广州地铁一号线楼房桩基托换工程施工.doc

广州地铁一号线楼房桩基托换工程施工张原黄小许李国雄刘炯超张正先许耀峰摘要广州地铁盾构区间隧道在4栋69层的桩基楼房下方穿越而过，并破除隧道范围内的约150根桩基。利用钢筋混凝土梁式转换层和钻孔灌注桩组成托换结构，成功应用了多项新技术并攻克了多个难题。关键词地下铁道盾构住宅托换施工法转换层钻孔灌注桩广州地铁一号线长寿路站中山七路站区间隧道线路，穿过编号为DP32、DP33、DP34和DP35的4幢住宅楼的桩基础，地铁公司决定在维持楼房照常安全使用的条件下进行隧道施工。该段隧道采用盾构法施工，将建成左线和右线2条直径为6.24m的并行隧道，由于隧道中心线位于房屋0.00下面1416m处，盾构通过时将割断这几栋楼下面所遇到的桩基，因此要求在盾构通过之前，必须完成这几栋楼桩基的托换工程及影响区的基础加固工程，并特别要求盾构通过部分的上部结构与下部原基础完全脱离，使上部建筑物荷载不再传递到地铁隧道结构上，同时要求托换结构必须置于0.00标高以下，使楼房首层使用空间不受到影响。广州市鲁班建筑防水补强专业公司对本工程进行了设计、施工总承包。本工程要求进行桩基托换的4幢楼房，均为住宅楼，其中DP32号楼为9层，上部为钢筋混凝土框架结构，下部桩基为480沉管灌注桩，原桩长1418m，首层净高3.7m；DP33号楼为6层和9层，上部为钢筋混凝土框架结构，下部桩基为600内击式灌注桩，原桩长2022m，首层净高3m；DP34号楼为8层，上部为钢筋混凝土框架结构，下部桩基为460沉管灌注桩，原桩长18m，首层净高为2.8m；DP35号楼为6层，上部为砖混结构，下部桩基为480沉管灌注柱，原桩长1518m，首层净高3m。1托换方案本工程是以钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和钻孔灌注桩作为托换结构体系。即在盾构影响线外侧设置桩基，由主次梁转换层结构与桩基形成一个完整的托换结构体系，根据具体情况，或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柱。待托换结构混凝土达到28d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(图1)。图1楼房桩基托换示意托换梁与原结构之间新旧混凝土界面采用垂直界面连接(图2)，界面处理措施如下：(1) 对旧混凝土结构界面凿毛1020mm，并清理干净；(2) 在对托换梁浇混凝土之前1h，对原混凝土结构界面喷界面处理剂，加强界面连接；(3) 对关键的原承台另加锚筋，对关键柱位的托换梁加多纵筋或将柱的纵筋焊上钢板，将钢板与托换梁的纵筋焊接起来；(4) 保留了原地梁与柱连接的原地梁纵筋，并在浇托换梁混凝土时将该纵筋包在托换梁结构中，增大了安全储备；(5) 在浇托换梁混凝土时，对新旧混凝土界面处混凝土充分振捣密实，并进行蓄水保温养护，避免出现裂缝。图2新旧混凝土界面处理DP34楼托换梁结构采用钢筋混凝土结构，允许带规定宽度裂缝(0.2mm)；DP32、DP35楼的主梁采用有粘结后张预应力混凝土结构，以减少挠度和避免裂缝。在进行预应力托换梁施工时，上部结构和下部基础对预应力托换梁都有一个对竖向位移的约束作用。由于盾构通过时地面将产生一定的沉降变形，因此对本工程在盾构影响范围内(非托换区)采用了微型嵌岩钻孔灌注桩(树根桩)和微型嵌岩钢管混凝土灌注桩，并通过锚筋式连接小承台进行基础加固。2托换桩基施工钻孔灌注桩采用入中风化的嵌岩桩，设计时已考虑了盾构掘进通过时引起地基沉降而产生的桩周负摩擦的影响，并且在每个钻孔桩钢筋笼内预埋了2根20注浆花管，并用薄膜包好注浆孔和端部，待桩身混凝土达到7d强度后，从注浆管注水泥净浆到桩底。试验结果表明：800桩最大试验荷载时，最大桩顶总沉降为3.77mm，全部卸荷后最大桩顶残余沉降量为0.86mm；600桩最大试验荷载时，最大桩顶总沉降为5.55mm，卸荷后最大桩顶残余沉降量为0.51mm，均符合规范和设计要求。施工地段地质土层自上而下依次为：杂填土，厚度1.53.0m，顶部15cm多为混凝土地面；淤泥，软塑流塑，层厚约211m；粘土、粉质粘土，可塑软塑，层厚约0.05.5m；粗砂、中砂或砾砂，厚约0.05.0m；粉质粘土，可塑硬塑，层厚约18m；强风化泥质粉砂岩，层厚约1.510.55m。由于地质条件复杂，又在室内低矮的环境下钻桩，难度很大。后由各方专家研究决定：增大钻杆的强度和刚度；改单箍钻头为双箍钻头，增加导向性，减少断钻头的可能；将室内600桩改为700或800桩，以便放钢筋笼和下导管；钻头进入岩层，不加油压，并控制钻进速度；若进入岩层时孔深小于邻近已成桩的深度，则超前钻取岩样，不一定非要达到邻近桩的深度；钻杆接头加焊钢筋；经常检查校正钻杆垂直度并保证钻机不走位；淤泥层和流砂层提高泥浆比重等。采取以上措施后，基本解决了钻桩的难题。3转换层施工3.1基坑开挖及垫层施工按梁位开挖土方，随即验槽做垫层，砌240mm厚砖模，以利于边坡稳定。开挖基槽时，梁端头留出1.5m位置以便穿预应力筋和张拉，并在主梁端头挖集水井，集水井低于基槽底约1m，用潜水泵在集水井里抽水。垫层一般先铺1020cm厚扩大面砂石垫层，振实后再做1015cm厚C10素混凝土垫层。对于DP34和DP35楼的托换梁，由于该梁是包承台，且梁高均在2m以上，故混凝土垫层内又加了1012200的双向钢筋网。3.2托换梁钢筋工程由于实际的桩位、梁位、承台与原设计图出入很大，故大部分钢筋是按实际情况在设计人员的配合下在现场实量并重新布置。3.3托换梁混凝土工程托换梁混凝土采用商品混凝土，强度等级设计为C35，施工按C40配，采用旋窑水泥、FDN5型减水剂。混凝土浇筑前拟定了浇筑顺序，保证主次梁混凝土连续浇筑，斜面分层，薄层推进，不留施工缝。浇筑完后，进行蓄水保温养护，并每隔15m左右设置1个水化热监测孔，用玻璃温度计定时测温。混凝土施工中除了留28d强度试块外，还留了7d、14d试块，作为预应力张拉和桩静载试验的依据。4托换梁预应力施工4.1预应力材料预应力筋采用1860MPa高强低松弛钢绞线。锚具采用OVM15系列群锚。波纹管为100、90、70。4.2预应力施工工艺基坑开挖、砌砖模绑扎预应力大梁普通钢筋波纹管曲线放样焊接固定架铺设波纹管穿预应力钢绞线安装端头锚板、螺旋筋、钢筋网片安装灌浆排气孔检查波纹管曲线形状及有无破损绑扎固定波纹管预应力分项工程、隐蔽工程验收浇筑混凝土预应力筋张拉孔道灌浆封锚。波纹管的曲线放样是按设计要求，每隔1m计算出波纹管管底标高，每隔1m焊一固定架，固定架采用12钢筋制作，焊于箍筋上，每一固定架至少有4个焊点。在固定架焊好后穿波纹管，本工程波纹管主管一条6m长，接头管比主管直径大5mm，接头用封箱胶纸密封绑缠牢。波纹管铺设完毕，即穿钢绞线，钢绞线预先编好束，整束穿。然后安螺旋筋、装钢筋网片、再装端头锚板。对于灌浆排气孔，只有DP32楼中ZL2、ZL3和ZL4的中间支座处安装灌浆排气孔，每个波纹管1个，其余单跨梁则利用锚具本身的灌浆孔作排气孔。波纹管曲线形状检查无误后，绑扎固定波纹管。预应力分项工程、隐蔽工程验收后，即开始浇混凝土，浇筑过程中加强振捣，尤其是2个端头，混凝土不能出现蜂窝，尽量避免振动棒触及波纹管。由于本工程上部结构荷载无法准确计算，为安全起见，预应力采用分2批张拉的张拉方式，张拉过程中用百分表测量预应力大梁跨中的反拱值及梁端的压缩量，用钢筋应变计测量跨中截面应变情况，根据第1批的张拉监测结果决定第2批张拉控制应力，张拉应力由设计人员现场确定。张拉应力如下：DP35楼和DP32楼第1批张拉应力1042MPa，第2批张拉应力1302MPa；但DP32楼中的ZL1两批张拉均采用1302MPa；DP33楼不采用分批张拉，张拉控制应力均采用1302MPa。上述张拉中，均考虑了后批张拉对前批张拉所造成的预应力损失，张拉中主要控制张拉应力，张拉伸长值作参考，如张拉伸长值超过理论伸长值的0.951.1倍，则应查明原因后再张拉。本工程张拉伸长值均在规范允许范围内。孔道灌浆采用525号普通硅酸盐水泥净浆，水灰比控制在0.360.40之间，灌浆中采用减水剂以增加可灌性，采用三缸泵灌浆。孔道灌浆完成后，对张拉端锚板周边30cm范围内混凝土凿毛，然后用C40微膨胀细石混凝土封锚。5基础分离施工根据设计要求及合同规定，托换梁混凝土达到设计强度后，实施上部结构与基础的分离措施：DP32楼主要是用风镐断柱，少量是断桩来实施分离；其余楼房全部实施断桩。断柱位置在托柱小梁底面以下，是先破承台后断柱。断桩位置在承台或托换梁底面以下，并要求断口以上保留不少于3cm。断柱(桩)按事先编好的顺序号施工，可同时断数根桩(柱)，但不能同时断相邻柱位(桩位)的柱(桩)，而是间隔进行。断柱(桩)时同时监测主梁受力大的部位混凝土受压(拉)应变情况，用水准仪监测柱的下沉，用吊线法测量建筑物倾斜，并监测上部结构及墙体开裂情况。每小时观测1次，每次监测结果及时进行反馈。现场准备了150块钢板，快硬水泥、普通水泥共2t多，以备应急用。制订了变形控制报警值：桩顶沉降量13.5mm，柱位沉降量28.5mm，托换梁挠度35.0mm，托换主梁受拉区应变1150，托换主梁受压区应变21000。最后断桩(柱)完毕及整个结构稳定后，实测值均小于设计允许值。完成断桩(柱)后立即进行回填，承台或托换梁底面以下用低标号砂浆(低于M2.5)回填，底面以上用杂填土回填，断口部位不回填。6恢复工程主体工程完工后，随即按合同要求进行了4幢托换楼房的排水管、墙体、装饰、门窗、地面、厨厕、电、围墙等恢复工程。7结论4幢托换楼共完成托换