禅西大道海口互通立交桩基托换安全专项施工方案.docx
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禅西大道海口互通立交桩基托换安全专项施工方案
一、编制说明
1.1编制依据
(1)《佛山市城市轨道交通二号线一期工程禅西大道海口互通立交保护专册》;
(2)《佛山市城市轨道交通二号线一期工程详细勘察阶段张槎站岩土工程勘察报告》(中铁二院工程集团有限责任公司,2015年6月)
(3)从佛山市路桥建设有限公司收集的“佛山市禅西大道工程(325国道改线)工程海口互通立交施工图(电子版)”
(4)对施工现场及其周边环境的考察及收集的地形、地貌、道路等资料;
(5)现有的技术水平、施工管理水平和资金投入能力,机械设备配套能力;
(6)类似工程的参观考察、学习、培训经验。
1.2相关规范
(1)、《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911-2013
(2)、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
(3)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)
(4)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
(5)、《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)
(6)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)
(7)、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)
(8)、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GB50204-2002)
(9)、《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003)
(10)、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008
(11)、《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005)
(12)、《建筑机械使用安全技术规程》(JGJ33-2001)
(13)、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008)
(14)、《公路桥涵施工技术规范》(JTGF50-2011)
(15)、《装配式公路钢桥使用手册》
(16)、《路桥施工计算手册》
二、工程概况
2.1工程简介
(1)、车站概况
拟建张槎站为佛山市城市轨道交通二号线一期工程第五座车站,与佛山轨道交通四号线及广佛环线城际铁路换乘。
车站为二号线与四号线的同台换乘站,且同步实施。
张槎站沿季华二路呈东西向布置。
采用站台宽度为13m的双岛四线站台,地下两层多跨箱型框架结构,明挖顺筑法施工。
车站起点里程YDK29+630.200,有效站台中心里程为YDK29+749.500,终点里程为YDK29+836.200,总长206m,标准段外包总宽50.3m。
车站标准段埋深约16.97m,标准段顶板覆土厚度约3m。
张槎站两端区间均采用盾构法施工,车站两端端端头井为盾构接收井。
车站共设4个出入口,4组风亭。
车站站位所在的季华路为东西向主干道,规划道路宽60m,现状道路宽45m,为双向8车道,车流量大,现状交通繁忙。
车站站位所在横穿禅西大道海口互通立交下方。
图2.1-1海口互通立交与张槎站关系图
(2)、禅西大道海口互通立交概况
禅西大道横跨车站上方呈南北走向,在该处为海口互通立交,属于禅西大道一期工程。
海口互通立交设计荷载标准为公路—Ⅰ级,设计主桥行车速度主道80km/h,双向6车道,于2011年4月正式通车。
禅西大道高架桥为高架双线曲线公路桥,桥梁分为主线左、右幅桥,每幅桥宽13.25m,左、右幅主桥间净距约1m。
根据既有资料该桥11#-15#墩为预应力连续箱梁,且立交在与季华路相交处设置最大跨径39米左右,其中13#墩布置于季华路分隔带内,其余墩位跨过季华路设置。
桥梁下部结构桥墩均采用矩形四角导圆的截面形式,基础采用钻孔灌注桩基础型式。
(3)、海口互通立交与车站位置关系
立交桥横跨季华路上方,车站沿季华路敷设于地下,车站11~18轴(YDK29+718.000~YDK29+781.000)约63m长范围位于桥下,桥下段车站覆土约3.2m,基坑深约17.35m,基坑总宽50.3m。
桥下净空约6.3m,13#墩位于基坑中央,车站在13#桥墩区域镂空,12#、14#号墩分别位于基坑两侧。
基坑中央13#号墩承台距离主体结构墙距离分别约2.1m及2.3m,基坑北侧12#墩桥桩距离基坑围护最近约4.1m,基坑南侧14#墩桥桩距离基坑围护最近约3.4m。
12~14#墩墩柱尺寸为1.8×1.3m,墩柱下承台尺寸为2.3×2.3×1.5m,承台基础采用Φ1.8m钻孔灌注桩,承台间采用系梁连接,系梁尺寸为4.2×1.5×1.5m。
主线左、右幅桥13#墩桩基长27m;主线左幅桥12#墩桩基长35m,主右幅桥12#墩桩基长36m;主线左幅桥14#墩桩基长38m,主右幅桥14#墩桩基长41m。
禅西大道海口互通立交原设计要求桩尖持力层为弱风化岩层或微风化岩层,根据现有地勘资料判别,其中12#、14#墩桥桩桩尖持力层为号桥桩基础为中风化岩,可满足原设计要求,判定为端承桩;13#墩桥桩桩尖持力层主要为强风化岩,不满足原设计要求,判别为摩擦端承桩。
图2.1-2托换桥墩与张槎车站的位置关系图
2.2周边环境及地下管线
目前张槎站基坑内所涉及的管线已全部迁改至基坑以外,在桩基托换施工期间可不考虑基础托换施工对管线的影响。
施工区域位于已疏解的季华二路,距离施工位置约30m;周边无重要建构筑物。
与基坑相关的临近墩柱情况如下表所示:
表2.2-1张槎站周边建(构)筑物基础及位置关系
建筑物名称
基础形式
桩长
基础与托换基坑距离
左幅12#桥墩
桥桩基础、端承桩
32m
4.2m
右幅12#桥墩
桥桩基础、端承桩
36m
4.1m
13#桥墩
桥桩基础、摩擦端承桩
27m
2.1m
左幅14#桥墩
桥桩基础、端承桩
38m
3.4m
右幅14#桥墩
桥桩基础、端承桩
42m
3.5m
2.3工程地质及水文地质
2.3.1工程地质
根据详勘资料,场地范围内揭露的地层岩性主要有:
1)填土层(Q/4ml/),主要为素填土<1-1>、杂填土<1-2>;2)第四系海陆交互相沉积层(Q/4mc/),主要岩性为淤泥<2-1A>、淤泥质土<2-1B>、淤泥质粉砂<2-2>、软塑状黏性土<2-4-1>、可塑状黏性土<2-4-2>及硬塑状黏性土<2-4-3>;3)第四系冲洪积层(Q/3+/4al+pl/),主要为粉砂<3-1>;4)残积土层(Qel/),主要岩性为硬塑状黏性土<5-N2>;5)下第三系华涌组(E/2h)风化岩层,主要岩性为全风化砂、泥岩<6>,强风化泥岩、砂质泥岩<7-1>,强风化砂岩、泥质砂岩<7-2>,中等风化泥岩、砂质泥岩<8-1>,中风化砂岩、泥质砂岩<8-2>。
本托换工程加强桩根据详勘孔M2-Z3-SZC-63钻探的情况,该加强桩依次穿透<2-4-1>(约0.49m)、<2-1A>(约6.3m)、<2-4-1>(约2.4m)、<6>(约4.2m)、<7-2>(约9m)。
2.3.2水文地质条件
1)地表水、地下水类型及赋存
站址东侧紧邻南北大涌,河涌内常年有水,水量丰富。
站址地下水主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两类。
松散岩类孔隙水广泛赋存于上覆第四系松散土层中,据初、详勘期间钻孔揭示,稳定地下水位埋深1.5m~3.6m(标高0.4~2.4m),年变幅小于2m。
主要含水层为砂层<3-1>、<2-2>,水量丰富。
基岩裂隙水赋存于下第三系砂、泥岩的节理裂隙中,水量较贫,因上部黏性土弱透水层的阻隔而微具承压性。
2)地下水补给、径流、排泄及动态特征
区地处亚热带海洋季风性气候区,雨水丰富,降雨量大于蒸发量,大气降雨是本区地下水的主要补给来源;受降雨作用的影响,每年4~9月份是地下水的补给期,10月至次年3月为地下水的消耗期和排泄期。
场区总体地势低洼平坦,河网密集,丰水季节第四系松散岩类孔隙水含水层可接受周围河水的补给,旱季则以潜流的方式向附近河道排泄。
基岩裂隙水主要受同一含水层的侧向径流补给,同时也可接受上部松散岩类孔隙水的补给。
由于站址区地面标高较低,地下水位埋深浅,且年变幅小于2m,加上岩土层以微、弱透水层为主,总体上,区内地下水具径流强度弱、径流途径短、越往深部变化幅度越小的特点。
3)水化学特征及水土腐蚀性
站址地表水根据《岩土工程勘察规范》,按I类场地环境、有干湿交替作用及A类地层渗透性判定:
地表水对混凝土结构的腐蚀等级为微,对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀等级为微。
根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》判别,在环境类别为化学侵蚀环境、氯盐环境(有干湿交替)、盐类结晶破坏环境时,地表水中的SO42-、pH值、Mg2+、侵蚀性CO2、Cl-对混凝土结构及其中的钢筋均无侵蚀性。
2.4施工重难点及措施
(1).重难点分析
①.施工重点
由于本工程为立交桥桩基托换,所以对工程本身的结构质量和日后运营的安全性要求都非常高,同时工程质量也是保证运营安全的基本保障,所以本工程的施工质量,特别是各关键工序的施工质量和过程控制是本工程施工中的控制重点。
托换新桩与旧桩相距较近,新桩施工时对旧桩的承载力有一定的影响,保证旧桩的承载力不受影响,是本工程重点工作之一。
托换基坑开挖可能造成周边地面沉降,必须加强施工监测以保证桥墩安全,施工监测也是本工程的施工重点。
针对以上分析,对本工程施工重点统计如下:
钻孔桩施工、被托换桩界面处理及植筋、桥梁整体托换施工、新加桩反压、施工监测。
②.施工难点
在托换过程中立交桥桩基水平位移控制在10mm内,沉降差控制在5mm内,施工要求高,且由于本工程桩基托换施工场地狭小,施工较为困难,为本工程难点。
(2)重难点及对策
本工程施工重难点及对策见表2.4-1。
表2.4-1施工重难点及对策表
序号
重难点项目
对策
1
钻孔桩施工质量
加强施工过程控制,避免桩位偏差、斜孔、缩径和坍孔等现象。
严格进行成孔质量验收,确保桩位偏差、保证成孔垂直度和桩底沉渣符合验收要求。
灌桩作业时,做好施工组织和商品砼质量控制,按施工方案要求进行灌注作业,避免堵管和断桩事故的发生。
2
被托换桩界面处理及植筋
聘请有专业资质的单位进行植筋施工
施工材料送检合格后才允许使用
严格按照设计图和施工规范进行施工
严格按设计和规范要求的频率进行抗拔承载力验收
3
桥梁整体托换施工、新加桩反压
1、托换时的预顶作业,严格按照设计及规范要求和已批复施工方案的操作程序进行分级加载作业;
2、托换体系受力转换过程中,严格监测原桩、托换桩、托换承台的沉降、倾斜,保证加载过程的稳定和平衡;
4
施工监测
1、按设计和规范要求编制、上报施工监测方案。
2、安排有经验的监测人员,并配备足够的监测仪器,按批复的监测方案进行监测。
3、及时进行数据分析,根据监测反馈的情况指导施工。
2.5场地布置
在托换施工期间,整个桥底进行封闭,待承台做完后进行受力转换的施工作业。
产地布置如下图所示:
图2.5-1场地布置示意图
三、总体施工方案
3.1施工步骤
桩基托换部位主要施工步骤为:
场地清理→13#墩临时顶升系统及应急顶升系统布置→加强(托换)桩施工(钻孔灌注桩)→施工新建高桩承台→完成加强桩的主动加强(托换)→撤销应急顶升系统→主体基坑对称开挖(随开挖施工支撑及横系板)→开挖至基坑底→车站主体施工→回填覆土→桥梁支座检查、复位。
张槎站桩基托换施工步骤如下图3.1-1:
图3.1-1张槎站桩基托换部位施工步骤图
3.2施工顺序说明
1)13#墩应急顶升系统布置
在13#墩柱两侧平行于原立柱设置临时支架系统,在加强桩施工过程中确保原有桥梁桩基发生沉降的情况下对桥梁进行顶升,防止桥梁在运行的过程中发生沉降等安全事故。
2)临时同步顶升系统的布置
在13#墩顶布置跟踪监测顶升系统,根据监测及顶升联动系统,实时进行千斤顶支顶并对支座加钢板,利用顶升设备调整梁体标高,保证现有主梁标高不发生超限改变,从而保证梁体结构安全。
3)临时同步顶升系统及应急顶升系统的试顶
为确保试顶顶升过程的安全,观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对预估上部实际荷载的校核同时完成保压试验。
按照13#墩托换系统先试先行的方式进行试顶,13#墩托换系统完成试顶并落顶稳定后,再行试验应急临时顶升系统的试顶。
4)临时同步顶升系统及应急顶升系统的建立
应急临时顶升体系试顶无异常后,将千斤顶受力按照逐级减载的方式进行减载直至该处荷载的20%时,将千斤顶受力进行锁定,临时支撑垫块打紧受力。
13#墩临时顶升系统按照逐级加载的形式进行顶升受力,顶升至该处荷载的50%时,将千斤顶受力进行锁定,临时支撑垫块打紧受力。
5)施工加强桩
顶升系统建立并检测可靠后,进行加强桩施工。
为减少对原桥结构的影响,加强桩采用冲击钻跳孔施工。
在13#墩周围共施工12根加强桩,加强桩施工完成破除桩头后,将混凝土面打磨平整,在加强桩中心安装预压钢支撑,钢支撑在承台施工时可以作为承台的支架,在加强桩反压的时候作为支撑件,并预埋在加强桩里。
6)施工高桩承台
加强桩施工完成后,对原桥台及桩柱进行凿毛,完成承台的浇筑。
新建高桩承台与既有承台之间采用界面处理剂及植筋的方式进行连接。
7)加强桩反压
为更好地控制桥墩沉降,减小基坑开挖对托换桩的影响,对托换桩采用提前预压、主动托换。
其方法为桩顶后浇,在新建承台与托换桩之间设置千斤顶加载,通过分级加载使原桩基受力转移至加强桩上,并通过千斤顶预压完成加强桩的预沉降。
8)承台与加强桩间灌注微膨胀混凝土
加强桩预压到位后,将钢支撑钢楔打紧并加焊,预压千斤顶卸压并拆除。
然后将桩、承台预留钢筋焊接,最后浇筑承台与桩间的微膨胀混凝土并振捣密实。
9)拆除应急顶升系统。
加强桩微膨胀混凝土养护结束并达到强度要求后,拆除临时应急顶升系统,。
10)基坑开挖,随时监测,施做高桩系板
施工临时立柱桩,对撑开挖两侧基坑,随基坑开挖,根据桥梁沉降变化随时调整千斤顶,实时进行千斤顶支顶并对原支座加钢板,保证桥梁变形在允许范围内。
为保证车站基坑开挖后高桩承台稳定性,随着桥面下基坑开挖,开挖至第二道支撑下方车站中板位置时施做高桩系板。
11)顶板施工完成后,支座复位,调整标高
待顶板混凝土强度达到设计要求后且桥梁沉降稳定后进行支座检查、复位。
四、主要施工方法
4.1临时支架系统施工
在13#墩柱两侧平行于承台施做条形基础及临时支架系统。
条形基础尺寸为1.7m×11.5m×1m,采用C30混凝土,条形基础施工时预埋直径32mm的长螺栓,螺栓与承台钢筋焊接固定,避免浇筑混凝土时出现松动,长螺栓长度为800mm,露出条形基础面10cm。
预埋长螺栓为与临时钢管撑法兰连接的结构件,施工时确保位置的准确性。
承台面与钢管撑接触面施工时收面平整、水平。
图4.1-1临时托换钢立柱布置示意图
图4.1-2临时立柱钢立柱预埋钢板示意图
临时托换钢管撑采用∅609,t=16mm钢管,钢管底部与底座1000*1000*20mm的钢板满焊,底座与条形基础上预埋螺栓连接牢靠,并加设三角钢肋板,增加钢管撑与钢板连接的稳定性,见图4.1-5。
底座钢板与临时承台的间隙采用小钢条填充打紧,或钢板底座施工时,与临时承台间间隙采用结构胶找平。
临时钢管撑高约7m,钢管节段之间采用法兰连接。
采用3道14a槽钢作为横向联接,槽钢与临时钢管撑焊接牢靠。
钢管撑顶设置成托梁结构形式,托梁尺寸见图4.1-3,纵向长度为1.2m,托梁与钢管撑采用法兰连接。
托梁上设置由3排贝雷架组成的横梁,贝雷架与每个托梁接触处均采用下压弦板将其固定,下压弦板与托梁采用钢板焊接连接,确保贝雷架的稳定性。
贝雷架上对应腹板处设置22b工字钢梁,工字钢梁上下缀补板,在对应千斤顶及临时支撑垫处加焊钢板肋。
工字钢梁上设置千斤顶及临时支撑垫,千斤顶位于中间,临时支撑垫沿纵向方向分别设置在千斤顶两侧。
图4.1-3临时立柱布置立面图
图4.1-4临时钢立柱断面图
图4.1-5临时钢立柱底座钢板示意图
图4.1-6钢管撑托梁尺寸平面示意图
4.2临时托换顶升系统的安装
4.2.113#墩顶升系统布置
根据对13#墩的监测情况,实时进行千斤顶支顶并对支座加钢板,利用顶升设备调整梁体标高,保证现有主梁标高不发生超限改变,从而保证梁体结构安全。
同时在13#墩支座5m范围内两侧布置独立应急顶升系统,临时立柱上设临时钢管撑支架,钢管撑顶上放置千斤顶及临时支撑钢板垫,支顶位置置于桥梁箱梁腹板处,千斤顶及临时支撑钢板垫与桥梁腹板楔紧,当13#墩顶顶升系统失控时可启用应急顶升系统。
根据现场调查,13#墩墩顶位置较为富裕,可以布置4个直径为295mm的千斤顶,千斤顶分别布设在墩顶四角,临时垫块钢板跺布设在千斤顶之间,为确保顶升系统的稳定性,在墩顶四周根据实际情况焊接或黏贴钢板,防止墩顶边缘因受力后出现崩裂。
本工程选用带自锁装置千斤顶,为减少梁底与钢管撑之间的高度,根据市场上千斤顶规格型号及满足本工程要求,计划选用带自锁装置CLL280-50型号千斤顶,该千斤顶顶升吨位为280吨,则按每幅桥各布置8台千斤顶,每台千斤顶吨位为280吨,这样每桥临时托换支撑可提2240吨的顶升力,完全满足顶升需求。
再加备用千斤顶4台,全桥共需千斤顶20台。
在加强桩预压前,不得对13#提前进行预定。
图4.2.1-1临时支顶示意图
表4.2.1-1千斤顶规格表
型号
吨位mm
行程mm
本体高度mm
伸展高度mm
外径mm
内径mm
重量KG
CLL55-50
55
50
164
214
128
100
16
CLL55-100
55
100
214
314
128
100
21
CLL55-150
55
150
264
414
128
100
26
CLL55-200
55
200
314
514
128
100
31
CLL55-250
55
250
364
614
128
100
36
CLL55-300
55
300
414
714
128
100
41
CLL100-50
100
50
187
237
180
140
31
CLL100-100
100
100
237
337
180
140
39
CLL100-150
100
150
287
437
180
140
48
CLL100-200
100
200
337
537
180
140
57
CLL100-250
100
250
387
637
180
140
65
CLL100-300
100
300
437
737
180
140
74
CLL150-50
150
50
209
259
218
180
53
CLL150-100
150
100
259
359
218
180
66
CLL150-150
150
150
309
459
218
180
78
CLL150-200
150
200
359
559
218
180
92
CLL150-250
150
250
409
659
218
180
105
CLL150-300
150
300
459
759
218
180
118
CLL200-50
200
50
243
293
250
200
83
CLL200-150
200
150
343
493
250
200
118
CLL200-250
200
250
443
693
250
200
153
CLL280-50
280
50
249
299
295
230
116
CLL280-150
280
150
349
499
295
230
163
CLL280-250
280
250
449
699
295
230
210
4.2.2临时支架应急顶升系统
4.2.2.1千斤顶选型
在13#墩两侧分别设置两排临时托换钢管支架,每个钢管支架上布置上布置一个临时托换千斤顶,为确保顶升的稳定性,本工程选用带自锁装置千斤顶。
根据禅西大道海口立交竣工图计算出,最大跨径为39m的箱梁单幅最大恒载为1133t,取1.5倍的安全系数及全部荷载考虑,最大荷载为1700t。
根据市场上千斤顶规格型号及满足本工程要求,计划选用带自锁装置CLL280-50型号千斤顶,该千斤顶顶升吨位为280吨,则按每幅桥各布置8台千斤顶,每台千斤顶吨位为280吨,这样每桥临时托换支撑可提2240吨的顶升力,大于海口立交最大跨径的安全荷载,完全满足顶升需求。
再加备用千斤顶4台,全桥共需千斤顶20台。
4.2.2.2应急顶升系统千斤顶布置
1、在13#墩两侧分别设置两排临时托换钢管撑,每个钢管撑上布置上布置一个临时托换千斤顶,临时托换千斤顶布设于钢管撑中心,鉴于箱梁内箱室纵隔板较薄,临时钢板跺支撑沿纵向方向在千斤顶两侧布设。
2、根据液压控制系统的性能,为便于顶升精度的控制,在13#墩左右幅分别布置两台位移传感器,每个桥墩中心位置布置一个位移传感器,以便更好的监测顶升姿态。
根据力及位移信号,由主控室的PLC控制整个顶升过程。
图4.2.2-1应急顶升系统顶部与梁相互关系图
4.2.2.3应急顶升系统临时钢板垫块布置
临时钢板垫块采用顶升专用临时钢垫块,分别用在千斤顶下和临时支撑下。
临时钢垫块与顶升托架体系相对应,也采用400×400×20mm方形钢垫块。
钢垫块共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种类型,为适应千斤顶的顶升行程,钢垫块的高度分别为100mm、200mm。
每个临时支撑顶部均配置一对楔块和薄厚不一的钢板,以满足不同顶升高度的要求。
4.2.2.4临时托换系统试顶
为了观察和评估整个顶升施工系统的工作状态以及对预估上部实际荷载的校核同时完成保压试验,在正式顶升之前,应进行试顶升。
为确保试顶顶升过程的安全,临时托换系统试顶按照13#墩托换系统先试先行的方式,13#墩托换系统完成试顶并落顶稳定后,再行试验应急临时顶升系统的试顶。
试顶采用逐级加载的方式进行,将设计最大顶升力不等分成10级逐步施加顶升力,每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10%,不可一次加载到最大值。
每级荷载保持10min,等结构稳定后方可加次级荷载。
在一定的顶升高度内(1~5mm),通过反复调整各组的油压,可以设定一组顶升油压值,使每个顶点的顶升压力与其上部荷载基本平衡。
同时为观察顶升处是否脱离,需用百分表测定其行程。
试顶稳定后,进行油缸的保压试验5小时,保压试验时检查整个系统的工作情况,油路情况。
试顶前的准备工作如下
1)可调自锁千斤顶、钢管垫块安全装置在安装前必须进行标定和调试,确认合格后才能安装。
检查千斤顶、钢管垫块安全装置的安全可靠性,安装后保证有足够的行程,以便在整个调整时期内不需反复安装。
2)建立全方位的位移、沉降、应变监测系统,并保证其数据的准确性。
3)顶升时确保桥面荷载为最低值,采用凌晨零时施工或者封闭桥面交通。
试顶后将每点的实测值与预估理论计算值比较,计算其差异量,由液压操作工程师和结构工程师共同分析原因,最终由领导组确定该点实测值能否作为顶升时的基准值。
如差异较大,将作相应调整。
试顶升结束后,提供整体姿态、结构位移等情况,为正式托换的过程中出现异常的情况下顶升提供依据。
在加强桩预压之前,不得使临时支架结构产生向上的顶力。
4.2.3.6临时托换系统的建立