土压平衡盾构近距离穿越桥梁桩基施工技术.doc
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土压平衡盾构近距离穿越桥梁桩基施工技术.doc
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土压平衡盾构近距离穿越桥梁桩基施工技术
【摘要】盾构施工经常遇到高架道路或跨河桥梁的深桩基础。
在穿越过程中应尽可能减少对桩周围土体的扰动,以减少对桩身结构的影响以及避免造成桥梁沉降。
针对上海市轨道交通7号线沪南路-白杨路区间近距离穿越王家浜桥桥桩的特例,介绍了穿越过程中通过各种监测手段来调整盾构机各项施工参数,确保了桩基的完好与安全。
【关键词】地下隧道土压平衡式盾构钻孔灌注桩保护土压力计同步注浆量
1工程概况
王家浜桥位于上海市浦东新区北蔡镇,为沪南公路跨越王家浜的一座桥梁,桥梁由东、西两幅独立桥梁构成。
正在建设中的轨道交通七号线沿沪南公路,在原桥位下部穿越东、西两幅桥梁,老桥的桩基础妨碍盾构的推进,所以推进之前需要拆除两侧的老桥(上部结构、下部结构、拔除φ800mm,长30m的钻孔灌注桩)。
新建桥梁为单跨30m的简支梁桥,新桥桩基为φ800mm的钻孔灌注桩,北侧桩长49m,南侧桩长45m。
钻孔灌注桩与隧道净距最小距离1.6m。
2工程特点和要求
(1)受工程进度影响,盾构机穿越钻孔桩时,钻孔桩成桩仅一个多月时间。
为避免盾构机穿越造成地面下沉而引起桥台混凝土结构破坏,桥台暂缓施工,待盾构穿越后再制作。
钻孔桩顶部暴露,变成活动端,减少了盾构穿越钻孔桩结构的影响,也为对钻孔桩的监测提供了条件。
(2)受区间隧道影响,留给钻孔桩的平面位置非常有限,桩位布置较困难,所以钻孔桩设计长细比比较大。
设计担心φ6.34m的盾构机从距离只有1.6m的φ800mm钻孔桩旁经过会对结构产生破坏,要求施工单位必须有手段保证钻孔桩不受破坏。
3施工监测措施
3.1监测目的
盾构机在到达桥桩前,土压力设置过大,出土量少,会对前方土体进行挤压,土压力升高,钻孔桩原本四周平衡的受力状态发生了改变。
在推进方向一侧增加了荷载,如果把长49m的钻孔桩当成地基梁,单侧局部荷载过大,桩体会产生裂缝,严重时,会发生断桩现象。
反之,土压力设置过小,会产生局部超挖,盾构机前面土体坍方,钻孔桩四周受力平衡也会被打破,反侧土体也会给桩身提供附加荷载,造成桩体破坏。
压浆量过大、过小也会发生相应情况。
根据以上分析,在桩身不同深度设置土压力监测计,通过调整盾构机各项参数,来减小桩周围土压力的变化,以减少对桩周围土体的扰动,达到保护钻孔灌注桩的目的。
3.2监测点的设置
3.2.1土压力监测
在隧道二侧靠近钻孔桩的土体中,共布置6个土压力监测孔。
每孔在深度-4.5m、-9.5m、-12.6m三个不同位置布置3只土压力计。
监测孔采用钻机成孔,钻孔φ110mm,深度17m。
土压力计固定在由四根¢22mm钢筋焊接的钢筋骨架内(图2、图3)。
监测频率为每天早中晚各一次,压力变化较大时,每小时一次,直至稳定。
3.2.2钻孔桩桩顶沉降、移位观测,地面沉降监测
每个钻孔灌注桩中心布置一个中心点。
测量盾构推进时,盾构两侧钻孔桩中心点相对位置变化并进行沉降观测。
盾构推进轴线上每5m布置一个地面沉降观测点,桥台轴线上布置一组断面沉降监测点。
通过对这些数据的分析来调整盾构机参数。
4盾构机控制
4.1控制掘进速度
在盾构机机头距离钻孔桩15m时降低推进速度,控制盾构机的推进速度基本保持在2cm/min。
此速度保证了出土量、正面土压力、螺旋机压力稳定,保证了注浆均匀、及时。
4.2严格控制正面土压力,注浆量和注浆压力。
盾构机头部距离钻孔桩15m时,盾构机正面土压力设定为0.21MPa,随着接近钻孔桩,土压力值有所上升,变化最大的读数从0.159MPa到0.178MPa,变化量0.019MPa,土压力值整体上升,地面隆起2mm,钻孔桩之间距离增大2mm。
根据此情况,降低正面土压力到0.20MPa,效果明显,监测到的土压力有所回落,地面不再隆起。
然后通过调整盾构机正面土压力值,使土压力监测值变化量不大于0.02MPa。
盾构机盾尾穿越钻孔桩后,注浆开始对桩周围土体产生影响,此时同步注浆量为2.4m3,泥浆稠度9cm,注浆压力0.3MPa。
监测到的土体压力最大的增大0.013MPa,地面沉降稳定,钻孔桩之间距离没有变化。
根据此情况,相应减少注浆量到2.3m3,监测到的土压力值不再上升。
盾构机穿越北侧钻孔桩时,根据南侧穿越各项参数,正面土压力为0.20MPa,压浆量为2.3m3。
实际结果土压力值变化较小,变化量均小于0.02MPa。
以下为盾构机穿越前后土压力计实测读数(表1)。
4.3其他注意事项
(1)确保盾构掘进过程中盾尾不漏浆,防止由于漏浆导致的注浆不足,使沉降变大。
如发生漏浆情况及时在管片背后垫海绵,并将头部浆液清理干净。
实际穿越时,通过盾尾油脂采用进口油脂、控制泥浆稠度小于9mm、盾构机姿态与管片吻合良好等手段,防止了漏浆现象的发生。
(2)各工种协同工作,避免各行其事。
首先,沉降监测人员依照隧道推进进度执行测量计划,以约定的时间、频率对各沉降观测点进行测量,并准确记录,及时上报。
继而,由技术部门及时将观测数据进行综合比较,调整盾构掘进参数,并将结果(包括监测资料)及指令及时通知钳工、施工员、泥浆工和测量工。
(3)加强穿越期间的质量、安全管理工作。
在平时严格执行质量管理保证体系文件的基础上,进一步加强穿越期间的质量管理工作。
施工员严格控制管片拼装平整度,管片高差不超过4mm,管片拼装后由质量员认真检查。
拼装过程中,通过转换推进模式,控制正面土压力降低不超过0.2MPa。
盾构穿越前严格控制轴线偏差,如发生偏差后,纠偏时限制每次纠偏量,减少纠偏造成的土体损失。
穿越期间,测量人员加强对隧道轴线方向、管片坡度、沉降量等的监测,及时上报。
同时,加强安全管理,安全员和施工员做好吊索具平时检查工作,钳工带头负责设备的维修和保养,特别是桁车、电瓶车刹车检查以及盾构机械设备检查,尽可能减少故障停机,确保盾构连续平稳掘进。
5结果
钻孔桩无沉降,桩顶相对位移+3mm,推进过程中地面最大累计沉降量+6.3mm。
盾构推进穿越王家浜桥后,对新桥靠近隧道的四根桩进行了小应变测试,测试结果全为Ⅰ类桩,桩身结构完整,无缺陷。
6结语
根据本工程特点,具备条件对钻孔桩周围土体进行监测来控制盾构机各项参数,通过不断调整参数,成功的保护了既有桩基,为今后设计单位遇到该问题时提供了一些设计参考依据。
1.6m的穿越距离对于刚成桩一个月的φ800mm钻孔桩桩体的影响是完全可以通过施工手段控制住的,保证桩体完好。
本工程φ800mm钻孔桩桩径较小,长细比较大,如果有条件可以将桩径设计的更大些,这样抵抗能力会大大加强。
文章来源:
《建筑施工》原作者:
高良平王剑彭文俊
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