盾构穿越桥梁的桩基拔除与挡墙重建施工技术

盾构穿越桥梁的桩基拔除与挡墙重建施工技术

摘要：桥梁的盾构施工中，为了减少对施工周边环境的影响，经常有穿越高架道路或者跨河的桩基施工。施工过程中的除桩技术以及挡墙重建技术对桥梁姐偶的稳固性具有十分重要的意义。本文结合工程实例，对盾构穿越桥梁的桩基拔除和挡墙重建技术进行了初步的探讨。

关键词：盾构穿越；桩基拔除；挡墙重建

随着城市交通建设事业在不断地发展，盾构穿越施工技术的应用也越来越广泛，穿越的地层以及周边环境也越来越复杂多样。在实际建筑施工中，经常会有隧道从桩基中穿过或着从桩基的附近穿过等情况，无论是哪一种情况，对桩基的承载性能以及稳定性都有较大的影响。并且，盾构穿越施工对于地层的扰动有很大的影响，给施工质量和地表的沉降控制带来了很大的挑战。如何保证盾构穿越施工的安全、保证盾构隧道的安全运行已成为现代建筑施工中的重要研究课题。国内外的众多专家学者们对盾构穿越施工的不利因素开展了广泛的研究，并提出了一系列的桩基托换及除桩技术。本文借鉴这些理论，对上海某轨道在盾构穿越施工中穿越军垦河桥台挡墙桩施工进行了探讨。

一、工程概况

上海11号线某区间的隧道施工需要穿过军垦河。军垦河的桥台挡墙桩对隧道的施工有一定的影响，因此，在盾构施工前需要将桥台挡墙拆除，拔除原来的挡墙桩，并构建新的挡墙。挡墙的结构为钢筋混凝土结构，挡墙高5米左右，宽约0.8米。挡墙管桩为φ600×28m预制混凝土PHC型管桩，管桩底标高为－26.87米。管桩分为两节桩管桩接头的连接方式采用的是电焊连接，整个盾构穿越区域中共有22根管桩需要拨除。施工段的河道宽度大约是16.5米，桥台前挡墙的底部标高比河的水面要低。改区间的隧道施工采用φ11.58m泥水平衡盾构推进，穿越区的盾构隧道轴线标高为－15.92米，整个推进过程中以全段米按穿越挡墙的桩基。

二、施工方案设计和风险分析

（一）桩基拆除方案设计的优化

既有桩基拆除方法主要可以分为地面除桩法和地层内部的除桩法两种。

1、地面除桩法

地面除桩法可以分为套管开挖法和套头拔桩法，两种除桩方法在施工过程中都需要以切桩工法辅助拔桩。前者的操作比较简单，成本比较低，施工时不需要采用特殊设备，也不需要预先对地层进行加固，对地层的扰动影响比较小。后者的施工速度比较快，作业的空间比较小，通常能够在5米左右的低空间进行施工，且成功率比较大。

2、地层内部除桩法

地层内部的除桩法可以分为三种类型，即盾构直接切除法、盾构内部的人工除桩法以及辅助竖井除桩法。

盾构直接切除法需要在盾构机的刀盘刀头上面安装特殊的刀具，直接切割桩基。该方法不需要人工操作，因此施工过程比较安全，但需要对盾构机进行特殊的改造，因此价格比较昂贵。如果切割不充分，桩基内部的赶紧容易出现接团的现象，造成桩变形，对周围地层的扰动影响比较大，因此，施工前应先对地基进行加固。

盾构内部的人工除桩法施工前应对地基进行加固，以保证掘削面的稳定性，一般在盾构机的压仓内部进行人工除桩。为了保证施工的安全性，采用气压辅助施工，以防止掘削面塌落引起安全事故。

辅助竖井除桩法需要在地下水位比较高的区域进行施工，施工难度比较大，并且对技术及设备的要求比较高，开挖费用也相对较高。

由于施工区域内的地下水位比较高，且地质条件较差，浅层土的承载力比较低，施工前应先进行地基加固。综合环境因素并比较上述几种方法，改工程的除桩施工可以采用地表拔除法即选择套管开挖法，并且根据实地情况对局部进行优化。具体的优化方案是：先整体地打设钢套管，并利用高压水机对空气进行压缩，减少冲孔摩擦，同时以整体拔桩操作代替原来的切桩操作，以减少套管内切桩的复杂工序。拔出的桩体还可以回收利用，减少了材料的浪费。

（二）挡墙重建方案的优化

挡墙重建的施工方案主要有两种，一种是“L”型桥挡墙和灌注桩基础结合施工，另一中是“L”型桥挡墙和旋喷桩加固结合施工。前者的挡墙基础主要采用的是三排φ600的钻孔灌注桩，桩长约8.6米，在距区间隧道1.6米范围以内进行注浆加固。设置的挡墙承板高度为5.3米，宽约6米，挡墙结构主要采用的是厚度为800mm的现浇混凝土结构。这种方法构建的挡墙的承载能力比较高，并且施工工艺比较简单，但成本比较高，并且该方法要求桩底区域的注浆加固范围要精确，如果对施工的控制不好，很容易对土层扰动影响较大，导致开挖面不稳定。

后一种方法的施工加固范围主要集中在挡墙的承板下以及穿越河道的部分，加固方法采用旋喷桩满堂加固法，板下的加固厚度约为4米，跨河的部分加固厚度约为2米，旋喷桩的桩径为800毫米左右，水泥的掺量为25％。挡墙载板的宽度为6米，挡墙的高约5.3米，混凝土结构的厚度均为800毫米。该方案的工程造价相对较低，对土层的扰动较小。但该方法重建的挡墙对车厢位移的抵抗能力不够好，整体稳定性也还有待进一步的提高。

综合上述两种方法，第二种方法的工程造价较低，并且对土层的扰动影响较小，选择第二种方法进行施工。

三、主要的施工工艺

（一）围堰施工

由于挡墙的底部标高比河面水位的标高低，为了确保基坑开挖的顺利进行，避免对河水的污染，拔除桩基前应进行围堰施工。围堰结构采用的是Ⅳ号的拉森钢板桩，板桩的顶部标高为+2.8米，桩长为9米，以双排桩形成堤坝，堤坝宽3米。在桩的下部1米左右的位置设置槽钢围檩，并用刚拉杆将桩连接起来，拉杆的中心标高为+1.5米左右，坝体应采用袋装粘土回填。

（二）钢套管的打设与桩基拔除

钢套管应采用长为29米，φ820的钢套管，并将其焊接成型，同时利用悬挂震动锤对桩体进行整根打设。同时，为了防止打设过程中钢套管的底部受到硬物的挤压而损坏，应对钢套管的底部采取十字钢板进行加固。钢板打设完成以后，应使用高压水枪喷射桩体和套管之间的土体，将土体液化，并使桩体减摩，再用吊车将桩体吊出，用泥浆泵将泥水抽干，并清理桩孔。

（三）桩孔填充

为了减少桩周围的土体的沉降和位移，防止河水流过桩孔的空隙时渗漏到盾构开挖区，减弱开挖面的稳定性，因此，桩孔填充时必须保证回填土体的密实度和强度。在钢套管中灌入填充材料以后，还应用震动锤将填充材料鼓捣密实，加入填充材料补充下降部分，再进行鼓捣，如此循环几次直到填充材料的密实度达到要求为止。完成填充以后，便震动边缓慢地拔起钢套管，注意拔起的速度不能大于5cm/min，当拔出50cm左右时，将套管插回，连续重复两次之后全部拔出。

四、总结及建议

针对上述工程，经过综合比对以后发现，采用套管拔除法并以水压减摩辅助

拔桩可以有效地减少对土层的扰动，并且施工工序比较简单，拔出的桩体还可以回收利用，可以提高工程的经济效益。同时，采用旋喷桩法进行满堂加固，工程造价也比较低，对开挖区的土层扰动影响也比较小，且挡墙具有较好的抵抗侧向位移的能力。并且，合理的挡墙结构大大提高其刚度，绕曲变形的情况比较少。由于墙背侧的土体会受到挡墙的挤压，可能会出现局部隆起的情况，施工时应注意控制旋喷加固的质量，且应减少桥台板的回弹和上浮，以防止土体损坏。

参考文献：

[1] 王开杨.盾构穿越既有铁路施工技术探讨[J].中国新技术新产品,2010,(15):109-110.

[2] 肖广良.盾构在软土地层穿越既有铁路施工技术[B].隧道建设,2008,28(3)：324-329.

[3] 邓美龙,黄常波,李钟等.盾构穿越铁路安全施工技术[B].建筑技术,2009,40(11):984-985.

[4] 马忠政,马险峰,徐前卫等.盾构穿越桥梁桩基的托换及除桩施工技术研究[A].地下空间与工程学报,2010,6(1):105-111.

[5] 徐前卫,张燕霞,马险峰等.托换及除桩技术在盾构穿越桥梁桩基工程中的应[B].建筑技术,2010,41(3):211-214.