盾构穿越桥桩时的桥基础托换施工工艺

1 工程概况上海轨道交通10号线溧阳路～曲阳路区间隧道穿越四平路上的沙泾港桥桩基。

沙泾港桥位于四平路曲阳路交叉口南侧100 m左右。

该桥为三跨简支结构,跨径组合为6 m+14 m+6 m,桥梁总宽30 m。

桥梁梁底标高5.0 m。

桥梁上部结构边跨为520 mm的钢筋混凝土空心板,中跨为820 mm的预应力混凝土空心板。

桥台为排架式,每只桥台用14根400 mm×400 mm×长27 m钢筋混凝土预制方桩,桥墩为实体柱式高桩承台,每只桥墩用23根400 mm×400 mm×长26 m钢筋混凝土预制方桩,桩基持力层均为暗绿色硬土层。

沙泾港是虹口港水系中的一条支流,担负着虹口区沙泾港两岸防汛排水的任务以及虹口港水系的调水冲污的作用。

沙泾港上游南接虹口港,下游北通走马塘,全长约6.5 km。

四平路沙泾港桥,距虹口港约2.0 km,至走马塘约4.5 km,该处河口宽35 m,河底标高约为0.2 m。

2 工程地质情况根据工程地质勘察报告,沙泾港桥所在处的地质情况大致可分为以下几层:第一层:1.16～3.8 m不等的填土,其中含煤屑、石子等;第二层:为灰黄～灰色黏质粉土夹粉质黏土,有黑色腐殖质,约8.85 m厚,夹有大量黑色淤泥质土,似河浜现象;第三层:灰色砂质粉土,属中压缩性土,约2.35 m厚;第四层:灰色淤泥质黏土,属高压缩性土,含有白色僵块、黑色腐殖质,约3.2 m厚;第五层:灰色黏土,属中压缩性土,7.8 m厚;第六层:暗绿～草黄色粉质黏土,属中压缩性土;第七层:草黄～灰色砂质粉土。

盾构通过沙泾港桥时,盾构顶部标高为-6.00～-7.00 m,盾构穿越部分土体为灰黄～灰色黏质粉土夹粉质黏土、灰色砂质粉土、灰色淤泥质黏土。

盾构覆土厚度7～8 m。

盾构底部距离⑦1层层面有12 m。

适宜采用气压工法辅助施工。

拟建场地地下水主要有浅部粉性土层中的潜水,深部粉性土、砂土层中的承压水。

据区域资料,承压水位一般低于潜水位。

浅部土层中的潜水位埋深,离地表面0.3～1.5 m,年平均地下水位离地表面0.5～0.7 m。

深部承压水位(第⑦层),埋深在3～11 m之间,通过现场试验测得第⑦1层承压水水位埋深为5.9 m。

3 管线情况及周边环境通过沙泾港桥的管线众多,周边建筑物林立。

比较重要的地下管线见表1:距离桥梁最近的重要建筑物:桥西南侧有一新建高层,其角部距离道路边线11 m。

桥南侧15.2 m、距四平路边线4.69 m为单层四平泵站一座。

桥东南侧为居民小区。

桥东北侧为一座4层砖混楼房。

桥北侧为拟建10号线曲阳路车站南端头井,西北侧曲阳路口为华西证券大厦。

4 施工方案比较及确定4.1 施工工艺及工期比较方案一,首先在原桥梁两侧搭建两座临时便桥以供四平路上行人车辆通行,同时对通过沙泾港桥的所有管线进行搬迁。

然后对原沙泾港桥进行完全拆除并拔除桩基,最后再修建新桥。

但由于桥周边场地十分有限,如若搭建临时便桥必须对桥西南新建办公楼以及桥东南居民小区部分居民房进行拆除,这将大大增加工程量并造成极大经济损失。

如不搭建便桥而采取直接封路拆除旧桥将在很长时间内影响四平路的交通,取舍十分困难。

根据相关资料及样沟开挖情况来看,过沙泾港桥管线极为繁多,搬迁过程复杂且时间很长。

以上所有施工工艺均为成熟工艺,总工期约为1 2个月。

方案二,先在桥四周进行挡土围护以及临排施工,之后将围护范围内河水、淤泥进行抽除,然后浇筑托换结构。

当盾构推进至桥下时对影响桩基进行爆破松动清除以使盾构顺利穿越。

桥梁基础托换施结合气压法盾构穿越施工属于新型施工工艺,在国内外使用较少,在上海地区尚属首次,此种工艺施工方法复杂,具有较大难度并且风险较大。

但经过仔细的实地勘察以及制订详细的施工方案可以将施工风险降到最小。

总工期约为1 3个月。

4.2 对周边环境影响比较方案一,在整个沙泾港分两部分围堰施工,不影响沙泾港通水。

由于施工作业面位于地面,对周边小区居民可能造成噪声及灯光影响。

在旧桥拆除前搭建临桥可以一定程度地保证四平路的使用,但周边建筑与沙泾港桥间距过小,唯一的解决方法是进行临近建筑的拆迁,成本高,难度大。

方案二,只有在进行桥台两侧高压旋喷加固时会对交通造成一定影响,但由于加固分四部分分段施工,每段施工时只影响到一条车道,对交通影响很小,足以满足四平路上正常的交通需要。

托换施工过程中采用了临排措施,对沙泾港的正常通水不造成影响。

同时由于土体围护施工作业面较小、爆破施工在地下进行,所以对周边环境影响很小。

4.3 风险比较方案一,是常规施工工艺,虽然工艺较成熟、风险较小,但在整个施工过程中没有任何工艺创新,对以后同类情况的解决没有什么太大贡献。

方案二,是非常规施工工艺,在国内外采用较少,施工过程中有一定风险。

但此种方法有较高的学术价值,通过对在施工过程中遇到的各种情况的解决和总结,可以极大地弥补我们在基础托换专业领域内的空白。

4.4 施工成本对比根据专业部门预算统计,方案一和方案二工程施工本身成本基本相同,均为2 000万左右,但由于处理过桥管线方法不同,使管线处理成本有较大不同。

方案二在施工过程中不需要对管线进行搬迁,只需对管线进行保护,保护成本很低。

采用方案一则必须对所有管线进行搬迁,通过与相关部门咨询后确定,仅管线搬迁费就要多化1 000万。

另外,四平路是上海市主干道,要保证车辆的正常运行,方案一搭建临时便桥需拆迁临近建筑,这将大大增加工程成本。

4.5 施工方案的确定通过以上几个方面的对比,可见采用拆除老桥再建新桥的方法施工流程较为复杂、所需设备多、工程费用较大,而采用方案二虽然具有一定的风险,但在各方的努力下,可以将风险降到最小,同时在多方面优于方案一,故我项目部优先推荐采用方案二进行施工。

5 托换施工难点及解决5.1 施工场地空间狭小沙泾港桥位于上海市中心,周边紧挨居民小区,高楼林立,道路纵横,施工场地空间狭小。

同时沙泾港桥两侧人行道上及栏杆外侧密排电话、电缆线、上水管以及煤气管,沙泾港桥上空架有公交拉线及大量电缆线,高度不足5 m,这些管线在我项目部施工时都将保留在原位,对我部工程的施工造成了极大的困难。

为解决以上困难,我项目部连同相关部门首先对施工空间高度有要求的机械进行改造,如钻孔机、旋喷机等,使其垂直高度不超过5 m,以满足现场高度需要;其次我们对施工进度计划进行了十分详细的细化,加大施工器材进出场的频率,尽量保证在同一时间段内只有正在运转的器械留在原地,其它的则暂时运出,给施工现场留下足够的空间;另外,经过仔细的前期准备,我们工作人员在现场指挥操作工人充分发挥见缝插针的水平,根据施工现场的已有条件,充分利用每一寸的空间,以克服施工空间小的困难。

5.2 管线保护难度大现场管线众多,由桥上经过的管线有的采用预埋钢管穿插通过,有的则采用直埋法通过,在采用高压旋喷加固的过程中由于会对土体造成一定的扰动从而引起土体的变形,有可能对管线造成一定损坏,其后果是无法估量的(图1)。

桥上空架空线也十分密集并且高度较低,由于我们进行钻孔、旋喷以及吊插型钢等操作都会处于架空线下,如若操作不当就有可能对架空线造成破坏,影响电力供应及电话通信。

为避免以上事故发生,我项目部在施工前首先在施工位置开挖2 m深的样沟,不但可以对管线的真实情况更为了解,还可以有效释放加固时产生的土体压力,保护管线;其次用薄钢板焊成箱涵围在管线四周并用钢索腾空悬吊,用以防止高压注浆进入管线间缝隙以及保证管线结构安全;上空架空线由于无法搬移,我们做了详细的应急预案,在施工过程十分注意器材与架空线之间的间距,以防损坏电缆。

5.3 临时排水施工由于沙泾港是虹口港水系中的一条支流,担负着虹口区沙泾港两岸防汛排水的任务以及虹口港水系的调水冲污的作用,根据上海市水务局的要求,该河道不可断流以保证虹口港水系的调水功能。

为尽量减少对虹口港附近流域的环境影响,在进行本工程临排钢管敷设施工时拟投入足够数量的机械、设备、材料、人员,以加快施工进度。

临排施工在围堰施工完成2/3后进行,采用6台轴流潜水泵(上游2台,下游4台)及φ700 mm、壁厚6 mm钢管进行调水。

施工时在两侧围堰外1.5 m处、靠近两侧防汛墙边各搭设2只墩台(顶标高3.8 m),用60#槽钢架于墩台之上作为轴流潜水泵工作平台。

围堰内西侧、防汛墙边各搭设3只墩台,围堰内东侧、防汛墙边各搭设2只墩台作为钢管支撑,墩台标高2.5 m,临排钢管共设4道,钢管9 m一节,电焊连接,连接处另用钢套管加固保证接缝处不断裂、不漏水。

由于施工需要,临管将在桥下进行翻排,临管翻排施工在保证另3根调水功能的前提下依次进行。

5.4 桩基进行地下爆破采用全断面气压盾构施工遇到桩基需将影响顶进部分的桩基截断,桩基清除必须在带气压的开挖面上进行,如采用人工截断工作,工作效率低,施工速度慢。

所以采用松动爆破结合人工截断钢筋的方法。

但必须控制好爆破震动和爆破飞石,还需要解决较快的人员撤离,爆破气体的外泄等技术细节问题。

爆破震动的控制,采用控制爆破单耗(药量),及采用毫秒延迟控制,每段爆破的总药量可以将爆破震动控制在极小量级<5 cm/s,不会对盾构产生危害。

对飞石控制,采用控制药量,适当加以遮挡,飞石不会对盾构产生危害。

6 结语随着地下工程越来越广范的应用,需要更多的新型成熟的工艺来支持地下工程的施工。

桥梁基础托换施工结合气压法盾构穿越过桩施工工艺在目前尚属新兴技术。

沙泾港基础托换工程作为一个科研项目,通过我项目部的努力以及相关部门的大力协助,初步形成了一整套基础托换结合盾构穿越技术,将在更大的范围内获得推广。