掘进通过时,进行跟踪注浆,以减少建筑物的变形及沉降,保证建筑物的平安。 采用筏板根底时施工时包括:地基加固、筏板根底施工、静压桩施工,跟踪注浆、施工监测等工序。具体工艺流程如下: 建筑物调查 建筑物监测取得初始值 放线 土方开挖 砌筑砖模 植筋钢筋制安 砼浇注 静压桩施工 房屋恢复 全面监测 全面监测 盾构掘进时跟踪注浆 5 盾构通过该区段时的施工控制技术 右线盾构机在8月3日进入隧道该区段,该区段埋深较浅23~14米,隧道头顶砂层达8~10米,在隧道顶和其影响区域内主要有45栋密集的3~5层民用建筑物,其中虽然对16栋房屋进行了根底加固,但是由于地质条件较差,侵入隧道的建筑物和局部天然根底的房屋对盾构隧道的掘进仍然是很大的挑战。 5、1、工程施工情况及采取的主要措施 该区段因隧道埋深浅,砂层厚,建筑物密集,地下水丰富等特点引起各方的高度重视。在到达前,承包商已经对盾构机的19把中心和边缘滚刀进行了更换。但在8月6日当日的建筑物沉降监测数据显示,ZA153-2:-7.44mm,ZA153-3:-7.32mm,ZA140-1:-4.74mm建筑物沉降数据已经接近预警值10 mm,通过对现场设备详细的检查发现,盾构机尾刷击穿,绞接出现渗漏。这些原因造成盾构机同步注浆无法填充衬砌背后的孔隙,因隧道周围土体的自稳性较差从而引起了地面建筑物的沉降。 5、1、1尾刷更换 8月11日首先对盾尾绞接密封进行抢修,在8月13日对盾尾的最后一排尾刷进行全部更换。 8月14日在944环拼装完成后,945掘进1200mm时,开始撤除K块相邻两片管片,露出第一道尾刷空隙,利用空隙先将周边的渣土清理干净,然后逐片割除,先点焊固定,在逐步满焊牢固,〔如图〕。再上面管片稳定后,在按照上面的程序进行下面的管片。   管片撤除后两道尾刷塞满情况图 已换装并上好油脂的尾刷及管片重新安装图 通过此次大修,从设备的本身解决了盾构机漏浆,同步注浆效果差等问题。8月17日右线盾构机恢复掘进。 5、1、2现场沉降情况及相应措施 8月21日盾构机在掘进1531环时,建筑物当日沉降的数据再次显示A273-1:3.55mm,A273-4:6.56mm,A275-1:5.84mm,A275-2:3.56mm,同时累计沉降到达A140-1:37.87,ZA140-4:37.5mm,A269-1:32.9mm,A269-4:27.12mm,已经超过标准允许沉降值,在A259房屋及A262地面出现了不同程度的裂缝如图。 A259房屋三层露台地面出现的裂缝     A262外墙与围墙同铺瓷砖面接口处出现裂缝 通过认真的总结和分析法发现盾构机掘进参数的控制不合理,盾构机的姿态控制,泡沫管的畅通,进土量与出土量的平衡控制等因素都是造成建筑物沉降的原因。 尤其通过对现场盾构机实际操作数据的调查发现在该段掘进时,土仓压力在掘进和非掘进状态下,压力变化较大。如在2004年8月24日在掘进947环时1#土仓压力在掘进时为1.9-2.1bar,在停机时土仓压力为0.4-0.6 bar,压力瞬间起伏为1.7 bar。 由于土仓压力的波动对土层的扰动较大,因该段地层处于自稳性较差的地段,地层的扰动通过土体的应力重新分布及固结后,使作用于该地层的建筑物及地面出现不同的沉降,沉降超过其承载能力后,出现裂缝。 现场通过采取以下措施,严格控制建筑物的沉降,取了良好的效果在9月13日早1:30顺利到达预计停机位。 1、全部采用土压平衡模式进行掘进,保证土仓压力的平衡在1.2bar,左右,在推进过程和停机过程中保持土压的根本平衡,不要出现过大的波动。 2、保证同步注浆量在6m3以上,注浆压力保证1.5~2.5bar;严格控制注浆管的畅通,发现堵管时应及时安排疏通;同时在浆液泵入浆液槽之前严格检查浆液的质量,对不合格的浆液,不予使用。 3、保证同步注浆速度与推进速度要保持统一性,每推进100mm同步注浆泵要注入40~45次。严格控制出土量,现场要做到进土量与出土量保持平衡。 4、保证刀盘前方的泡沫管与膨润土管的畅通,在掘进过程中保证泡沫及膨润土的注入量。在加注泡沫的过程中,要注意控制气压,尽量防止过高压力引起的土压波动,并且必须注意控制 5、在推进过程中应保持盾构机的姿态平稳,严禁姿态的起伏过大引起刀盘周边土体的沉降。 6、加大地面的监测力度,在建筑物当日沉降的数据超过2mm以上时,测量频率就要加倍,而且测量数据要及时反应到掘进班组,以迅速调整盾构机参数以到达指导施工的目的。 7、严格控制盾构机在推进过程中千斤顶A区、C区的油缸油压差值要保持统一、稳定、不要出现过大的波动姿态。蛇行超挖。 5、1、3 桩基侵入隧道建筑物的沉降 该段区域共有5栋桩基侵入隧道房屋A275、A277、ZA181、A289、A291。其中A289房屋全断面有8根桩侵入隧道9.588米。盾构通过时盾尾脱出后A275、A277、ZA181、A290房屋的当日沉降量均没超过10MM,只是ZA181当日沉降量到达了17MM,在随后2天内逐步稳定,目前累积沉降最大到达36MM。 五、经验总结 过后300m险区,承包商有效控制了建筑物的沉降,成功穿越桩基侵入隧道房屋,没有造成房屋和地面坍塌,相对平安地到达停机位,其成功经验主要有以下几个方面 1〕 思想上重视,在盾构到达之前各方屡次讨论桩基托换方案,根据该地区房屋密集的特点,制定了筏板加静压桩的方案,既保证了桩基托换时的施工平安,又为盾构通过创造了有利条件。 2〕 技术上措施得力,作为该区段的重点和难点,工程部针对该区段的地质情况和可能出现的险情作出了更换尾刷,修理铰接密封等一系列针对性措施,并对作业层进行了详细的技术交底。 3〕 科学监测,用数据指导盾构施工。当建筑物日沉降量超过2MM时,加密监测频率,及时根据监测数据调整盾构施工参数。 4〕 保证同步注浆量,确保刀盘前方的泡沫管通畅,严格控制出土量,作到真正的土压平衡。 1. 5〕 注意对盾构机姿态和千斤顶行程差的控制,尽可能防止蛇形超挖引起刀盘周围的土体沉降。 案例二 广州地铁一号线长寿路——陈家祠区间托换工程 1. 根本情况 被托换的五栋楼房为6~9层,共涉及108条桩。线路与被托换楼房关系如图4—82所示。楼房的结构如表4—10所示。被托换的五栋楼房如图4—83至图4—87所示。 表4—10 楼房结构情况表 楼房编号 D-P3-2 D-P3-3 D-P3-4 D-P3-5 BH-1 楼房层数 9 6~9 8 6 9 建筑特设度/m 31.65 30.40 26.80 18.90 29.50 结构类型 钢筋混凝土框架 钢筋混凝土框架 钢筋混凝土框架 砖混结构 钢筋混凝土框架 根底类型 Ф480灌注桩 Ф600灌注桩 Ф460灌注桩 Ф480灌注桩 预制方桩 根底桩长/m 14~18 20~22 18 15~18 17.7 首层层高/m 3.8 3.2 3.0 3.2 4.5 楼房重量/t 6600 6200 1600 2750 6500 图4—82 线路与被托换楼房关系图 图4—83 D-P3-2号楼 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—84 D-P3-3号楼 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—85 D-P3-4号楼 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—86 D-P3-5号楼 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—87 BH-1号楼 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 2. 技术方案 该方案采用了由设置于桩承台附近的钢筋混凝土梁式转换层和设置于盾构隧道外侧的钻孔灌注桩组成的托换结构体,根据具体情况,用托换大梁包承台直接托柱,或在原承台之间设置托换大梁,在大梁之间通过柱位设置托换小梁来托换。待托换结构混凝土到达设计强度后,再在原承台底断开原桩或在托换小梁底断开原柱,使上部建筑物荷载转移到新的永久性的托换结构上。为了控制托换后产生的变形,局部楼房采用了预应力混凝土梁式转换层,如图4—88至图4—90所示。 图4—88 D-P3-2号楼托换梁钢筋 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—89 D-P3-3号楼托换梁预应力钢筋 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 图4—90 D-P3-5号楼托换梁钢筋 〔广州鲁班公司工程部 摄〕 3. 托换的质量效果 各栋楼房在根底别离前后及盾构通过前后的监测结果如表4—11所示。 表4—11 各栋楼房柱位及〔或承重墙〕的最大沉降量 mm 时 间 D-P3-2 D-P3-3 D-P3-4 D-P3-5 D-P3-6 根底别离前 0.9 1.0 0 0.2 0.7 根底别离后 3.0 1.8 2.4 2.3 1.4 断桩其间 盾构通过前 5.3 2.5 3.9 3.3 4.8 盾构通过后 6.3 4.1 4.6 5.5 6.2 盾构通过半年后 7.3 4.5 4.7 6.2 6.4 案例三 广州市轨道交通五号线【杨箕站~珠江新城站盾构区间】土建工程 175#建筑物桩基托换施工方案 一、工程概况 广州地铁五号线杨箕站-五羊邨站-珠江新城站区间盾构法施工自珠江新城站西端始发后,采用“先隧后站〞工艺通过五羊邨站,区间线路止于中山一路杨箕村。区间隧道在线路左线里程为ZDK14+790.0~ZDK14+850.0、线路右线里程为YDK14+810.0~YDK14+870.0间下穿五羊邨过街楼。五羊邨过街楼跨寺右新马路修建,整体为四层框架结构。地面一层现状为寺右新马路行车道;五羊邨过街楼下方有构筑物五羊邨绿岛加压站,由于五羊邨过街楼局部桩基侵入区间隧道开挖面,故要进行桩基托换;考虑到对地面交通和对五羊邨绿岛加压站的影响,本次托换采用地下暗挖隧洞主动托换。桩基托换临时施工竖井设置于五羊邨绿岛加压站西侧约13m处的绿化带内;采用1条托换主洞和6条托换支洞,对五羊邨过街楼6#、17#、25#、26#、31#、39#桩基进行桩基托换作业。 二、总体施工布署 1、施工条件 场地条件:由于此处位于城市中心区,交通密集,人口集中,疏解困难,且地下有供水加压站,故侵入隧道限界范围内的桩基不具备地面托换的条件,需施工竖井做通道进入桩基位置处进行地下托换。地面工作场地虽狭小,可利用寺右新马路绿化带作为施工场地,面积1307平方米,经合理布置根本能满足施工需要。 图1:施工场地平面布置图〔见附页〕 地质条件:本区间沿线大地构造上属于天河向斜的南翼,岩层东西走向并向东尖灭,是直接影响本区间的构造。下伏基岩为白垩系的两组地层:白垩系上统大塱山组三元里段(K2d1)的砾岩、含砾砂岩、粉砂质及泥质粉砂岩,白垩系上统三水组西濠段(K2S2b)的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹含砾粗砂岩和砂岩。本区间未发现有断裂通过,亦没有发现风化深槽。 1.1 地层特性 工程沿线穿越的地层总体上为二元类型,即上部为新生界冲~洪积和风化残积地层,下部为白垩系陆相沉积的以红色为主的泥岩、粉砂岩、含砾砂岩和砾岩等组成的基岩层。区内地层从新到老大致可分为9个大层,地层性状描述见表?地层特性表?,各地层物理参数见表?地层物理参数表?。 地层特性表 序号 地层编号 时代成因 地层类别 地层厚度 地层性状描述 1 <1> Q4ml 人工填土 平均 2.58m 全部为杂填土,厚度变化较大,呈黄褐、灰黄等色,结构松散~稍压实,由碎石、砼块、砖块、砂土、粘性土组成,硬质物含量较高。 2 <2-1A> Q4mc 淤 泥 层 平均 2.40m 深灰~灰黑色,呈饱和,流塑状态,以粘粒为主组成,局部含少量粉砂,为海陆交互相沉积成因。本层强度低,压缩性高。 3 <2-1B> Q4mc 淤泥质土 平均 2.40m 深灰~灰黑色,呈饱和,流塑状态,以粘粒为主组成,含少量粉砂或薄层粉砂,为海陆交互相沉积成因。本层强度低,压缩性高。 4 <2-2> Q4mc 淤泥质砂 平均 1.60m 深灰~灰黑色,呈饱和,流塑状态,以粘粒为主组成,含较多粉砂或夹薄层粉砂,含腐植物,以透镜体状分布,为海陆交互相沉积成因。本层强度低,压缩性高。 5 <3-1> Q4+3al+pl 粉细砂 平均 2.80m 灰白、灰黄等色,饱和,呈松散~稍密状,局部中密状,主要为粉细砂,局部含中砂较多,含少量粘粒,局部含较多粘粒。多呈尖灭状或透镜体分布。 6 <3-2> Q4+3al+pl 中粗砂层 平均 3.950m 灰白、灰黄色,呈饱和,松散~稍密状,局部中密状,主要为中粗砂,含少量粘粒,局部含粉细砂。 7 <4-1> Q3al+pl 冲洪积 粘性土 平均 2.65m 灰黄、灰白、黄红等色,以冲洪积作用而形成的粉质粘土和粘土为主,局部为粉土或含粉细砂,呈可塑状态(局部硬塑~坚硬状)。本层强度较低,压缩性中偏高。 8 <4-2> Q3al 淤泥质土 平均 2.35m 深灰~灰黑色,饱和,呈流塑状态,以粘粒为主,含少量腐植质及粉细砂。河湖相沉积成因,强度低压缩性高。 9 <5-1> Qel 可 塑 粉质粘土 平均 4.68m 紫红、褐红或棕红色,由红色陆相沉积岩(泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等)风化残积形成,以粘粒为主,呈湿,可塑状。本层强度中等,压缩性中等偏高。 地层特性表 序号 地层编号 时代成因 地层类别 地层厚度 地层性状描述 10 <5-2> Qel 硬 塑 粉质粘土 平均 4.43m 暗紫红色、褐红色,主要由粉质粘土组成,局部为粘土,含少量风化残留岩石碎屑,呈湿,硬塑~坚硬状态。本层强度较高,压缩性较低。 11 <6> K 岩 石 全风化带 平均 5.75m 由紫红、红褐、棕色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成,原岩已风化成土状,岩石组织结构已根本破坏,但尚可辩认,局部夹强风化岩块,岩芯呈密实土状或坚硬状,可挖性方面属于土层。本层强度较高,压缩性较低。 12 <7> K 岩 石 强风化带 平均 5.10m 主要由紫红色、棕红色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成,泥质和粉砂质结构为主,泥、钙质胶结,岩石组织结构已大局部破坏,但尚可清晰辩认,矿物成分已显著变化,岩石风化裂隙发育,岩芯呈半岩半土状、碎块状或片状。本层强度较高,压缩性较低。 13 <8> K 岩 石 中风化带 平均 8.30m 主要由红褐色泥质粉砂岩和砾岩组成,粉粒结构为主,泥、钙质胶结,中厚层状构造,岩石组织结构局部破坏,矿物成份发生变化,风化裂隙较发育,岩芯呈短柱状或柱状,岩质稍硬。本层强度较高,压缩性低。 14 <9> K 岩 石 微风化带 主要由红褐色泥质粉砂岩,局部为砾岩组成,粉粒结构为主,泥、钙质胶结,中厚层状构造,岩石组织结构及矿物成份根本未变,有少量风化裂隙,岩芯呈柱状,岩质较硬~硬。 地层物理参数表 岩 土 分 层 岩土名称 时 代 与 成 因 天 然 密 度 天 然 含 水 量 孔 隙 比 剪切试验 压 缩 系 数 压 缩 模 量 变 形 模 量 天 然 抗 压 强 度 直接快剪 固结快剪 粘 聚 力 内摩 擦角 粘 聚 力 内摩 擦角 ρ w e c Φ c Φ a0.1~0.2 Es1-2 E qu (g/cm3) (%) (kPa) (°) (kPa) (°) (MPa-1) (MPa) (MPa) (MPa) <3-1> 冲洪积粉细砂 Q3al+pl 1.90 26.7 0.78 25 27 0.365 5.04 18 <3-2> 冲洪积中粗砂 Q3al+pl 1.90 26.4 0.81 26 29 0.37 5.26 20 <4-1> 冲洪积土层 Q3al+pl 1.98 25.4 0.70 21 23 22 25 0.38 4.90 15 <4-2> 淤泥质土层 Q3al+pl 1.70 40.0 1.06 8 8 0.83 2.53 <5-1> 可塑状残积土 Q3el 1.97 28.4 0.77 23 24 23 24 0.32 5.40 18 <5-2> 硬塑状残积土 Qel 2.00 26.2 0.70 27 28 28 29 0.22 7.60 38 <6> 全风化红层 K 2.00 21.5 0.62 33 30 0.16 10.50 70 <7> 强风化红层 K 2.10 19.7 0.57 55 30 0.13 12.00 150 1.0 <8> 中风化红层 K 2.40 450 28 7000 8.7 <9> 微风化红层 K 2.64 800 28 8000 17 1.2 水文地质条件 地下水位 本段内地下水水位埋深1.0~2.5m总体变化较小。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切,大气降水和地表水体(珠江、河涌)是主要补给源,地下水位受季节影响明显。 地下水类型 地下水类型主要有以下四种: 1)上层滞水 主要在上部的杂填土层中,富水性一般,总的储量不大。 2)孔隙潜水或微承压水 主要分布在第四系地层中的松散砂层中,为主要含水层,透水性强,直接或间接受大气降水补给,并受地表水体的渗透补给,因此水位不仅与季节性降雨量有关,还受河涌潮汐动态水的影响。 3)基岩裂隙水 主要分布在第四系地层之下的白垩系陆相沉积的破碎的基岩裂隙中,水量的大小受基岩的裂隙发育程度及裂隙的连通性制约及与裂隙水的补给有关。 地下水补给 第四系砂层是典型的强透水层,直接或间接的大气降水补给,同时受附近河涌或其他地表水体的渗透补给。基岩裂隙水的补给主要是上覆第四系地层的渗透补给和连通性裂隙的侧向补给, 各类土层的渗透系数具体见表2-4?地层渗透系数表?。 表2-4 地层渗透系数表 岩土名 人工填土层 淤 泥 层 淤泥质土层 淤泥质砂层 粉细砂层 中粗砂层 冲洪积粘性土 土层 <1> <2-1A> <2-1B> <2-2> <3-1> <3-2> <4-1> K(m/d) 0.1 0.1 3.5~5.0 8.0~13.6 0.1 岩土名 淤泥质土 可塑粉质粘土 硬塑粉质粘土 全风化岩层 强风化岩层 中风化岩层 微风化岩层 土层 <4-2> <5-1> <5-2> <6> <7> <8> <9> K(m/d) 0.1 0.1 0.1 0.2 0.6~0.8 0.4~0.5 0.1~0.3 隧洞底部主要地层为<6>、<7>层。托换支洞及作业导洞主要穿越地层为<5-2>、<6>、<7>层。区间隧道在该地段埋深约20m,托换桩及隧道主要穿越<7>、<8>、<9>层。 2、施工总体方案 总体托换方案为在施工场地内开挖竖井,通过横通道至桩位处,再施工满足托换的支洞,然后在支洞内进行桩基托换。 3、工期安排 所有桩基托换均在盾构机到达前30天完成,根据盾构机始发日期及掘进速度,175#过街楼处桩基托换工期为2005年5月14日~2005年11月30日,实际工期按工序排定至2005年11月29日。 图3:施工进度网络图〔见附页〕 4、施工组织 为保证桩基托换的质量,组建一个有工程副经理挂帅的工程分部,配备具有一定经验的专业技术人员4人,测量工程师1人,及其他管理人员共8人。安排1个专业队伍施工,施工顶峰需配备劳力80人。 5、机械配备 为满足本工程施工需要,需上场施工设备列表如下: 主要施工设备表 序号 设备名称 型号规格 单位 数量 1 电焊机 BX-500 台 3 2 空气压缩机 20m3/7kg 台 1 3 通风机 台 1 4 风镐 支 10 5 风钻 Ф42 支 10 6 注浆泵 KGY50-70 台 1 7 拌浆筒 KEJ-200 台 1 8 搅拌机 350L 台 1 9 千斤顶 台 15 10 电葫芦 10t 台 2 11 振动捧 3.5KW 支 6 三、施工方法 1、 施工顺序 施工准备 预顶承台施工 钢筋、模板制安 商品砼运输泵送 原桩植筋、界面处理 钢筋、模板制安 商品砼运输泵送 浇注托换梁 安装千斤顶及可调自锁系统 监控量测 分析托换梁受力转换 调整千斤顶顶升量 挖截桩孔 逐步切断原桩 托换梁与托换桩连接 撤除千斤顶及自锁系统 原桩凿除取出 回填与恢复 175#桩基托换施工工艺流程框图 2、预顶承台施工 挖孔桩施工完成后,进行预顶承台施工,承台断面尺寸为2400×2500㎜,高CT8、CT11为1500㎜,其余为1200㎜。首先按设计图纸及标准要求绑扎钢筋,支立模板、安装预埋件后浇筑C35砼。 每个预顶承台顶上预埋与桩连接钢筋及两块-500×500×20㎜钢板,预埋钢板安装时必须定位准确。 3、拖换梁施工 3.1梁体与原桩结合部处理 梁柱接头为桩基托换工程中的关键部位,根据设计图纸,在原桩和托换梁结合的混凝土界面采用凿毛和植筋处理。 界面凿毛:按设计要求,在原桩上进行放样划线,定出凿毛位置,将原桩混凝土外表凿成凹凸不平状,凹深为10~20mm。凿毛后用水清洗干净,在新加结构砼浇筑前四小时内刷界面处理剂。假设凿毛时发现裂缝等异常情况那么立即采取临时平安加固措施,并反应信息给设计单位。 植筋:首先选用有植筋资质的专业队伍施做,按设计要求,植筋采用Φ20钢筋,植筋长为400mm,植入桩内200mm。首先在原桩上进行放样,划出植筋孔位置,采用电钻钻孔,孔径为Ø26,孔深200mm。钻孔必须跳钻,并且植好一面的钢筋后再钻第二面的孔,每一批植筋在桩的任一水平截面内不应超过两孔,且待前一批植筋植筋胶凝固之前方可施工下一批,循环至锚完所有锚筋。钻孔时假设碰到钢筋那么立即停止钻进,移动孔位后再钻。 锚筋前必须将孔内灰尘用高压风吹干净,然后用环氧水清洗孔壁。结构胶粘结剂必须严格按配比在锚筋前试配,合格前方可配制使用,其抗压强度应不低于30MPa,粘结剪切强度不低于3.5MPa。 孔清洗干净后,塞满结构胶,植入钢筋。在植筋胶凝固之前不得扰动植筋,施工后检查每孔植筋是否有松动情况,假设有那么补做。植筋完成后要进行抗拉、抗剪及抗老化试验,试验合格前方可进行下道工序施工否那么重新施做。 3.2梁体施工 结合部植筋凿毛完成后即可进行托换梁施工,绑扎钢筋,支立模板,浇筑C35混凝土。施工时对梁端预顶部位严格控制加强钢筋网的位置,且梁底纵向受拉钢筋较多,浇筑砼时要进行分层浇筑,确保砼振捣质量。浇筑砼时,在托换梁底预留6分导管及对应桩预留钢筋,待预顶完成后,在保持预顶力稳定不变的情况下,将桩、梁钢筋接好,浇筑微膨胀砼封桩和在封桩砼终凝后灌注高标号水泥砂浆填充托换梁底与封桩砼之间的空隙,灌浆压力约1MPa。 4、托换 采用主动托换法施工,即采用托换梁结合托换新桩的方式,在托换梁与挖孔桩之间设置千斤顶加载,使新桩的大局部沉降通过千斤顶的预压来完成,同时使上部结构有微量位移,完成体系转换。 4.1监测 为了确保上部结构的正常平安使用,监控网络必须根据每个施工步骤可能对结构造成的影响进行布置。采用信息化施工技术,以信息指导施工,托换过程中对每个环节的监测数据进行采集、分析,发现问题及时提出,并对有关托换顶升参数进行修正。 在托换或顶升过程中对被托换的建筑物的位移、沉降特别是托换梁上部原桩的位移、沉降和托换新桩的沉降情况、托换梁的变形进行严密监测。 4.2安装千斤顶及可调自锁装置 自锁顶升千斤顶的安装:自锁顶升装置采用带自锁装置的千斤顶,在每根桩预顶承台的预埋钢板上布置2个千斤顶。千斤顶高度缺乏时,可采用钢板垫块弥补,要求钢垫块确保足够的强度和刚度,承受荷载时有足够的稳定性。 钢管垫块平安装置的安装:可调自锁千斤顶预顶到位时及时安装钢管平安装置并用楔型钢板打紧。钢管平安装置布置3个一侧放一个另一侧放置两个呈三角对称。是主动托换施工中相当关键的一项措施,是主动托换实施中控制上部结构变形与新桩预压所产生沉降的保证,施工工艺要求其结构形式必须满足预顶过程中具有可调性和稳定性,要求在顶升结束时,千斤顶卸荷后,使新桩与托换梁之间能形成整体,且能承受千斤顶全部的顶力和保持稳定。 可调自锁千斤顶及钢管垫块平安装置在工厂里加工制作,成品后进行检验标定,安装时采用对称布置与千斤顶形成交错布置。 4.3预顶 预顶的作用是通过在托换桩与托换梁间施加顶力,消除托换桩变形对托换体系的不利影响,检验托换体系的承载能力。并且通过千斤顶进行微调,确保托换的成功。 ⑴预顶前的准备工作 ① 可调自锁千斤顶、钢管垫块平安装置在安装前必须进行标定和调试,确认合格后才能安装。检查千斤顶、钢管垫块平安装置的平安可靠性,安装后保证有足够的行程,以便在整个调整时期内不需反复安装; ② 建立全方位的位移、沉降、应变监测系统,并保证其数据的准确性; ③ 确定托换桩施顶荷载分级次数和施顶的时间。 ⑵施加顶力 在托换梁强度到达设计要求后开始预顶,预顶采取分级加载原那么,共分十级加载,每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10%,不可一次加载到最大值。每级加载需保持10min,等结构稳定前方可加次级荷载。被托换桩的上抬量不能大于1mm,大于此值应停止加载。在加载过程中同时应严格监测托换梁裂缝的产生及开展,最大裂缝宽度大于0.18mm时,停止加载。预顶时,必须严格控制千斤顶的顶升力和托换梁两端的位移,各千斤顶顶升力到达控制值而梁端位移未到达 位移范围值以内,或梁端位移值已到达控制值而顶升力未到达控制值时,那么立即通知设计单位,对施工参数进行调整。 ⑶预顶施工措施 ① 可调自锁千斤顶及钢管平安装置具有随时无级调节托换桩与托换梁之间在顶压施工中所产生间隙的功能,是预防顶压系统故障的平安保障措施; ② 2只千斤顶压力同步及自锁措施:根据液压互给原理,采用油路系统中2只千斤顶的液压到达平衡,使托换梁在顶升中防止可减少扭矩力的作用导致的侧向位移,为到达此目的,需设立油路加压站,集中供油,保证千斤顶顶力平衡; ③ 托换梁两端的顶压平衡:通过严密的监控系统,分析反应来的信息,根据信息控制油泵的工作系统,来到达托换梁两端的顶压平衡,消除或减少托换梁在顶升过程中所产生的纵向位移; ④ 依据各桩位的轴力设计值,确定每个千斤顶允许顶升压力,对压力根据施压过程进行分级,在每级顶升操作中严格控制油泵的工作流量和压力; ⑤ 在每级顶升过程中,通过对上一级出现差值,在下一级进行调整,让每一级顶升都控制在差值范围内,防止差值累计超过规定范围; ⑥ 在顶升过程,连续记录监测数据和加载记录; ⑦ 桩的沉降变形稳定后,即完成力的转换,将钢管垫块平安装置安装好并打紧钢楔块锁定。 托换梁预顶施工参数表 托换梁编号 承台编号 梁端预顶力(KN) 预顶千斤顶(数量×吨位) 预顶期间梁端位移范围值〔mm〕 预顶期间桩端上抬控制值〔mm〕 预顶期间桩端沉降控制值〔mm〕 TL1 CT1 3653 2×200 2~3 1 -3 CT2 1655 2×100 2~3 1 -3 TL2 CT3 3044 2×200 2~3 1 -3 CT4 4016 2×500 2~3 1 -3 TL3 CT5 3498 2×200 2~3 1 -3 CT6 1707 2×100 2~3 1 -3 TL4 CT7 3135 2×200 2~3 1 -3 CT8 5633 2×500 2~3 1 -3 TL5 CT9 5033 2×500 2~3 1 -3 CT10 3734 2×200 2~3 1 -3 TL6 CT11 6164 2×500 2~3 1 -3 CT12 2527 2×200 2~3 1 -3 4.4切桩 在完成预顶、全面观测变形稳定后,进行锁定,开始切断被托换的旧桩,切桩采用人工截除,由外及内层层剥离的施工方法。 1)切桩前需对原桩沉降及新旧混凝土界面滑移做好观察,在切桩过程中实行不间断观测,做到信息化施工。 2)切桩时应分批跳开进行,断桩位置在托换梁底约500mm处,先用风镐沿桩周边凿出一条深100mm、宽200mm的断口,在此过程中旧桩钢筋不切断,同时观察各个观测点的沉降变化情况,通过同步调节千斤顶,使柱的沉降在设计允许范围内,如新旧混凝土界面滑移观测点有异常,那么马上采用应急钢板塞紧桩断口,并需邀请设计单位、监理单位共同对原设计界面处理方案进行修正〔根据经验,对于大轴力桩,梁柱结合部通常采用“企口+植筋+预应力〞的方法处理,不管怎样处理,必须有设计单位出具设计方案〕,方案修正后需经监理工程师同意方可进行施工。如情况稳定,那么再用风镐继续开断口,每次开断口的深度不超过100mm,由于操作需一定空间,高度可不断加高,但最终切口高度不超过500mm,且应遵循由外向内、层层剥离的原那么直至把原桩混凝土全部凿除后再断桩身钢筋。 3)切桩技术措施 ① 切桩前必须充分做好观察、监测: a、各监测点全面进行一切初始读数; b、油压千斤顶及钢管垫块平安装置分别安排有经验技术高的工人待命操作; c、在断桩孔内准备好各种规格的钢板及干硬性砂浆和钢箍,假设发生异常,马上将钢板塞进断桩口,垫紧断柱位置; ② 原桩钢筋在旧桩混凝土全部断开稳定后割断。 ③ 切桩的整个过程必须统一指挥,统一安排。 4.5接桩及千斤顶撤除 ⑴、切桩后,且托换体系变形稳定时,即可进行接桩; ⑵、接桩程序: 微调千斤顶将可调自锁平安装置锁定→确定无误时安装钢管平安装置后千斤顶回油并取出千斤顶→接驳钢筋→第一次支模→利用两侧浇注混凝土→第二次封模→利用垂直预留孔浇捣混凝土→养护; ⑶、必须确保钢管垫块平安装置平安可靠后才能撤除千斤顶; ⑷、浇捣微膨胀混凝土必须振捣密实,将桩帽与大梁间的空间用混凝土填满。 4.6盾构通过范围内原钢筋混凝土桩的撤除 由于原桩均为钢筋混凝土桩,切断后盾构直接前推有困难,且容易造成刀具的损坏,为此需对盾构推进范围内〔包括拱顶以上1m〕的原桩进行撤除。 撤除采用在原桩旁边施作人工挖孔桩至截桩控制点标高,凿除原桩桩身砼并保存原桩钢筋。修复截桩孔护壁,继续向下开挖至原桩桩底以下1m处,按每节0.5m凿除原桩,同时用原桩砼及粘土回填夯实截桩孔。原桩凿除至截桩控制点标高后,应对截桩孔进行夯实压密处理,并采用纯水泥浆密实回填空隙至作业孔孔口。 4.7通道及竖井回填 竖井及通道作为桩基托换的辅助工程,只是按临时结构进行设计施工的,托换桩施工完成后应予以回填,消除隐患。在施工隧洞填埋之前,在托换梁周边抹一层非焦油聚氨脂防水涂料。 回填采用设计规定的回填料,回填坚持分段、分层回填,要求回填密实,不留空隙,必要时要注浆加固填充,防止以后上面地层出现下沉变形。 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    文档贡献者

    静***雅

    贡献于2022-06-20

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