地铁下穿既有桥梁桩基托换过程监测技术研究--中国期刊网

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地铁下穿既有桥梁桩基托换过程监测技术研究

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：1金增华 2王蕊

[导读] 摘要：本文以工程实例介绍当新建地铁下穿既有桥梁时所运用的桩基托换技术，在新建地铁与既有桥梁的桥桩发生冲突时，为了控制好桥梁的变形，尤其是桥梁上部结构的变形，要在穿越施工前对桥梁进行桩基托换，并且建立信息化监测体系，配合、指导施工工艺和施工措施，避免了桥梁结构由于地铁穿越产生的不均匀沉降而造成损伤，确保了既有桥梁安全运营。

        1北京市城市道路养护管理中心北京 1000691；
        2北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司北京 1000372
        摘要：本文以工程实例介绍当新建地铁下穿既有桥梁时所运用的桩基托换技术，在新建地铁与既有桥梁的桥桩发生冲突时，为了控制好桥梁的变形，尤其是桥梁上部结构的变形，要在穿越施工前对桥梁进行桩基托换，并且建立信息化监测体系，配合、指导施工工艺和施工措施，避免了桥梁结构由于地铁穿越产生的不均匀沉降而造成损伤，确保了既有桥梁安全运营。为今后同类型工程项目提供借鉴。
        关键词：桩基托换；监测技术；截桩；位移
        1概述
        随着城市轨道交通的快速发展，由于时间和空间上的局限性，地铁线路会不可避免地穿越既有建（构）筑物。当新建地铁隧道或车站侵入既有桥梁的桩端或邻近桩端时，常见采用的方法为桩基托换，即通过托换桩结构完成地铁穿过时的受力转换。在桩基托换施工同时利用信息化监测手段，实时分析、反馈监测数据，指导施工，避免由于桥梁结构理论与实际的偏差，施工设备的失误等原因导致梁体产生超过控制值的变形以及裂缝急剧发展、激增等现象，保证桥梁结构的安全。
        本文以地铁16号线西苑站~万泉河桥站区间隧道下穿万泉河高架桥桩基托换工程为例，阐述施工期间监测技术的运用在既有桥梁桩基托换施工中的作用，为同类工程提供借鉴。
        2工程概况
        2.1既有桥梁概况
        西苑桥跨越圆明园南路、颐和园北路，桥梁面积28548m2，主桥桥宽26m~29.66m，全桥共39跨，桥梁全长1043.37m。其中桩基托换范围为1#~6#轴。
        上部结构：1#~4#轴主梁为预应力混凝土I型简支梁，跨径27m，梁高1.67m，4#~7#轴主梁为32m+43m+32.77m=107.77m钢混连续梁，梁高1.67m。
        下部结构：盖梁为预应力混凝土双柱盖梁，墩柱下接两桩或四桩承台，1#~3#轴承台尺寸为6.5m×3.0m×2.5m，下接2根直径1.5m钻孔灌注桩，桩长25m，4#~7#轴承台为5.5m×5.5m×2.0m，下接4根直径1.2m钻孔灌注桩，桩长22~24m。
        支座采用矩形板式橡胶支座。桥面采用沥青混凝土铺装。
        2.2新建地铁与既有桥梁位置关系
        地铁16号线区间隧道下穿万泉河高架桥桩基托换工程范围1#~6#轴，其中1#轴右幅桩基、2#轴右幅桩基与地铁结构冲突，4#轴左幅、右幅桩基桩底高程与隧道结构顶高程持平，其余桩基外边线距离隧道结构外边线0.905m~16.255m。
        地铁16号线与万泉河高架桥1#~6#轴相对位置关系平面图见图2.2。

        图2.2地铁16号线与万泉河高架桥1#~6#轴相对位置关系平面图（单位：cm）
        2.3桩基托换设计方案
        地铁16号线区间隧道下穿万泉河高架桥，个别桩基与地铁结构冲突，其余桥桩距离地铁结构较近，受土体扰动的影响，会降低摩擦桩桩基承载力，因此需对部分桥桩进行桩基托换。
        桩基托换按托换机理分为主动托换和被动托换。主动托换采用设置在新基础与托换结构之间的千斤顶主动顶升，将建筑物荷载从原基础转移到新基础上。该技术一般用于托换荷载大或结构变形要求高的桩基工程，可靠性相对较高。被动托换即在托换结构施工完成后，直接将被托换基础与结构分离，完成荷载从被托换基础到新基础的转换，一般用于托换荷载较小或结构变形要求不高的托换工程，可靠性相对较低。本次托换工程均采用主动托换。
        2.4桩基托换施工技术要求
        桩基托换采用主动托换法施工，主要施工流程：施工新建桩基→开挖基坑至托换承台底面标高→浇筑新建托换承台→设置千斤顶→按照计算反力进行顶升，至托换桩基完成沉降→沉降完成后二次顶升→浇筑桩顶后浇段→截断与地铁隧道断面有冲突的旧桩，新旧承台完成受力转换。
        桩基托换要求：
        （1）根据实时监测结果确定顶升启动，开始托换顶升，保证任何情况下顶升点与位移初始点的沉降差不大于1.5mm，且横桥向相邻墩柱处主梁的沉降差小于1mm。
        （2）托换顶升采用专业的顶升控制系统，千斤顶行程不小于15cm。每个桩基布置的2个千斤顶应满足同步顶升的要求，同时也具备横桥向各墩柱单独顶升要求。千斤顶具备同步顶升及同步下降要求。每个千斤顶计算最大顶力1500kN-3500kN。
        （3）顶升系统要求顶升力与位移双控，纵桥向、横桥向各相邻顶升点顶升力差异不超过10％，顺桥向位移差相邻墩不超过1.5mm，横桥向位移差相邻墩不超过1mm。
        3桥梁桩基托换监测技术
        3.1监测目的
        通过对梁体变位等项目的严密监测，实时分析、反馈监测数据，指导桥梁桩基托换施工，避免由于桥梁结构理论与实际的偏差，加固设备的失误等原因导致梁体产生超过控制值的位移以及裂缝急剧发展、激增等现象，保证结构的安全。
        3.2监测内容与方法
        （一）监测内容与测点布置
        根据施工工艺分为新建承台顶升监测和截桩监测两部分，测点布置详见表3.2。
        表3.2桩基托换过程中监测内容与测点布置

        （二）监测方法
        工程主要采用远程自动化无线传输系统对千斤顶顶升过程中结构相对位移进行实时监控，该系统具有实时和连续跟踪测量、故障自诊断、远程控制等能力。
        仪器设备：HY-65050F位移传感器是采用磁感应位置编码技术研制而成的一种新型位移传感器。传感器无需接二次仪表，直接以数码方式将位移值传送给计算机中的采集软件显示。
        采集系统：该系统使用一个无线数据收发器接电脑串行口端，在每个测试断面放置一个集线盒，同一断面的测点上布置的传感器用短线连到集线盒上，传感器的测试数据通过连在集线盒上的无线数据收发器传输出去，传输距离可达数百米到数千米。这样就可以组成简单、灵活、搭积木式的无线测试系统。同时传感器抗野外干扰能力强，数据稳定，并且系统组成中关键部件都有备份，遇到突发情况，可以灵活更换。不至于影响中途测试。传感器为绝对位置编码，测试过程中断电对数据无影响，保证测试过程中数据的准确性。
        （三）桥梁监测控制指标
        ①、盖梁横桥向2个墩柱不均匀沉降位移控制值为±4.0mm；
        ②、墩柱倾斜控制值1/1000；
        ③、简支梁段：各相邻墩竖向（纵向）不均匀沉降控制值为±10mm；连续梁段：各相邻竖向（纵向）不均匀沉降控制值为±5mm；
        ④、桥梁竖向均匀沉降15mm。
        （四）设计预警值
        监测值按严重程度由小到大分为三级。
        （1）预警值：监测指标变化量为监控量测控制值的60%，当达到预警值时，应查找原因，加强监测和巡视；
        （2）警戒值：监测指标变化量为监控量测控制值的80%，当达到警戒值时，应停工检查，进行风险处理；
        （3）控制值：监测指标变化量达到控制技术指标值，当达到控制值时，应启动应急预案。
        3.3桩基托换过程中监测结果
        （一）新建承台顶升监测情况
        1、新建桩基千斤顶顶升位移监测结果：新建承台顶升过程中，桩基与承台间相对位移随顶力的增加呈逐渐增大趋势。顶升结果表明：自一级加载起，各承台与桩基间相对位移变化情况与顶升工序基本相符，顶升施工期间未见异常现象。
        2、新建承台竖向位移监测结果：新建承台顶升过程中，部分承台竖向位移测点监测数据随顶力增加呈上升趋势，顶升结束后数据平稳，其中变化量最大测点发生在Q2-1承台，承台北侧测点最终变化量为0.77mm，南侧测点最终变化量为-0.32mm，顶升施工期间承台未见异常现象。
        3、桥墩竖向位移监测结果：新建承台顶升过程中，桥墩竖向位移整体变化幅度不大，部分桥墩竖向位移测点监测数据随顶力增加呈上升趋势，顶升结束后数据平稳。其中桥墩竖向位移上升变化最大测点发生在Q3-1#承台顶升时的Q3-1测点，变化量为0.62mm；下降变化最大测点发生在Q2-2#承台顶升时的Q2-1测点，变化量为-0.22mm，桥墩未见异常现象。
        4、桥墩倾斜监测结果：新建承台顶升过程中，桥墩倾斜变化最大测点发生在Q6-1#承台的QX6-1W测点，变化量为0.12‰，顶升施工期间桥墩未见异常现象。
        （二）截桩监测情况
        1、新建承台竖向位移监测结果：截桩过程中，承台竖向位移测点监测数据呈下降趋势，其中变化量最大测点发生在Q2-2承台西南测点，变化量为-0.85mm，之后逐渐趋于稳定，截桩期间承台未见异常现象。
        2、桥墩竖向位移监测结果：截桩过程中，桥墩竖向位移测点监测数据呈下降趋势，其中变化量最大测点发生在Q2-2承台Q2-2测点，变化量为-1.35mm，截桩期间桥墩未见异常现象。
        3.4桩基托换的效果
        桩基托换施工完成后，地铁盾构区间下穿既有桥梁，在下穿施工全过程中，对既有桥梁结构进行了第三方监测。监测项目包括：①桥梁墩台沉降监测（包括纵、横向差异沉降）；②桥梁墩台倾斜监测；③桥梁现场巡视。
        目前地铁16号线首开段已开通运营，万泉河高架桥已完成桩基托换3年多，万泉河高架桥由于地铁下穿扰动桩周土体和桩基托换所产生的结构变形已趋于稳定。监测结果见表3.4。
        表3.4地铁下穿万泉河高架桥监测结果

        4结语
        根据监测结果可知在桩基托换过程中和地铁区间隧道通过既有桥梁后，桥梁的变形安全可靠。由此可见，新建地铁结构与既有桥桩发生冲突时，采用桩基托换技术，可以有效降低地铁施工对既有桥梁的影响，同时配合信息化监测技术指导施工，辅助施工的顺利进行，确保桥梁的正常使用。
        参考文献
        [1]李明.暗挖地铁隧道下穿既有桥梁的大承台托换技术研究[J].铁道建筑.1003—1995(2015)05-0083—03.
        [2]闫保华，曹炜，卢士军等.桥梁顶升技术在地铁近距离下穿桥梁中的应用[J].施工技术.2012(42):42-46.
        [3]王磊，谢春光，孙岩华.盾构隧道下穿既有桥梁动态监测技术研究[J].铁路技术创新.2012.