地鐵車站結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中的已有結(jié)構(gòu)物變形控制技術(shù)摘要:介紹廣州市軌道交通三號線客村站轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換施工中控制已有結(jié)構(gòu)變形的技術(shù)措施,說明在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中變形控制是整個結(jié)構(gòu)托換中的關(guān)鍵問題。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換;變形控制1前言 城市軌道交通因具有運量大、快速、正點、低能耗、少污染、乘坐舒適方便等優(yōu)點,被稱為“綠色交通”,但城市軌道交通只有在形成基本網(wǎng)絡(luò)的情況下才能充分發(fā)揮其應有的功效。因此在路網(wǎng)的交叉點和各線路車站之間必須設(shè)置相互聯(lián)通的換乘設(shè)施,這種相互連通的換乘設(shè)施就是所謂的轉(zhuǎn)換層。通常情況下轉(zhuǎn)換層是在前一條線路施工時就一起施工完成并預留了與交叉路網(wǎng)的接口部分,但如果受線路總體調(diào)整和周邊環(huán)境的限制,將可能導致轉(zhuǎn)換層的重新施作,而重新施作轉(zhuǎn)換層中往往需首先進行荷載轉(zhuǎn)移,也稱為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,必須解決承載力和變形控制兩方面的問題,而變形控制尤為關(guān)鍵。本文通過廣州市軌道交通三號線客村站轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中變形控制實例,闡述變形控制在整個結(jié)構(gòu)托換中的若干關(guān)鍵問題。2工程概況 廣州市軌道交通三號線客村站是廣州市軌道交通網(wǎng)中二號線與三號線的換乘車站,設(shè)計為地下4層車站,總體呈南北走向,與軌道交通二號線客村站呈十字交叉狀。二號線客村站為地下2層車站,施工時在車站結(jié)構(gòu)以下部位預留了與三號線的換乘轉(zhuǎn)換平臺(原轉(zhuǎn)換層),長18m,寬19.1m,凈高4.1m,底板厚1.2m,底縱梁下翻1.4m。 受車站型式布置的影響,為使二、三號線換乘客流順暢,三號線施工時要將已施工的二、三號線原轉(zhuǎn)換層底板全部鑿除,重新施作二、三號線換乘轉(zhuǎn)換平臺(位于三號線負3層位置)。又由于三號線線路的調(diào)整和車站站臺的控制,造成二號線在節(jié)點段的中柱與三號線的中柱發(fā)生錯位(兩柱中心相距1.25m);為了將二號線中柱的荷載轉(zhuǎn)移到三號線中柱上,必須在現(xiàn)二、三號線轉(zhuǎn)換層進行荷載轉(zhuǎn)移(結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換),在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換完成后,重新施作新的轉(zhuǎn)換層。本工程的特點是施工場地狹小,材料運輸困難,工期緊,對既有的二號線變形控制要求相當高。3結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式的確定 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式通常有板式、梁板式、梁式、拱式、桁架式等,其中梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)合理、受力明確、可靠、造價較低、布置靈活、施工方便等優(yōu)點,可以通過結(jié)構(gòu)柱在柱上設(shè)置大梁直接進行結(jié)構(gòu)托換,且在托換結(jié)構(gòu)體系完工后進行原柱與底板的分離也較方便,易于施工,符合本工程的施工條件,因此本工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換選擇梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。為保證承載力的要求,樁型采用質(zhì)量較有保證的人工挖孔樁,樁身采用鋼筋混凝土型鋼柱。 整個結(jié)構(gòu)托換的主要施工工序為:首先在三號線新柱位進行人工挖孔樁及三號線型鋼柱的施工,再在型鋼柱進行轉(zhuǎn)換大梁施工,最后截斷節(jié)點段中柱,將二號線中柱荷載通過轉(zhuǎn)換大梁轉(zhuǎn)移到三號線中柱上。人工挖孔樁進入三號線底板以下8.1m(中風化巖)或9.6m(強風化巖)處,在轉(zhuǎn)換層底板和轉(zhuǎn)換層底縱梁以上采用邊長1.0m的方樁,在轉(zhuǎn)換層底板和轉(zhuǎn)換層底縱梁附近擴大為f1.5m圓孔,在端頭附近擴大為f3.0m圓孔。型鋼柱采用2I50C工字鋼,混凝土強度等級為C45;轉(zhuǎn)換大梁長度為10.6m,結(jié)構(gòu)采取變截面,尺寸為(1200~1400)×3000,轉(zhuǎn)換梁與老柱采用植筋、齒槽和粘結(jié)劑并以水平預應力索箍抱緊進行連接。節(jié)點托換施工圖如圖1所示。
4施工中的變形控制技術(shù)措施 對已建建筑物進行基礎(chǔ)托換和轉(zhuǎn)換層施工時,上部結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一定程度的不均勻沉降,又由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下具有徐變性,托換結(jié)構(gòu)既要考慮原建筑物荷載轉(zhuǎn)移到托換結(jié)構(gòu)階段產(chǎn)生的短期變形,又必須考慮托換完成后使用階段的長期變形,因此整個托換結(jié)構(gòu)的施工重點在于被托換工程建筑物的沉降變形控制方面。托換后的建筑物沉降變形容許值見表1。 在整個結(jié)構(gòu)托換施工過程中,為控制被托換工程建筑物的沉降變形,除按設(shè)計要求采取人工鑿除混凝土、人工 挖孔樁對角施工等外,我們主要采取了以下技術(shù)處理措施以確保被托換工程建筑物的沉降變形得到有效控制。 ⑴對被托換柱進行臨時支撐加固 由于施工新的三號線中柱時,必須對新柱部位的原轉(zhuǎn)換層底板和底縱梁進行鑿除,造成其結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的破壞,為了控制上部結(jié)構(gòu)的變形,必須對被托換柱進行臨時支撐加固。每條被托換柱采用4條臨時支撐加固,臨時支撐采用2Ⅰ36C工字鋼焊接組合,為使支撐能緊貼二號線底板,在整個施工過程中必須對支撐施加預應力,預應力張拉并非一個單純的自由反拱過程,而是一個復雜條件下的微變形反拱過程,同時也是一個被托換樁基向轉(zhuǎn)換樁基轉(zhuǎn)移部分荷載的過程,因此臨時支撐必須一直貫穿于整個托換施工過程。 ⑵轉(zhuǎn)換層的降水處理 根據(jù)設(shè)計文件的要求,施工前必須打設(shè)降水孔進行降水,防止積水對基坑的浸泡超成基巖軟化,使樁基承載力降低。根據(jù)地質(zhì)勘察資料,在轉(zhuǎn)換層以下巖層為強風化和中等風化帶,雖然巖層中含有基巖裂隙水,但基巖為泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié),風化裂隙和構(gòu)造裂隙不甚發(fā)育,且距離補給源珠江水較遠,基巖裂隙水的賦存和運動條件差,含水量較小,滲透系數(shù)僅為0.013~0.037md,屬弱透水層,因此我們認為人工挖孔樁施工過程實際上也是一個降水過程,及時排除人工挖孔樁孔內(nèi)的積水,可保證樁基承載力不會減小,因此取消了降水孔降水,而采用人工挖孔樁間接降水。 ⑶托換樁的沉降量控制 雖然人工挖孔樁的樁底較易清理,質(zhì)量較易保證,但考慮到若樁的沉降量控制不好,整個被托換工程建筑物的沉降變形將難以控制,因此在樁底預埋2根注漿管,在嚴格控制孔底巖層和孔底沉渣的基礎(chǔ)上,待樁身終凝后對樁底可能存在的少量沉渣作補救性壓漿。 ⑷托換結(jié)構(gòu)的新舊混凝土的聯(lián)接處理 新舊混凝土聯(lián)接處理的好壞,直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)托換的成敗,為確保被托換柱與轉(zhuǎn)換梁的新舊混凝土結(jié)合緊密,首先在被托換柱與轉(zhuǎn)換梁交接的柱體表面設(shè)置齒槽,齒槽為倒梯形凹槽,深35mm,底寬35mm,面寬105mm,間距105mm,通過人工開鑿,開鑿時將柱上的混凝土棱角打掉,并將二號線底板與轉(zhuǎn)換梁結(jié)合面進行鑿毛。其次在界面四周增設(shè)箍筋并用TN粘結(jié)劑對被托換柱和轉(zhuǎn)換梁頂及二號線底板進行植筋以加強聯(lián)接。最后在澆筑新混凝土前45min內(nèi)在界面噴涂以環(huán)氧為主劑的LB界面處理劑。為保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)合面的粘接,混凝土澆筑均在夜間進行,且在澆筑過程中對轉(zhuǎn)換梁上方實行交通封閉,待轉(zhuǎn)換梁澆筑完成并達到一定強度后方可恢復地面交通。 ⑸轉(zhuǎn)換梁頂?shù)目斩刺幚?由于轉(zhuǎn)換梁與二號線底板相接,雖然施工中采取了結(jié)合面鑿毛等措施,但由于結(jié)構(gòu)所處的特殊位置等原因,造成梁頂新舊混凝土聯(lián)接處出現(xiàn)較嚴重的空洞和裂縫缺陷。采取的處理方法是首先通過預埋的管道注入水泥砂漿(1∶0.5~1∶1)充塞空洞,最后將環(huán)氧樹脂通過一定壓力注入混凝土裂縫中,經(jīng)滲透、固化達到修補裂縫的目的。 ⑹托換基礎(chǔ)與建筑物分離的施工按設(shè)計文件要求,在托換結(jié)構(gòu)施工完成后,必須將原轉(zhuǎn)換層柱與建筑物進行分離,將二號線中柱的荷載轉(zhuǎn)移到三號線中柱上,原轉(zhuǎn)換層柱與建筑物進行分離是對整個托換結(jié)構(gòu)的決定性考驗,分離過程必須進行嚴格監(jiān)控,并制定了相應的報警值,即:柱位沉降差<8mm,轉(zhuǎn)換梁撓度值<5mm。在分離過程中對柱逐根進行截斷,先鑿除鋼筋保護層再截斷鋼筋。5信息化施工 信息化施工已成為建筑施工中的重要組成部分,通過對施工狀況的監(jiān)測取得監(jiān)測數(shù)據(jù),及時進行整理和分析,并對監(jiān)測結(jié)果進行回歸分析,預測結(jié)構(gòu)的安全狀況,以信息反饋的形式來指導施工,改進施工方案,采取必要的技術(shù)措施以確保施工安全。 針對本次結(jié)構(gòu)托換的施工特點和二號線客村站的結(jié)構(gòu)特點,認為結(jié)構(gòu)沉降及平面變形為主要觀測項目,在二號線站廳層、站臺層、轉(zhuǎn)換層分別布置了監(jiān)測點。其中轉(zhuǎn)換層監(jiān)測點布置在4條被托換柱、轉(zhuǎn)換層底板、轉(zhuǎn)換層側(cè)墻、二號線底板(縱梁)底上;二號線站廳層、站臺層監(jiān)測點分別布置在的底(中)板及柱位上,監(jiān)測點共布置約50個,在施工期間每天監(jiān)測一次。在被托換柱與建筑物分離時,在轉(zhuǎn)換梁上進行了應變監(jiān)測。6結(jié)語 6.1結(jié)構(gòu)托換完成后,最大沉降量僅為7mm,說明施工過程中采取的技術(shù)措施是有效的,既保證了托換樁的質(zhì)量,又有效地控制了建筑物的變形,變形控制成為托換工程中的關(guān)鍵問題。 6.2二號線、三號線首通段開通至今,轉(zhuǎn)換層未發(fā)生沉降和裂縫,說明結(jié)構(gòu)托換是成功的。 6.3人工挖孔樁在地質(zhì)條件允許的條件下,應用于工作面小、材料運輸困難的托換工程中,較其它樁型更具有明顯的優(yōu)勢。6.4必須加強監(jiān)控量測在施工中的力度,通過監(jiān)測反饋的信息來指導施工。 6.5本文介紹的方法對同類問題的工程實施有著積極的借鑒意義。參考文獻[1]夏明耀,曾進倫.地下工程設(shè)計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999[2]GB50157-92地下鐵道設(shè)計規(guī)范[S][3]GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S][4]GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]
4施工中的變形控制技術(shù)措施 對已建建筑物進行基礎(chǔ)托換和轉(zhuǎn)換層施工時,上部結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一定程度的不均勻沉降,又由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下具有徐變性,托換結(jié)構(gòu)既要考慮原建筑物荷載轉(zhuǎn)移到托換結(jié)構(gòu)階段產(chǎn)生的短期變形,又必須考慮托換完成后使用階段的長期變形,因此整個托換結(jié)構(gòu)的施工重點在于被托換工程建筑物的沉降變形控制方面。托換后的建筑物沉降變形容許值見表1。 在整個結(jié)構(gòu)托換施工過程中,為控制被托換工程建筑物的沉降變形,除按設(shè)計要求采取人工鑿除混凝土、人工 挖孔樁對角施工等外,我們主要采取了以下技術(shù)處理措施以確保被托換工程建筑物的沉降變形得到有效控制。 ⑴對被托換柱進行臨時支撐加固 由于施工新的三號線中柱時,必須對新柱部位的原轉(zhuǎn)換層底板和底縱梁進行鑿除,造成其結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的破壞,為了控制上部結(jié)構(gòu)的變形,必須對被托換柱進行臨時支撐加固。每條被托換柱采用4條臨時支撐加固,臨時支撐采用2Ⅰ36C工字鋼焊接組合,為使支撐能緊貼二號線底板,在整個施工過程中必須對支撐施加預應力,預應力張拉并非一個單純的自由反拱過程,而是一個復雜條件下的微變形反拱過程,同時也是一個被托換樁基向轉(zhuǎn)換樁基轉(zhuǎn)移部分荷載的過程,因此臨時支撐必須一直貫穿于整個托換施工過程。 ⑵轉(zhuǎn)換層的降水處理 根據(jù)設(shè)計文件的要求,施工前必須打設(shè)降水孔進行降水,防止積水對基坑的浸泡超成基巖軟化,使樁基承載力降低。根據(jù)地質(zhì)勘察資料,在轉(zhuǎn)換層以下巖層為強風化和中等風化帶,雖然巖層中含有基巖裂隙水,但基巖為泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié),風化裂隙和構(gòu)造裂隙不甚發(fā)育,且距離補給源珠江水較遠,基巖裂隙水的賦存和運動條件差,含水量較小,滲透系數(shù)僅為0.013~0.037md,屬弱透水層,因此我們認為人工挖孔樁施工過程實際上也是一個降水過程,及時排除人工挖孔樁孔內(nèi)的積水,可保證樁基承載力不會減小,因此取消了降水孔降水,而采用人工挖孔樁間接降水。 ⑶托換樁的沉降量控制 雖然人工挖孔樁的樁底較易清理,質(zhì)量較易保證,但考慮到若樁的沉降量控制不好,整個被托換工程建筑物的沉降變形將難以控制,因此在樁底預埋2根注漿管,在嚴格控制孔底巖層和孔底沉渣的基礎(chǔ)上,待樁身終凝后對樁底可能存在的少量沉渣作補救性壓漿。 ⑷托換結(jié)構(gòu)的新舊混凝土的聯(lián)接處理 新舊混凝土聯(lián)接處理的好壞,直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)托換的成敗,為確保被托換柱與轉(zhuǎn)換梁的新舊混凝土結(jié)合緊密,首先在被托換柱與轉(zhuǎn)換梁交接的柱體表面設(shè)置齒槽,齒槽為倒梯形凹槽,深35mm,底寬35mm,面寬105mm,間距105mm,通過人工開鑿,開鑿時將柱上的混凝土棱角打掉,并將二號線底板與轉(zhuǎn)換梁結(jié)合面進行鑿毛。其次在界面四周增設(shè)箍筋并用TN粘結(jié)劑對被托換柱和轉(zhuǎn)換梁頂及二號線底板進行植筋以加強聯(lián)接。最后在澆筑新混凝土前45min內(nèi)在界面噴涂以環(huán)氧為主劑的LB界面處理劑。為保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)合面的粘接,混凝土澆筑均在夜間進行,且在澆筑過程中對轉(zhuǎn)換梁上方實行交通封閉,待轉(zhuǎn)換梁澆筑完成并達到一定強度后方可恢復地面交通。 ⑸轉(zhuǎn)換梁頂?shù)目斩刺幚?由于轉(zhuǎn)換梁與二號線底板相接,雖然施工中采取了結(jié)合面鑿毛等措施,但由于結(jié)構(gòu)所處的特殊位置等原因,造成梁頂新舊混凝土聯(lián)接處出現(xiàn)較嚴重的空洞和裂縫缺陷。采取的處理方法是首先通過預埋的管道注入水泥砂漿(1∶0.5~1∶1)充塞空洞,最后將環(huán)氧樹脂通過一定壓力注入混凝土裂縫中,經(jīng)滲透、固化達到修補裂縫的目的。 ⑹托換基礎(chǔ)與建筑物分離的施工按設(shè)計文件要求,在托換結(jié)構(gòu)施工完成后,必須將原轉(zhuǎn)換層柱與建筑物進行分離,將二號線中柱的荷載轉(zhuǎn)移到三號線中柱上,原轉(zhuǎn)換層柱與建筑物進行分離是對整個托換結(jié)構(gòu)的決定性考驗,分離過程必須進行嚴格監(jiān)控,并制定了相應的報警值,即:柱位沉降差<8mm,轉(zhuǎn)換梁撓度值<5mm。在分離過程中對柱逐根進行截斷,先鑿除鋼筋保護層再截斷鋼筋。5信息化施工 信息化施工已成為建筑施工中的重要組成部分,通過對施工狀況的監(jiān)測取得監(jiān)測數(shù)據(jù),及時進行整理和分析,并對監(jiān)測結(jié)果進行回歸分析,預測結(jié)構(gòu)的安全狀況,以信息反饋的形式來指導施工,改進施工方案,采取必要的技術(shù)措施以確保施工安全。 針對本次結(jié)構(gòu)托換的施工特點和二號線客村站的結(jié)構(gòu)特點,認為結(jié)構(gòu)沉降及平面變形為主要觀測項目,在二號線站廳層、站臺層、轉(zhuǎn)換層分別布置了監(jiān)測點。其中轉(zhuǎn)換層監(jiān)測點布置在4條被托換柱、轉(zhuǎn)換層底板、轉(zhuǎn)換層側(cè)墻、二號線底板(縱梁)底上;二號線站廳層、站臺層監(jiān)測點分別布置在的底(中)板及柱位上,監(jiān)測點共布置約50個,在施工期間每天監(jiān)測一次。在被托換柱與建筑物分離時,在轉(zhuǎn)換梁上進行了應變監(jiān)測。6結(jié)語 6.1結(jié)構(gòu)托換完成后,最大沉降量僅為7mm,說明施工過程中采取的技術(shù)措施是有效的,既保證了托換樁的質(zhì)量,又有效地控制了建筑物的變形,變形控制成為托換工程中的關(guān)鍵問題。 6.2二號線、三號線首通段開通至今,轉(zhuǎn)換層未發(fā)生沉降和裂縫,說明結(jié)構(gòu)托換是成功的。 6.3人工挖孔樁在地質(zhì)條件允許的條件下,應用于工作面小、材料運輸困難的托換工程中,較其它樁型更具有明顯的優(yōu)勢。6.4必須加強監(jiān)控量測在施工中的力度,通過監(jiān)測反饋的信息來指導施工。 6.5本文介紹的方法對同類問題的工程實施有著積極的借鑒意義。參考文獻[1]夏明耀,曾進倫.地下工程設(shè)計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999[2]GB50157-92地下鐵道設(shè)計規(guī)范[S][3]GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S][4]GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]
