北京地铁光华路车站过桥桩施工技术.doc

北京地铁光华路车站过桥桩施工技术

[摘要]北京地铁光华路车站采用分离岛式结构,车站中洞与2个侧洞均要穿越山海丹过街天桥桥桩,为保证施工安全,在天桥不能拆除的情况下,分别考虑了双侧壁导坑法、桩基托换法以及直接穿越法。经过综合分析比较,最终采用洞内桩侧注浆,辅以支撑加固的直接穿越法,工程获得圆满成功。
[关键词]地铁;桥桩;双侧壁导坑法;桩基托换

      北京地铁光华路车站位于东三环路京广桥引桥南侧规划的商务中心街与东三环路的交叉路口上,车站主体采用单跨三洞地下局部双层分离岛式结构,南北向布置。在车站南端正上方有一座山海丹过街天桥,天桥与车站主体正交。
      山海丹过街天桥建于1996年8月,为钻孔灌注桩基础。其桥桩侵入到车站结构,影响车站中洞和侧洞的施工,如图1所示。其中,山海丹过街天桥的边墩位于车站主体侧洞正上方,结构形式为:一桩(Ф1000mm托一承台一墩柱,桩长16m,其侵入侧洞结构(初期支护开挖轮廓)2.787m;天桥中墩位于中洞正上方,结构形式为:两桩(Ф1000mm)托一承台一墩柱,两桩等长12m,其侵入中洞结构(初期支护开挖轮廓)4.423m。
      车站侧洞埋深14m,开挖宽度10.910m,高度9.535m,初期支护厚度300mm,采用CRD法(交叉中隔壁法)分为两层4个导洞施工。车站中洞埋深8m,整体采用洞桩法施工,2个小导洞间开挖宽度11.3m,高度7.2m,初期支护厚度400mm,采用台阶法施工。

      车站主要通过第四纪全新世冲洪积层和第四纪晚更新世冲洪积层,从上至下地层为杂填土①1、粉质粘土③1、粉细砂③3、中粗砂④4、圆卵砾石⑤、粉质粘土⑥。侧洞拱部为中粗砂④4,中洞拱部为粉质粘土③1,勘察虽未测到上层滞水,但车站顶部为砂质粉土③层及粉细砂③3层,地下管线渗漏可形成上层滞水,分布不均匀,对暗挖施工的影响较大。
1方案选择
      由于各种原因,山海丹过街天桥不能及时拆除,严重制约了车站侧洞与中洞的施工,因此,必须采取有效措施安全通过桥桩段。在未拆除天桥之前,如何确保施工安全、控制天桥和初支结构的沉降是施工控制的重点,为此,提出了双侧壁导坑法、桩基托换法以及直接穿越法等三种过桥桩方法进行了分析比较。
1.1双侧壁导坑法过桥桩
      双侧壁导坑法过桥桩的主导思想是:为尽快使侧洞、中洞初期支护结构贯通,不影响车站总工期及总体施工组织,采取双侧壁导坑法施工先绕过山海丹天桥桥桩部分,待以后天桥拆除后再施工桥桩部分,即按图2所示方法施工。
      采用双侧壁导坑法通过山海丹过街天桥桥桩,桩体中心线两侧一定范围内土体被保留,对桩体的扰动较小,且桩侧摩阻力及桩端承载力依然存在,因此施工安全。但这种方法需要在桥桩两侧一定范围内增加临时中隔壁,增加了工序,延长了工期,且造价较高;后期返回处理桥桩段时(即开挖图2中双侧壁导坑法的5号导洞),一边要截桩,一边要施做初期支护结构,初支不能及时封闭,开挖的风险依然较大。
1.2桩基托换法过桥桩

      由于山海丹过街天桥位于车站南部正上方,而且车站主体的结构宽度都非常大,所以在地下采取措施对天桥基础进行托换不可行,只能在地面采用扩大基础对原桩基进行托换,如图3所示。
      采用地面扩大基础对原桩基进行托换,施工安全,可一次性解决车站结构过桥桩问题,但有以下缺点:①要分阶段占用4个主路车道,托换工作需要对东三环主路的交通进行导改,方案很难实施;②三环路中间隔离带下有一条直径为1200mm的雨污水合流管线,埋深4m左右,桩基托换时与下方管线冲突;且三环路两侧管线众多,埋深较浅,托换时不可预见因素较多;③桩基托换方案实施所需费用也较高,估算约为53万; ④从规划上分析,天桥位于规划商务中心街与东三环路的交叉路口上,迟早都要拆除,花巨资保护得不偿失。
1.3直接穿越法过桥桩
     直接穿越法过桥桩就是不采取大的保护措施,直接开挖,强行穿越,待结构施做完成再截桩。为保证施工安全,避免开挖盲目性,首先应对土力学参数以及桩基承载力进行分析。
      根据光华路地铁车站岩土工程勘察(详勘)报告,桥桩穿越各土层的物理力学参数如表1所示。
　　直接穿越桥桩后,结构内桩体失去承载能力,桥桩主要靠剩余桩体提供的桩侧摩阻力承受上部荷载。截桩后承载力损失计算可根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002以及勘察报告提供的桩基侧阻力及端阻力地质资料计算。以侵入侧洞桥桩为例计算如下:
      天桥桩基:Ф1000mm,桩周侧向摩阻力特征值取
      30kPa,截桩后(有效桩长13m)其桩基承载力特征值可达到1225kN;桥梁宽3.5m,高按0.6m计算,计算跨度17m,梁体自重52.5kN/m,桩基自重300kN,不考虑人行荷载,恒载共计52.5×17+300=1192.5kN。可见,剩余桩体基本能承受上部桥梁荷载。同理,可计算侵入中洞桥桩的承载力。
      考虑到土层的物理力学性质指标的离散性、变异性,以及初期支护土方开挖时对桥桩桩侧土体的卸载作用,不可避免地对桩侧摩阻力及桩端承载力产生影响。因注浆可较大程度地提高土性参数,提高桩侧土体与桩的侧摩阻力及桩端承载力,故施工应在洞内采取桩侧注浆、辅以支撑加固的方法,并注意监控量测,以保证施工安全。
      综合分析比较这3种过桥桩方法,直接穿越过桥桩具有施工简便、工期最短、造价最低、后期处理最容易的优点。至于施工的安全性问题,通过对桥桩穿越各土层的物理力学性质指标以及桩基承载力的分析可见,采取一些辅助措施可保证施工的安全。
2施工方法
      北京地铁光华路车站过桥桩采用直接穿越法施工,为避免桥桩与初期支护结构的相互影响,初期支护钢格栅与桥桩不连接,具体施工方法为:

      1)施作超前探孔
      对开挖面前方的地层和地下水情况进行超前探测。采用洛阳铲成孔,探测长度≥5.0m。探孔可适当上仰,角度控制在10°左右。在掏孔过程中要仔细分析土质变化,尤其是含水情况。在遇到障碍物后,须探明位置,确定桥桩方位。

      2)桩侧注浆加固
      在正常施作超前注浆小导管的同时,向桥桩方向采用不同外插角双排小导管加大注浆范围。根据地层土质情况,浆液采用水泥浆或水泥-水玻璃双浆液,注浆范围应在初期支护结构以上桩周一定高度。

      3)初期支护结构施工
      根据初步确定的桥桩位置,调整桥桩附近的2榀格栅步距,使最近一榀格栅安装紧靠桥桩,且格栅步距≤500mm,使贴近桥桩南北方向的两榀格栅间距尽可能最小。开挖时,桥桩下的土体保留,初期支护钢格栅不与桥桩连接,根据现场实际情况截取钢格栅,加密纵向连接筋,并设置工字钢支撑,最后连同桥桩及其下土体一起网喷混凝土封闭,如图4所示。

4)支撑加固
      初期支护结构施工时,开挖至桥桩桩身处,需截断钢格栅,上层导洞用I25通过连接板焊接在格栅上作支撑,以便格栅封闭成环,结构受力合理。下层导洞同样位置用I25支撑,并落在仰拱上,封闭成环。
      5)及时背后回填注浆

      过桥桩段初期支护施工完毕后应及时进行背后回填注浆。浆液采用水泥浆,注浆压力应考虑浆液的性能、注入范围及结构强度等因素,一般为0.2~0.4MPa。应根据桥桩和初期支护监测情况进行多次重复注浆。
      6)加强监控量测
      加强初期支护拱顶及桥面的监测,12h监测1次,及时反馈信息,以正确指导施工。

3施工效果
      北京地铁光华路车站过桥桩采用洞内桩侧注浆,辅以支撑加固的直接穿越法施工,工程获得圆满成功。通过对山海丹过街天桥的沉降观测,可绘制沉降曲线,如图7所示。由图7可见,桥桩沉降主要分为2个阶段,累计最大沉降41.02mm,这与结构的施工方法和降水有关。由于中侧洞跨度较大,采用分步开挖,对土体有多次扰动,上下层导洞(台阶)通过桥桩时造成两期沉降,待导洞全部通过后沉降稳定。虽然实际量测的沉降值大于设计基准值(30mm),但从其沉降的变化规律可以看出,日沉降速率最大不超过1.0mm/d,整体在可控范围之内。说明只要加强监测,及时反馈,做到信息化施工,施工安全是有保障的。
4结语
      通过对桥桩穿越各土层的物理力学参数以及桩基承载力的分析,提出采用洞内桩侧注浆,辅以支撑加固的直接穿越法过桥桩施工技术,为同类问题提供了一个新的思路。施工时应加强监控量测,及时反馈,做到信息化施工。

参考文献:
[1]中国建筑科学研究院.GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.