盾构穿越桥梁桩基破除施工技术

第１３卷　第９期　２０１３住　中　国水运　Ｖｏｌ　１３　Ｓｅｐｔｅｍｂｅ　ｒ　Ｎｏ．９　２０１３　９月　Ｏｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　盾构穿越桥梁桩基破除施工技术　杨　杰　（郑州市市政工程总公司，河南郑州４５０００７）　　一摘要：文中以郑州地铁１号线一期工程中原东路站一郑州火车站区间的中原东路与大学路交叉１３处的金水河桥桥　桩基处理为例，通过该桥桩基处理方法的选择和处理施工技术，希望为类似工程提供参考。～　　关键词：桥桩基；人工挖孔桩；处理；施工　中图分类号：ＴＵ４７　前言　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７９７３（２０１３）０９—０３１６－０３　一、点。　郑州地铁ｌ号线火车站站一中原东路站区间从火车站沿　着中原东路下穿金水河桥到中原东路站。金水河桥桥面宽　４７．９ｍ，长２６．４ｍ。主路老桥为上世纪７０年代初修建，设　计荷载等级较低；桥桩为钻孔灌注桩，桥面为Ｔ型梁，２００２　年６月对老桥进行了加固；两侧新桥建于２００２年，上部为　二、桩基处理方案　桩基处理根据施工工艺可简单的分为桩基拔除和破碎两　种，具体施工工艺如下：　１．桩基拔除　桩基拔除施工实质上是克服桩侧摩擦阻力与桩身自身质　钢筋混凝土筒支梁桥，下部为圆型柱墩，桥桩为钻孔桩，埋　置式桩基桥台。盾构隧道与桥关系见图１、２。　盾构隧道位于金水河桥面下约１　１．４ｍ，其中左右线共　１２根桥桩基侵入隧道范围内，桩基底比隧道底深约９ｍ。　量，将废桩拔出地表的过程。由于桩侧摩擦阻力与桩身自身　质量非常大，特别是桩侧摩擦阻力；因此，使用目前常用的　起重设备无法直接将桩拔出地面，桩自身重量无法改变，只　有减少桩侧面的摩擦阻力，使用设备使桩与土体之间的摩擦　力减少而将桩拔出。　（１）高压旋喷振拔法　在需要拔除的桩的外侧２００￣３００ｍｍ四周根据桩的直　径、均匀的施工４￣６根高压旋喷桩，旋切桩周围的土体，实　施桩、土体分离，同时喷入膨润土浆液置换切削的土碴，保　持孔壁的稳定与完整；然后使用专用的夹具夹住桩头，用振　动锤将桩拔除地表。　金尔酒桥　中原东路站　中　原东路　幽１　盾构隧遁与桥半面位置不恿图　该方法总体效率不高、施工工艺比较复杂、对桩的完成　性、施工环境、设备等要求都非常高；桩与土体分离彻底程　度受地层密实性或者可塑性制约较大；分离效果好后桩体拔　除质量高、干净。　（２）振动沉管高压水切割拔桩法　使用普通的沉管桩基，用中６００～８００ｍｍ无缝钢管做沉　管，管底安装６－８个高压水喷嘴，通过振击与高压水的切割　作用，将沉管沉至桩底之下，将桩周围土体剥离，然后使用　夹具用振动锤将桩拔除。　该方法多适用与直径小于７００ｒａｍ的桩，施工工艺相对　较复杂、对周围环境影响比较大、费用较高，如果桩出现鼓　包（成孔时出现塌孔），该方法将无法适用，使用不普遍。　（３）套管钻进拔桩法　该拔桩机采用工程钻机改装，传递动力的“钻杆”是大　图２盾构隧道与桥剖面位置示意图　口径的钢质套管，一般钢质套管直径比桩径大２０ｃｍ，钻头　是在套管底部焊接８—１２枚合金钎头而成；施工时将套管中　心对准桩中心，在拔桩机的驱动下，慢慢向下钻进，边延长　套管边钻，直至桩底；桩土分离后，将套管提起，卸掉最顶　上１—２节，然后拔出桩体。　由于该桥年代久远，桥面和桩体已经出现了部分裂纹，　已经无法满足Ｅｌ益增长交通需求压力；且与新建的盾构隧道　在空间位置有重叠，需要对原老桥进行拆除，修建一座新桥。　由于位置、环境等影响，１　２根桥桩基的拆除是工程的重、难　收稿Ｅｌ期：２０１３—０６—１４　作者简介：杨杰（１９６２一），男，郑州市市政工程总公司高级工程师，现从事市政，地下工程施工技术及管理工作。　第９期　杨杰：盾构穿越桥梁桩基破除施工技术　３１　７　该方法需要专用设备、套管需要根据桩径而定制，设备、　施工费用高，施工效率高，对场地条件要求高，对桩的适应　性比较高，对周边环境影响小。　２桩基破除　（１）冲击破碎桩体　利用冲孔灌注桩成孔的原理，用冲击锤将需要拔除的桩　冲掉，桩体混凝土被冲击成小块被泥浆置换出，钢筋被冲击　成短节用电磁铁或者其它设备将钢筋打捞出来。　该施工方法简单，设备简单，可靠性好，成本较低；但　不论是采用地质雷达、水下可视设备或者电磁铁均不能保证　将钢筋打捞干净，对后继施工要求严格的影响较大；并且冲　击过程对环境影响较大。　（２）爆破　在需要破除的桩中间打孔，安装炸药将整个桩体破碎，　根据地段不同，可使用微膨胀剂或者普通炸药。　该方法工艺简单、设备简单、费用低，但是桩体破碎的　效果无法检查，如果有钢筋灼桩体钢筋取出困难，炸药使用　受限制，对环境影响大。　（３）人工破除　直接在原桩体上施工一人工挖孔桩，将原桩直接逐级逐　段人工破除。　该方法工艺简单，单价低，设备投入少，对破除桩有最　直观的了解；但是受到施工工艺限制，地下水和岩层对人工　挖孔桩施工限制较大。　在具体的施工过程中，选用何种方法取决于需要拔除的　桩的类型、桩直径、桩长、桩身结构、桩所在的地层岩性、　水文以及当时的施工工艺、设备，结合施工现场的条件综合　选择。　三、金水河桥桩基处理方案的选择　１．金水河桥桩基的周边条件　（１）金水河桥桩基穿越地层依次为：杂填土、粉土、粉　砂、粉土、粉质粘土。　（２）水文：根据地质资料，水位在地面以下１６ｍ左右；　中间一排桩基位于金水河中间，该河为人工河，水位可人工　调节。　（３）金水河桥桩及桩基配筋　金水河桥桥桩为直径ｌ　ｍ的钻孔灌注桩，桩混凝土采用　水下２００＃混凝土（相当于目前Ｃ２０水下混凝土）；端头桩　长为１２ｍ（上部８ｍ有钢筋，下部４ｍ无钢筋素桩），中间　桩长为ｌ４ｍ（上部８ｍ有钢筋，下部６ｍ无钢筋素桩）；桩　配筋主筋为１６根巾１２，内箍为巾８＠１０００，外箍为中　６＠２００，箍筋直径采用焊接工艺连接。　２．桩基处理工艺的选择　根据对金水河桥桩基的详细了解以及周边环境的认识：　混凝土强度不高，下部有６ｍ素桩，且有４根中问桩位于河　中间，施工过程中场地狭小，需要在不拆除桥面的情况下施　工，桥梁的承台对桩体的破除有一定的影响，所以采用拔桩　工艺受场地和设备以及桩本身有素桩可能会在拔桩的过程中　出现断桩，不能使用；冲击破碎对周边环境影响比较大，且　上部桥台影响也比较大，钢筋不能全部取出也是需要考虑的　重要因素，不能使用；直接爆破的混凝土块和钢筋无法保证　盾构顺利掘进，也不能使用；结合该处地下水位低，土体渗　透性小，调整人工挖孔桩工艺可以在不破除桥面和桥承台的　条件下，破除该桩基。　３．人工挖孔桩处理施工　（１）施工工艺　就是在桥桩基的侧面，紧靠桥桩向下施工直径１．２ｍ的　人工挖孔桩，仅对影响盾构隧道范围内的桥桩基进行破除，　然后用原状土对其回填。　（２）施工过程　①测量放线　首先根据图纸上标定的桥桩基的位置，结合对桥现场勘　察，对桥桩基的实际位置、人工挖孔桩的实际位置进行标定。　人工挖孔桩和原桥桩在平面上成两圆相切。　②挖土　挖孔作业采用人工逐层开挖，挖土次序为先挖中心后挖　周边。挖土一般情况下每层开挖不超过ｌｍ，地质较差或地　下水丰富时每层开挖深度为０．３－０．５ｍ。　③护壁砼浇注　每开挖１．０ｍ后进行护壁施工。护壁钢筋在现场制作，　按要求安装，并且应保证每节护壁的竖向搭接长度不小于　５０ｒａｍ，为了确保在盾构掘进区间无钢筋，护壁钢筋可采用　玻璃纤维筋或者竹片代替。　护壁模板采用组合式木模板拼装而成，循环周转使用。　模板设十字支撑顶紧。安装好后校核检查模型尺寸及加固情　况。护壁砼采用现场自拌，利用电动卷扬机转运至桩孔下进　行浇注，并用小直径振捣棒配合钢钎捣固密实。　井口段的护壁高出地面０．２ｍ，且壁厚比下面的护壁厚　０．２－０．２５ｍ。护壁砼采用加入早强剂的Ｃ２０砼，以缩短脱　模时间，保证每天至少完成２个施工循环。　④混凝土桥桩破除　人工挖孔桩施工到设计深度后，开始从底部破除桥桩基　混凝土，将破除的混凝土块和钢筋运出井外，每破除一段桥　桩后，有条件时将挖孔桩的护壁混凝土也破除，然后用原状　土回填，并保证破除完成后最后一次回填密实。　（３）施工注意事项　①为确保安全，井口段的护壁高出地面０．２ｍ左右，且　壁厚比下面的护壁厚０．２－０．２５ｍ。　②破除混凝土、人工开挖时，需要向孔内强制通风；砼　强度高时可配合膨胀炸药。　③盾构通过范围内必须确保没有钢筋和大于２００ｒａｍ的　混凝土块。　④破除的桩基位置必须比隧道结构线上下各扩大ｌｍ，　确保盾构施工安全。　⑤河床中间的桩基处理，要先在河床中间施工围堰，隔　离河水。　⑥当人工挖孔桩施工过程中底部出现水时，需要用水泵　及时疏干，减少开挖进尺。　⑦在回填时，有条件时将挖孔桩的护壁混凝土也破除、　取出。（下转第３２０页）　３２０　表７　Ｂ区沉降量统计表　分区吹填土标预处理后标高预处理沉降量编号　１　２　３　４　５　中国水运　第１３卷　预处理抽气前施Ｉ天数　预处理抽气施工　天数　工程的实施进度，在加固区域经过预处理后直接铺设砂垫层　３０ｃｍ，后续施工程序维持原设计不变。　高　５　８９　５　８９　５　８９　５　８９　５　８９　４　８７　４　８４　４　７３　４　４９　４　２４　１　１　ｃ、Ｄ区的地质条件基本同Ｂ区，为保证地基处理工程　顺利开展，在Ｃ、Ｄ区同样先进行地基处理预处理，均取得　了良好的施工效果。　七、结语　１　１　１　１　１　１　１　０　１　０　０　１　１　１　随着天津港地区的快速发展，吹填造陆成为解决土地资　６　７　８　９　５　８９　５　８９　５　８９　５　８９　∞　４　６９　４　６３　４　６０　４　５５　钟　｛号　鹋　∞　卯　他　源短缺的重要途径，而新近吹填土由于其高含水量、高孔隙　比、低强度等特殊工程特性，使得如何成功在新近吹填土上　形成稳定的工作垫层成为真空预压地基处理施工中重要问题　之一。天津南港工业区东二区地基处理预处理工程成功实施，　吹填土场地的地基承载力得到大幅度提高，为进一步施工、　１０　１１　１２　５．８９　５　８９　５　８９　４　３８　开发提供了初步条件，通过本次预处理工程的成功实施，可　５　０１　得到以下结论：　４　８３　（１）受施工条件制约和实际使用需要，地基处理预处理　１３　１４　５　８９　５　８９　４　９２　４　９０　是真空预压方法是在新近吹填超软基土上的浅层应用，同常　规的真空预压技术要求相比较低，加固效果较差，主要为满　足下部施工需要。　１５　５　Ｂ９　４　７７　平均沉降量　（２）在新近吹填超软基土上，采用真空预压预处理形成　稳定的工作垫层较常规的复合垫层处理方法有较明显的优　势。　（３）地基处理预处理具有一定的加固效果，同时节约了　地基处理预处理加固土层主要为吹填土，原设计计算吹　填土层最终沉降量为１．６ｍ，根据地基的应变固结度计算公　式：　Ｕ　＝Ｓｔ／Ｓ。。×１００％＝１．１９／１．６＝７４％　常规使用的中粗砂垫层材料，在一些对场地加固效果要求相　对较低的工程中推广应用，可大幅减少工程投资、节约施工　工期。　参考文献　【１】赵维炳，施建勇．软土流变理论及其在排水预压加固分析　中的应用卟水利水电科技进展，１９９６，１６（３）：１２—１７．　式中：Ｕ　一ｔ时间地基应变固结度；　Ｓ＋一ｔ时间实测沉降量；　Ｓ。。一最终沉降量。　六、预处理加固效果分析　通过Ｂ区预处理加固前后取土对比，预处理后吹填土层　土体含水率、孔隙比有大幅降低，土体的快剪强度指标有大　幅提高，对比加固效果十分显著。　根据预处理后地勘中间资料分析，东二区Ｂ区的吹填土　Ｉ２］何良德，宋少华，熊国平等．真空预压地基最终应力和位　移的解析解Ｕ１．河海大学学报（自然科学版），２００５，３３　（２）；１９４－１９７．　排水后表层土基本为淤泥质粘土，平均含水率为５０％左右，　吹填土地基表层承载力在５０ＫＰａ以上，能够保证塑料排水板　【３】娄炎．真空排水预压法加固软土技术【Ｍ】．北京：人民交通　出版社．２００２．　打设机和人员施工作业安全。根据现场的实际情况，为加快　（上接第３１７页）　⑧人工挖孔桩施工在上下送料、施工过程中以及人员上　下时必须确保安全。　四、结束语　参考文献　【１】ＧＢ　５０４４６—２００８，盾构法隧道施工与验收规范【ｓ　Ｊ．北京：　中国建筑工业出版社，２００８．　【２】竺维彬，鞠世健等．复合地层中盾构ｉ％＿ｒ－技术【Ｍ】．北京：　中国科学技术出版社，２００６．　【３］陈世明．地铁盾构隧道沿线障碍桩冲桩破除施工技术　【ｌ１＿隧道建设，２０１０，２．　［４】姚先力．南京地铁２号线拔桩施工中套管钻进拔桩法的应　用【ｌ１．隧道建设，２０１０，２．　人工挖孔桩破除既有桩基施工技术，该施工工艺、技术　上成熟，设备投入简单，对环境污染少，环境适应性好，费　用低，施工相对较安全；但对地质要求较高，当桩体的钢筋　较密、混凝土强度超过Ｃ３０后人工破除效率较低，配合膨胀　炸药，能提高一下施工效率。该施工技术在郑州轨道交通１　号线金水河桥桩基处理过程中的成功实施，为以后其它类似　施工提供参考的依据。　［５Ｊ马林坡等．成都地铁东门大桥桩基托换施＿ｒ－技术方案　Ｕ１．中铁隧道股份有限公司，２１７）０９，３．