套管法拔桩施工对邻近箱涵的影响分析

在地铁施工中难免遇到侵入开挖限界的桩基础,一般的处理方法多是对其进行拔除,但在施工过程中必须将对周围管线和建筑的影响降低到最低限度。结合上海软土地层中的一个拔桩工程实例,通过实测数据分析后认为,采用套管法拔桩对邻近箱涵的沉降影响在允许范围之内。其经验可供类似工程借鉴。

城市地铁选线的一个重要原则就是其走向尽量沿城市主干道,以避开高层建筑的桩基。但由于城内建筑物林立、河道纵横、主干道上桥梁众多,在地铁隧道盾构推进施工中,难免遇到中高层建筑、防汛墙和桥梁的桩基侵入隧道开挖限界的情况。为使盾构顺利推进.就需要将这些侵入限界的桩拔除[1]。

拔桩施工最重要的是破除桩周的摩阻力,主要为切断桩基与外界土体的联系,减少拔桩力。此施工多采用套管法。一般套管打设主要采用钻进套取法和冲击成孔法。对于上海所特有的淤泥质地层,多采用振动锤进行冲击成孔,破除桩基周围土体的包裹,随后采用油压千斤顶将桩体在预定位置拔断。

在桩体拔出过程中,难免对于周边的土体产生扰动,甚至会威胁到一些重要建筑物的安全。由于原桩基施工质量存在着差异,因此拔桩施工存在着相当大的不确定性。必须加强施工中对周围环境的监测,并根据监测结果调整施工参数,保证周边结构物的安全。

本文主要介绍拔出护管桥桩基的一个工程实例。施工过程中对邻近桩基的一重要箱涵———原水管渠进行了监测,通过监测数据分析了拔桩过程对箱涵的影响。

1工程概况

上海轨道交通线6号线双圆盾构某区间隧道,在两条城市主干道交叉口的一个重要箱涵下方穿越[1]。此箱涵为宽9.6m、高3.14m的3孔无压过水箱涵,每25m设一个伸缩缝。为保护此箱涵安全,原主干道上已构筑了护管桥(见图1)。护管桥基础为两排800mm的钻孔灌注桩,桩深36m,两排桥桩与隧道轴线夹角为83°。盾构穿越断面每排各有5根灌注桩侵入隧道限界。为此在盾构掘进前需对10根桥桩进行拔除施工,以确保盾构施工的正常进行。桩体边线距离箱涵边线为5.065m,10根待拔桩的具体位置及编号参见文献[1]的图1。

上海软土地层中的拔桩施工应极其小心,若稍有不慎,很容易引起塌孔,将直接导致周围管线大幅度沉降。

2拔桩施工过程

护管桥的Φ800mm钻孔灌注桩长36m,桩上部14m主筋为8Φ20mm8Φ16mm,桩中部10m主筋为8Φ16mm,底部约1/3桩长范围没有配筋。综合以上桩体情况、隧道和箱涵的埋深,考虑仅破除地面至隧道下方2m范围内的钻孔灌注桩桩体。

计算表明,桩体自重力约为450kN,整个桩侧摩阻力约为2714kN;因此确定桩上拔力约为3164kN。采用2台2000kN的千斤顶将桩进行拔断。

剩余部分桩的摩阻力约为1582kN;变截面处桩的抗拉强度为997.2kN。可以看出剩余部分桩的摩阻力大于桩本身能够承受的拉力,因此在钢筋用量变换的部位桩很易拔断,剩余的桩采用人工凿除到盾构底部2m的位置。

考虑到拔桩施工中极易出现坍孔现象,故选用Φ1.2m的钢套管进行护壁。钢套管打入到桩截断位置下方4m左右,为此选用长度为22m的钢套管。

拔桩的主要施工步骤如下:①采用150t吊车和120kW振动锤打下钢套管;②钢套管下沉到位之后,用高压水破坏管内土体,使桩周边土体形成泥水后溢出,土体清理干净后抽干钢套管内的泥水;③在套管内插入注浆管注浆加固管底土体,确保管底稳定;④凿出灌注桩桩顶主筋,焊接反力架;⑤利用2台2000kN千斤顶进行强制拔桩,一旦灌注桩体在千斤顶作用下出现完全断裂,则改用吊车吊除;⑥将钢套管内的泥浆和水吸出,将搅拌均匀的水泥、粉煤灰等填充材料填入钢套管内;⑦填充结束后,采用吊车配备振动锤拔除钢套管。

3对箱涵的保护措施及影响分析

根据相关的会议及管理规范,本箱涵的沉降报警值定为绝对沉降5mm,伸缩缝间相对沉降为2.5mm。拔桩施工过程中极易引起对周围土体的扰动,对箱涵的保护任务非常艰巨。为此,在施工前必须制定完善的相关措施,具体如下:①钢套管必须保证通长一次打入,不能中间停顿,套管侧壁涂抹润滑油;②高压水枪清理桩侧土时必须干净彻底;③桩底必须严密注浆,增加局部的摩擦力,若遇中间断桩情况则采用人工方法全部凿除。

拔桩施工先从箱涵西侧开始,钻孔桩桩号依次为西1#,西5#,西3#,西4#,西2#。东侧依次被拔除的钻孔桩桩号为东1#,东4#,东3#,东5#,东2#(桩号排列见文献[1])。整个拔除施工较为顺利,拔除的桩体最长为14m;其余部分采用人工凿除。

施工过程中对箱涵进行了严密的监测,在打设第一根钢套管前将箱涵上方相关部分土清除,寻找到伸缩缝位置,并在箱涵顶上布置了12个测点(箱涵测点布置图见文献[1])。拔桩施工后各测点最终沉降汇总于表1。

从表1不难看出,桩体拔除对于箱涵的影响是不大的,最大累计沉降量仅为0.85mm。其中箱涵伸缩缝两侧的ZYS8、ZYS9点之间的差异沉降量仅为0.5mm,说明在打设钢套管和拔桩过程中对周围的土体扰动是很小的。

4结语

本施工作业表明,采用套管法拔桩是十分有效的;监测数据表明对于相距仅5m的大型箱涵的影响是在相关规定的允许范围之内的。本拔桩施工的成功经验完全可以在类似的工程中作为借鉴。