CN110670615A - 一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，包括以下步骤：步骤(1)围护结构施工；步骤(2)桩基托换保护系统；步骤(3)受限空间桩基托换；步骤(4)大体积预应力托换；步骤(5)桩基托换应力转换；步骤(6)绿色施工技术。研究地铁绿色建造技术能探索出相关地铁施工过程中的节能以及环保的相关技术，为日后相关的工程提供宝贵的经验，对气候条件类似地区地铁建造技术具有指导意义。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通施工领域，涉及受限空间工况下的桩基托换技术，具体涉及一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法。
背景技术
为拓展城市地下空间，构建多维度、立体化的城市地下快速通道交通网络已成为缓解都市核心区交通运输压力的重要途径，地铁作为地下交通最主要的形式之一，其施工空间具有空间狭小、施工难度大、资源与能源消耗大、对城市环境产生污染大等特点。因此，提高地下空间施工的速度和质量、保护地下环境是具有十分重要的现实意义的。
受限空间进出口受限，容易导致通风不良等问题，可能会存在易燃易爆、有害有毒的物质堆积以及缺氧的现象发生，地铁施工空间作为典型的受限空间，在施工过程中保证人员的安全是至关重要的。
绿色施工一般包括有施工单位组织和规划、施工地点综合管理、施工废料处理以及污染控制等方面。在这之中污染控制的主要内容有：噪声污染、水污染以及光污染等内容。绿色施工不仅要确保工程建设的效率和质量，也要降低能源的消耗率以及改善周围生态环境。
桩基托换通过新建桩基和托换结构，将既桩基承受的上部荷载有效地转移到新托换结构及新建桩基上，在地下工程的建设实施中，地铁线位与现况运营桥梁桩基发生冲突的情况时有发生，桩基托换技术是解决此类工程问题的处理方案之一。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，适用于在受限空间中开展桩基托换施工，具体的，适用于地铁线路与立交桥桩基冲突、不影响周围环境的情况下施工。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，包括以下步骤：
步骤(1)：围护结构施工，围护结构施工是托换体系施工的前提，本方法提出采用咬合桩外加止水帷幕方式代替原设计地下连续墙，将咬合桩使用冲击钻机成孔，素混凝土桩与钢筋混凝土钻孔桩相互咬合，在基坑外侧桩墙结合处使用wss注浆的方式以达到止水的要求。对低净空围护结构施工工艺优化，控制成桩质量，以实验形式确定止水方式。
步骤(2)桩基托换保护系统：桩基托换前期施工即需把既有承台挖出植筋，为保证施工过程及托换过程中匝道桥不会因沉降过大造成损伤，在匝道桥桥面下架设了6榀长型钢梁，型钢梁基础为满堂扣件脚手架，保证既有桥梁安全性。
步骤(3)受限空间桩基托换，通过将桩基侵入车站主体，采用4根预应力混凝土梁对原有桥墩桩基进行托换，切除既有桩基。
步骤(4)大体积预应力托换，桩基托换工程设4钻孔桩分布在围护结构南北两侧，中间施做预应力混凝土梁，完全包裹原有桥梁承台，同时将托换桩桩头凿除到相应标高，在桩头浇筑前设置千斤顶，预留后浇段。浇筑托换梁前，将既有匝道桥承台、桩等被新做托换梁包裹部分进行凿毛植筋处理，浇筑托换梁。严格掌控新旧桩基接触面施工，保证新施工托换梁施工质量。
步骤(5)桩基托换应力转换，托换梁混凝土达到强度后，每根托换桩顶提前对称放置2台千斤顶，利用千斤顶施加顶升反力，待托换桩基沉降稳定后再将顶升反力卸载至拟截断障碍桩的桩身受力等于零的状态。千斤顶顶升时，八台千斤顶同时同步进行顶升作业。在新做托换梁底部以下0.5m位置，按水平方向锯断墩柱钢筋及混凝土，先环向锯断墩柱钢筋，然后逐步锯核心混凝土。随着主体基坑开挖，依序将原有障碍桩一一凿除。
步骤(6)绿色施工技术：绿色施工技术贯穿于整个绿色建筑体系，产生的泥浆均采用吸污车进行抽排外运集中处理，设备清洗、场地清洁产生的废水均通过三级沉淀池排放至具有排水能力的市政雨水井；在噪声方面，施工现场对噪声进行监测，特别是在夜间，声贝超过要求时停止施工；在结构检测方面，施工所用钢筋原材、连接方式、混凝土强度均满足设计要求。
所述步骤(1)围护结构施工技术详情如附图1所示，具体步骤如下：
对于地铁站站主体结构下穿立交桥所形成的受限空间，桥底距现有地面较低，受桥下净空限制，对于有地连墙的工况，一般不便于采用常规的槽机施工，若采取钻孔桩机成槽、分段下放地连墙钢筋笼施工方案，钢筋笼吊装连接困难，施工风险较高，易塌孔，不宜实施，因此采用了采用咬合桩外加止水帷幕方式代替原设计地下连续墙，由于地质原因，采用wss注浆方式进行桩外止水。
常规的旋挖钻不满足低净空施工环境，本方法咬合桩使用冲击钻机成孔的方式进行，对低净空围护结构施工工艺优化，控制成桩质量，以实验形式确定止水方式。
所述步骤(2)桩基托换保护系统示意图如附图2所示，具体步骤如下：
1)建立既有桥梁结构沉降及变形监测系统
2)对地下连续墙及冠梁进行托换
3)采用桩基后圧浆技术对新桩与基坑围护桩进行托换
4)对于桥墩除既有线桥横梁下采用临时钢架支撑，并安装千斤顶。
所述步骤(3)对处于受限空间实行桩基托换技术，施工示意图如附图3所示，主要步骤如下。
1)桩基托换基坑开挖，开挖植托换梁地下1-2m。
2)将桥墩位于托换梁范围内的承台、桩基及桥墩表面进行凿毛、凿毛采用采用锯齿形凿毛。
3)对既有承台、墩柱和桩基凿毛区域进行植筋。
4)涂刷环氧乳液水泥浆进行界面处理。
所述步骤(4)大体积预应力托换技术，具体施工示意图如附图4所示，具体步骤如下。
1)绑扎托换梁和桩基先浇段的钢筋，并在千斤顶和钢支垫位置预埋钢板。
2)在托换梁两端基坑位置搭设支架、立模版
3)浇筑托换梁和桩基先浇段混凝土
4)在托换桩和托换了支架安装千斤顶，并进行安装调试
5)建立托换体系应力应变及位移监测系统
6)分批张拉托换了预应力钢束、对于千斤顶进行分级加载、顶升，对托换桩施压，加载至设计荷载且变形稳定后，锁定千斤顶的自锁。
所述步骤(5)桩基托换应力转换，具体施工示意图如附图5所示，具体步骤如下。
1)在千斤顶设置好后，放置钢立柱，完成荷载由旧桩向新桩的转换。
2)截除旧桩，将千斤顶逐步卸载回零。
3)焊接桩顶和相应的托梁预埋钢筋，采用C50微膨胀混凝土浇筑梁底和桩顶的顶升空间，完成托换梁和托换桩的刚性连接。
4)除托换梁中部梁底已施做的防水区域外，对进行托换梁其余部分的外包进行防水施工。
5)继续进行主体坑基的协调施工，完成后拆除钢支架。
6)建立后期的检测体系直至车站主体施工完成。
所述步骤(6)为绿色施工技术，具体内容如附图6所示，主要步骤如下所示。
1)PM2.5绿色施工控制技术，通过结合现场颗粒物浓度检测，分析比较地铁绿色施工中防尘的技术手段，研究无尘化管理的适宜性技术和方法，主要可以分为挡风抑尘技术、喷洒防尘技术以及新型环保装置三个部分。
2)噪声绿色施工控制技术，结合对现场的噪声检测，对施工过程中噪声形成的原理进行判别分析，研究针对性的解决方案。在定位噪声源后，分别对高频和低频噪声进行降噪。
3)施工废弃物的减量控制技术，地铁施工中应制定针对性的施工现场废弃物控制方案，一方面，降低由于更新所需材料的生产及运输对环境的影响，另一方面，最大限度使用建材余料、科学利用撒落混凝土及砂浆。
有益效果
本发明将针对地铁绿色建造可产生的相关效益进行分析探索，包括：
社会效益：施工过程中避免了对周围环境的破坏，在施工过程中改善交通组织，建造与运营一体化的管理技术尽量避免对周围居民的正常生活以及道路交通的影响。同时通过居民评价的方式，研究周围居民对地铁建造施工的态度以及满意程度是否会由于利用绿色建造的技术，减少了对周围居民环境的影响而有所改善；
经济效益：施工过程中采用了桩基托换、基坑支护及降水、预制装配等技术，节省了建筑材料，降低了施工费用；利用节水节能的技术方式节省了施工过程中的生产成本。利用费效比评价地铁绿色建造技术的经济效益。
环保效益：地铁绿色建造技术采用相关的节水节能，以及控制废料和大气污染物的技术，降低了施工环境的大气PM10含量，尽量避免废料的有害排放，提高废料的回收利用率。用PM10浓度、节材率、废料回收率等指标衡量绿色建造技术的环保效益。
综合效益：研究地铁绿色建造技术能探索出相关地铁施工过程中的节能以及环保的相关技术，为日后相关的工程提供宝贵的经验，对气候条件类似地区地铁建造技术具有指导意义。
附图说明
图1为围护结构施工示意图。
图2为桩基托换保护系统施工示意图。
图3为受限空间桩基托换施工示意图。
图4为大体积预应力托换施工示意图。
图5为桩基托换应力转换施工示意图。
图6为绿色施工技术流程图。
图7为实施例围护结构施工现场图。
图8为实施例桩基托换保护施工现场图。
图9为实施例桩基托换应力转换施工现场图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明公布一种受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，包括以下步骤：
步骤(1)：围护结构施工，本方法提出采用咬合桩外加止水帷幕方式代替原设计地下连续墙，将咬合桩使用冲击钻机成孔，素混凝土桩与钢筋混凝土钻孔桩相互咬合，在基坑外侧桩墙结合处使用wss注浆的方式以达到止水的要求。
步骤(2)桩基托换保护系统：匝道桥桥面下架设了6榀长型钢梁，型钢梁基础为满堂扣件脚手架，保证既有桥梁安全性。
步骤(3)受限空间桩基托换，通过将桩基侵入车站主体，采用4根预应力混凝土梁对原有桥墩桩基进行托换，切除既有桩基。
步骤(4)大体积预应力托换，桩基托换工程设4钻孔桩分布在围护结构南北两侧，中间施做预应力混凝土梁，桩头浇筑前设置千斤顶。将既有匝道桥承台、桩等被新做托换梁包裹部分进行凿毛植筋处理，浇筑托换梁。
步骤(5)桩基托换应力转换，托换梁混凝土达到强度后，每根托换桩顶提前对称放置2台千斤顶，利用千斤顶施加顶升反力，待托换桩基沉降稳定后再将顶升反力卸载至拟截断障碍桩的桩身受力等于零的状态。在新做托换梁底部以下0.5m位置，按水平方向锯断墩柱钢筋及混凝土，先环向锯断墩柱钢筋，然后逐步锯核心混凝土。随着主体基坑开挖，依序将原有障碍桩一一凿除。
步骤(6)绿色施工技术：施工产生的泥浆均采用吸污车进行抽排外运集中处理，设备清洗、场地清洁产生的废水均通过三级沉淀池排放至具有排水能力的市政雨水井；施工现场对噪声进行监测，声贝超过要求时停止施工；在结构检测方面，施工所用钢筋原材、连接方式、混凝土强度均满足设计要求。
实施例：
一种受限空间的地铁绿色建造施工技术，本发明在基于实际设计和使用的基础上，提出了一整套的绿色建造施工技术，具体讲，可以分为以下几个步骤：围护结构施工、桩基托换保护系统、受限空间桩基托换、大体积预应力托换、桩基托换应力转换以及贯穿整个系统的绿色施工技术。下面以一实际案例来分析本发明的实用价值。
工程概况
呼和浩特市轨道交通1号线一期工程04标段鼓楼立交站位于新华大街鼓楼立交桥南侧，沿新华大街东西向布置，车站主体西侧下穿鼓楼立交，鼓楼立交C匝道桥位于三层互通式鼓楼立交桥东南侧，为东西向主桥转向南北向主桥的转向联通桥，该线桥为连续梁桥，桥面宽8m，跨度18-22m不等，被托换桥墩为1号桥墩，尺寸为1.1*1.1m，承台尺寸5.2*2.2*1.5m(长*宽*高)，下设两根直径1.2m，长25m的钻孔灌注桩，这两根障碍桩在车站主体轮廓内，阻碍了地铁车站正常施工，只能先行清除障碍桩桩基后才能保证车站主体的正常施工。桩基托换工程设4根桩径1.4m、长40m钻孔桩，托换大梁为宽6.65m、高2.8m、长27.3m预应力混凝土梁。
地面道路及交通状况
车站站位位于新华大街与哲里木路十字路口以东，沿新华大街东西方向敷设。
站位所处新华大街规划红线宽度50m，哲里木路规划红线宽度40m,目前均已实现规划。道路附近建构筑物较多，车站实施条件较差。新华大街可利用鼓楼立交下侧辅道及部分绿地疏解交通。
邻近建筑物情况
车站周边环境复杂，建构筑物较多，车站西侧下穿鼓楼立交匝道桥，车站北侧毗邻鼓楼立交东西向高架桥。车站站位北侧为中国工商银行(13层框架结构，基础形式不详)，南侧为建材大厦(即七天连锁酒店，10层框架结构，基础形式不详，附带2层裙楼)、东鸽电器(即兆祥宾馆，8层框架结构，独立基础，基础埋深-3.6m)、富华大厦(拆迁)等高层建筑与6层商住楼。
实施步骤
步骤(1)由于工序要求，首先先进行围护结构施工。鼓楼立交站主体结构下穿鼓楼立交C匝道桥，匝道桥底距现有地面仅8～8.5m，受桥下净空限制，该处有5幅地连墙(NQ-12～14、SQ-14～15)无法满足常规成槽机施工，需采用其他工艺施工。
实际施工中采用咬合桩外加止水帷幕方式代替原设计地下连续墙，高压旋喷桩和袖阀管工艺经试验检测并不适应该场地地质，于是采用wss注浆方式进行桩外止水。
由于旋挖钻不满足低净空施工环境，采用咬合桩使用冲击钻机成孔，素混凝土桩与钢筋混凝土钻孔桩桩径均为1000mm，相互咬合200mm，在基坑外侧桩墙结合处使用wss注浆的方式以达到止水的要求。对低净空围护结构施工工艺优化，控制成桩质量，以实验形式确定止水方式。
鼓楼立交桥位于三层互通式鼓楼立交桥东南侧，为东西向主桥转至南北向，首先在桥墩下设承台，承台下设两根直径1.2m、长25m的桩孔桩。基坑与主体首先进行施工，先施做NQ-13-16、SQ-13-16幅地连墙，接着施工各个围护结构，其中Z1桩兼做附属结构围护桩，桩径600mm，桩长14.8m，坡面采用15cm厚网喷混凝土+抽筋防护，钢筋网网格间距150mm。
步骤(2)桩基托换保护系统，
桩基托换前期施工即需把既有承台挖出植筋，为保证施工过程及托换过程中C匝道桥不会因沉降过大造成损伤，在匝道桥桥面下架设了6榀24米长型钢梁，型钢梁基础为满堂扣件脚手架。
托换施工前沿鼓楼立交桥1号桥墩上、桥面下搭设钢梁与钢支架，并在钢梁支撑面处选取合适位置设置千斤顶，每侧各放置两个，以起到防护施工中桥梁较大沉降或者倾斜的作用。钢梁沿1号桥墩对称布置。本钢支架设计承载力为1号桥墩所承受桥梁荷载。搭设支架前对支架支撑附近地面进行硬化处理，并进行预压处理，压实系数0.95。桩基托换保护系统的施工如图8所示
所述步骤(3)为受限空间的桩基托换技术，
桩基托换前期施工即需把既有承台挖出植筋，为保证施工过程及托换过程中C匝道桥不会因沉降过大造成损伤，在匝道桥桥面下架设了6榀24米长型钢梁，型钢梁基础为满堂扣件脚手架。完善部署现场桥梁防护体系搭设流程，严格控制吊装作业精度，保证既有桥梁安全性。
托换采用分级加载的方式，共分12级，每级加载增量为千斤顶设计顶升力的10％，每级加载持续20分钟，分级加载至设计顶升力并持荷至新桩沉稳后按0.1mm/h分级卸载至100％。
在托换过程中，需要进行桥墩处顶升位移和顶升力双控，其中顶升力以位移作为主要参考因素，车站基坑采用明挖法施工，托换基坑与主题围护结构基坑同步施工。
待上步桥梁结构完全稳定以后，进行截桩操作，截桩位置设置与梁下500mm处，截桩遵循由内到外、层层剥离原则。
所述步骤(4)为大体积预应力托换施工，
桩基托换工程设4根桩径1.4m、长40m钻孔桩分布在围护结构南北两侧，中间施做一条宽6.65m、高2.8m、长27.3m预应力混凝土梁，完全包裹原有桥梁承台，同时将托换桩桩头凿除到相应标高，在桩头浇筑前设置千斤顶，预留后浇段。浇筑托换梁前，将既有C匝道桥承台、桩等被新做托换梁包裹部分进行凿毛植筋处理，浇筑托换梁。严格掌控新旧桩基接触面施工，保证新施工托换梁施工质量。
预应力钢筋束采用高强度低松弛钢绞线，张拉设备采用相配套的千斤顶，托梁混凝土强度和弹性模量达到设计强度且混凝土护龄期不少于10天后方可张拉预应力钢束，张拉后才采用压浆处理。
预应力张拉采用两端同步张拉，并由两端向中间左右对称进行，张拉中预应力钢束与锚圈口及喇叭口的摩擦损失由施工单位现场确定。
钢管束位置用定位钢筋固定，定位钢筋焊接在钢筋骨架上，张拉应力钢束时，锚下螺旋筋必须选用与锚具配套产品。大体积预应力托换施工图如图9所示。
所述步骤(5)桩基托换应力转换
托换梁混凝土达到强度后，每根托换桩顶已提前对称放置2台千斤顶，利用千斤顶施加顶升反力，待托换桩基沉降稳定后再将顶升反力卸载至拟截断障碍桩的桩身受力等于零的状态。千斤顶顶升时，八台千斤顶同时同步进行顶升作业。
在新做托换梁底部以下0.5m位置，按水平方向锯断墩柱钢筋及混凝土，先环向锯断墩柱钢筋，然后逐步锯核心混凝土。随着主体基坑开挖，依序将原有障碍桩一一凿除。
在每根托换桩基上个安装两个千斤顶，共设置8个千斤顶分级加载，顶升对托换新桩施压，加载至设计荷载且变形稳定后，锁定千斤顶的自锁装置，放置钢立柱，完成荷载由旧桩向新桩的转换。应力体系转换过程中严格控制同步顶升同步率，保证桥梁位移在允许偏差内。
应力转换体系监测，同步顶升控制要点，成功将顶升同步率控制在±1mm，控制了1号桥墩顶位移和托换大梁的两端位移在±2mm内，托换大梁两端上抬在3mm以内，顺利完成应力转换。
托换梁内部的桩基钢筋须在施工托换梁是进行预埋，待托换顶升完毕后，与桩头采用双面焊接，同一连接区段内焊接接头面积百分率不大于50％。桩顶部60cm高与托换梁同时施工，顶升完成后进行桩基与托换梁间后浇筑段施工，保证桩基与托梁内预埋相应钢筋位置对齐。
所述步骤(6)为贯穿整个施工过程的绿色施工技术，从施工现场来看可以分为以下几个方面：1)PM2.5的绿色施工控制技术，首先在现场进行实时的颗粒物浓度检测，在施工方面，通过建立挡风抑尘墙来隔断粉尘的传播，在周围通过绿化植被的方式来减少粉尘的传播，最后采用抑尘剂抑制粉尘的传播；在施工期间，在周围用喷雾式花洒在相邻建筑之间的高空进行喷雾，进而有效抑制自动喷淋。
在噪声污染的防治方面，首先通过现场的噪声检查工具确定噪声源，对不同频段的噪声区别处理，必要时可以直接采取停止施工的措施。
最后，针对性的对地铁施工中的废弃物进行控制，一方面是做好对废弃物总量的控制，尽可能的减少污染物的总量，一方面是做好废弃物的分类以及回收利用。
本发明提供了一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，主要适用于地铁站一类受限空间中，用于实现对立交桥进行桩基托换工作，本发明主要包括围护结构施工、桩基托换保护系统、受限空间桩基托换、大体积预应力托换、桩基托换应力转换、绿色施工技术六大步骤，在进行本方法前，首先需要进行相应的准备工作。主要包括对于受限空间周围地区地面道路及其交通状况、邻近建筑情况进行调查，施工期间应当尽量减小对周围环境的影响，通过在施工的过程中采用相应的绿色施工技术能够有效减少其对周边环境的影响。
Claims (7)
1.一种基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤(1)围护结构施工；
步骤(2)桩基托换保护系统；
步骤(3)受限空间桩基托换；
步骤(4)大体积预应力托换；
步骤(5)桩基托换应力转换；
步骤(6)绿色施工技术。
2.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(1)围护结构施工具体如下：采用咬合桩外加止水帷幕方式代替原设计地下连续墙，将咬合桩使用冲击钻机成孔，素混凝土桩与钢筋混凝土钻孔桩相互咬合，在基坑外侧桩墙结合处使用wss注浆的方式以达到止水的要求。
3.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(2)桩基托换保护系统具体包括：桩基托换前期施工即需把既有承台挖出植筋，在匝道桥桥面下架设了6榀长型钢梁，型钢梁基础为满堂扣件脚手架。
4.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(3)受限空间桩基托换是通过将桩基侵入车站主体，采用4根预应力混凝土梁对原有桥墩桩基进行托换，切除既有桩基。
5.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(4)：大体积预应力托换具体为：桩基托换工程设4钻孔桩分布在围护结构南北两侧，中间施做预应力混凝土梁，完全包裹原有桥梁承台，同时将托换桩桩头凿除到相应标高，在桩头浇筑前设置千斤顶，预留后浇段；
浇筑托换梁前，将既有匝道桥承台、桩等被新做托换梁包裹部分进行凿毛植筋处理，浇筑托换梁。
6.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(5)：大体积预应力托换具体为：
(1)托换梁混凝土达到强度后，每根托换桩顶提前对称放置2台千斤顶，利用千斤顶施加顶升反力，待托换桩基沉降稳定后再将顶升反力卸载至拟截断障碍桩的桩身受力等于零的状态；千斤顶顶升时，八台千斤顶同时同步进行顶升作业；
(2)在新做托换梁底部以下0.5m位置，按水平方向锯断墩柱钢筋及混凝土，先环向锯断墩柱钢筋，然后逐步锯核心混凝土；
(3)随着主体基坑开挖，依序将原有障碍桩一一凿除。
7.根据权利要求1所述的基于受限空间的地铁绿色建造施工调适方法，其特征是，所述步骤(6)绿色施工技术具体是：产生的泥浆均采用吸污车进行抽排外运集中处理，设备清洗、场地清洁产生的废水均通过三级沉淀池排放至具有排水能力的市政雨水井；在噪声方面，施工现场对噪声进行监测，特别是在夜间，噪声超过要求时停止施工；在结构检测方面，施工所用钢筋原材、连接方式、混凝土强度均满足设计要求。
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