高架桥与地铁共建托换桩基施工技术

2017-10-12

湖南交通科技 2017年3期

(湖南省沙坪建设有限公司, 湖南长沙 410004)

高架桥与地铁共建托换桩基施工技术

谭光耀

(湖南省沙坪建设有限公司, 湖南长沙 410004)

长沙市万家丽路快速化改造工程高架桥与地铁站因位置原因需进行共建施工，共建的托换桩基既作为地铁车站结构中间柱，又作为高架桥的桥桩基，且高架桥先于地铁站施工，此种情况在国内极为罕见。为此主要对本次施工中运用的双护筒成孔及“两点定位改进”进行钢管柱定位的方法进行介绍，供类似工程参考。

高架桥；地铁；托换桩基; 双钢护筒; 两点定位改进

1 工程概况

长沙市万家丽路快速化改造工程高架桥在万家丽广场处与拟建的长沙市地铁万家丽广场站交汇。万家丽高架原设计图纸中，共有5个桥墩侵入地铁车站范围内，其中2个桥墩侵入车站公共区，3个侵入车站设备区。

根据高架桥及地铁车站的施工工期安排，高架桥会先于地铁站施工，故需要对侵入车站的5个桥墩与地铁车站部分立柱同时共建施工。对于侵入车站设备区的桥墩设计，为减少设备区占用面积，在桥墩两侧对应车站结构柱轴线位置，采用6根直径800 mm钢管混凝土柱，钢管壁厚20 mm，柱顶设独立承台，承台尺寸为11 m(长)×8.5 m(宽)×2.5 m(高)。在钢管柱与车站主纵梁相交处预埋其他钢结构构件，桩底采用直接2.2 m钻孔桩基础。对于侵入车站公共区的桥墩，为尽量减少桥墩对公共区功能的影响，在桥墩两侧对应车站结构柱轴线位置采用4根2.0 m×0.8 m方钢管柱，方钢管柱壁厚22 mm，垂直柱长边方向在内部设置22 mm钢板将方钢管柱分成2个等面积小柱，柱顶设独立承台，承台尺寸为10.8 m(长)×9.3 m(宽)×3.0 m(高)，在钢管柱与车站主纵梁相交处，预埋其他钢结构构件，方钢管柱下采用直径3m的钻孔桩基础。地铁托换结构横断面图如图1所示。

图1 地铁托换结构横断面图

1.1 地质情况

根据此处地质资料,地面以下0～2.3 m为杂填土，2.3～4.5 m为粉质粘土，4.5～9.1 m为卵石层，9.1～9.4 m为粉质粘土，9.4～11.2 m为强风化泥质粉砂岩，11.2 m以下至孔底为中风化泥质粉砂岩。见图2。

图2 地质剖面图(单位: m)

1.2 施工难点

1) 相对于一般桩基，此处托换桩基桩径大(分为2.2 m和3 m两种直径)，同时因地质条件原因即卵石层较厚(>4.5 m)，成孔过程中极易塌孔，此为托换桩基施工难点之一。

2) 托换施工分为桩基成孔、砼浇筑、钢管柱制作及吊装、钢管柱定位、钢管柱核心混凝土浇筑等多种环节，工序极为复杂。此为托换桩基施工难点之二。

3) 托换桩基中钢管柱安装精度是重点。根据设计要求本工程钢管柱的平面位置、垂直度要求极高，此为托换桩基施工难点之三。

2 主要施工技术

2.1 桩基成孔方法

根据此处附近高架桥其他桩基(非托换桩基)施工情况,类似地质情况条件下，采用常规的泥浆护壁方法进行成孔，仍存在塌孔情况。综合考虑采用加长钢护筒进行护壁，同时因后续的钢管柱定位需要人工进入孔中操作，为工人安全考虑，孔内全部采用钢护筒护壁。即成孔采用双护筒。见图3。

第1层护筒(孔上部)的作用为防止成孔时塌孔，第2层护筒(孔下部)的作用为确保操作人员安全。2层护筒中搭接长度为1 m。搭接处空隙用水泥砂浆填实。

以设备区直径2.2 m钻孔桩为例，首先利用震动锤将直径2.5 m钢护筒(钢护筒采用Q235型、壁厚12 mm)，插打至地面以下12 m深度；再利用直径2.35 m钻头进行钻孔，钻孔至地铁基坑底部下1 m左右，下放直径2.35 m钢护筒至基坑底部以下1 m。

图3 双层护筒示意图(单位： mm)

公共区直径3.0 m钻孔桩采用的钢护筒直径分别为3.4、3.2 m两种。

2.2 钢管柱精确定位

2.2.1 方案选择

根据设计要求，钢管柱精度要求极高，钢管柱的定位是否精准决定着此项工程的成败。

此处暗挖逆作法地铁车站钢管柱定位安装，常规的做法是：在成孔完成后，由人工下至孔底安装定位器，通过定位器实现对钢管柱的精确定位。

第2种方法为参照国内少数工程如天津市文化中心站的管柱安装的方法。即采用两点定位法，一点设在地表，一点设在孔内。地表利用定位平台对钢管柱顶端进行高程和平面控制，孔内利用钢管柱内定位螺旋千斤顶对钢管柱下端一定位置进行定位，通过两点确定一条直线的方法对钢管柱进行准确定位。

2种方法对比见表1。

长沙市万家丽路快速化改造工程高架桥工期极其紧张(要求在2015年10月1日前通车)，此处托换桩基因也征拆问题在2015年5月份才开始施工。考虑工程施工周期，为保证施工进度，同时兼顾质量安全，此处托换桩基采用一种新的方法进行施工，即对两点定位方法进行改进的全新施工方法：顶部采用定位平台，钢管柱下部采用可调托螺杆定位。

2.2.2 顶部平台与可调托螺杆定位技术

1) 钢筋砼平台制作(见图4)。

表1 2种方法对比方法名称优点缺点定位器定位工艺成熟，能满足钢管柱精确定位要求工序复杂，人工须下至孔底安全隐患相对较大，多次浇筑混凝土，工期较长顶部平台+定位螺杆钢管柱能精确定位，孔内钻孔桩混凝土一次浇筑，工期相对较短需提前在钢管柱内安装4个螺旋千斤顶，人工要从钢管柱内进入调节千斤顶，操作难度大

图4 钢筋砼制作平台(单位: mm)

① 钢筋砼平台采用C25砼，平整度高低控制2 mm以内。平台制作完成后，控制要放到平台，平台上要预设4块预埋钢板以控制钢立柱安装精度。

② 平面位置和水平高度调整完毕后，平台上的工字钢跟预埋铁件焊接，增加定位的稳定性。

③ 砼平台制作质量直接影响到钢立柱的吊放质量，安装后的位置和水平高度需由专人进行验收复核。

④ 定位平台在开挖承台时拆除。

2) 钻孔灌注孔成孔。

灌注孔拟采用420型旋挖机干挖成孔，钢护筒护壁。再由旋挖机取土成孔至设计深度。

3) 钢筋笼安装及声测管的安装(见图5)。

钻孔灌注桩成孔后，经过各部门验收合格后，立即安装钢筋笼。设计要求桩身质量检测采用4根声测管进行，由于设计钢筋笼较短，离地面还有约23.5 m，所以必须设置一个吊装钢筋笼并确保吊装质量及声测管安装的部件，采用8根Φ28 的吊筋做为吊放钢筋笼及安装声测管部件，声测管绑扎在吊筋上，吊筋四周绑扎为Φ10的螺旋箍筋，螺旋箍筋间距50 cm，以增加整体刚度。

图5 钢筋笼及声测管安装

4) 钢管柱吊装。

管柱吊装采用2台吊机吊装，一台70 t履带吊，一台150 t汽车吊，2台吊机把钢管柱吊起后，以防止钢管柱底部戳地变形。操作时一台吊车在钢管柱上端两点起吊钢管柱，同时另一台吊车起吊钢管柱底部，使钢管柱上端起吊过程中，其底部脱离地面。辅助吊车缓慢放绳，待钢管柱完全垂直吊离地面，且相对稳定后，将其与辅助吊车分离。对准桩位，下放钢管柱，慢插入孔。

5) 钢管柱定位安装。

① 钢管柱标高定位(见图6)。

当水平定位平台制作好后，测量定位平台顶标高，根据测量结果在钢管柱上焊接2个钢板定卡，钢管柱吊放入桩内后，定位卡悬挂在45#工字钢上，既保证钢管柱高程定位准确，又保证钢管柱处于垂直状态。钢立柱吊放应慢吊、轻放、直放，从调节平台下部的桩位限位孔中慢慢入孔。入孔时应该特别注意尽量避免钢立柱碰撞平台。

图6 钢管柱标高定位

② 钢管柱顶平面定位(见图7)。

图7 钢管柱顶平面定位

平面定位根据测量钢管柱中心十字线放出钢管柱的边线，利用钢管柱边线，用45#工字钢控制，用2根工字钢把钢管柱夹牢，控制南北向钢管柱的位置后，把45#工字钢与砼控制平台上的预埋铁件焊牢，再用全站仪把东西向控制放在工字钢上用2根18#角铁焊在工字钢上控制东西向钢管柱边线。

③ 钢管柱垂直度定位(见图8)。

图8 钢管柱垂直度定位

挂在定位平台上，由于自重作用，钢管柱将处于铅锤状态，利用垂准仪进行检查，当出现偏移时，操作工人通过孔内爬梯地面下16 m左右处，将可调托的固定端焊接在钢护筒上，可调托的自由端调节顶动钢管柱，来调节钢管柱的垂直度。圆钢管柱采用4根可调托定位螺杆，方钢管柱采用6根可调托定位螺杆，均对称分布。直至垂直度满足要求。作业人员进入孔内操作时需佩戴安全带，上部应向孔内鼓入充足的空气防止操作人员窒息。