地鐵車站結構轉換中的已有結構物變形控制技術摘要:介紹廣州市軌道交通三號線客村站轉換層結構轉換施工中控制已有結構變形的技術措施,說明在結構轉換中變形控制是整個結構托換中的關鍵問題。關鍵詞:轉換層;結構轉換;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、乘坐舒適方便等優點,被稱為“綠色交通”,但城市軌道交通只有在形成基本網絡的情況下才能充分發揮其應有的功效。因此在路網的交叉點和各線路車站之間必須設置相互聯通的換乘設施,這種相互連通的換乘設施就是所謂的轉換層。通常情況下轉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的接口部分,但如果受線路總體調整和周邊環境的限制,將可能導致轉換層的重新施作,而重新施作轉換層中往往需首先進行荷載轉移,也稱為結構轉換,必須解決承載力和變形控制兩方面的問題,而變形控制尤為關鍵。本文通過廣州市軌道交通三號線客村站轉換層結構轉換中變形控制實例,闡述變形控制在整個結構托換中的若干關鍵問題。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中二號線與三號線的換乘車站,設計為地下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,施工時在車站結構以下部位預留了與三號線的換乘轉換平臺(原轉換層),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、三號線原轉換層底板全部鑿除,重新施作二、三號線換乘轉換平臺(位于三號線負3層位置)。又由于三號線線路的調整和車站站臺的控制,造成二號線在節點段的中柱與三號線的中柱發生錯位(兩柱中心相距1.25m);為了將二號線中柱的荷載轉移到三號線中柱上,必須在現二、三號線轉換層進行荷載轉移(結構轉換),在結構轉換完成后,重新施作新的轉換層。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結構轉換形式的確定 結構轉換形式通常有板式、梁板式、梁式、拱式、桁架式等,其中梁式轉換結構具有結構合理、受力明確、可靠、造價較低、布置靈活、施工方便等優點,可以通過結構柱在柱上設置大梁直接進行結構托換,且在托換結構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,因此本工程結構轉換選擇梁式轉換結構。為保證承載力的要求,樁型采用質量較有保證的人工挖孔樁,樁身采用鋼筋混凝土型鋼柱。 整個結構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,再在型鋼柱進行轉換大梁施工,最后截斷節點段中柱,將二號線中柱荷載通過轉換大梁轉移到三號線中柱上。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,在轉換層底板和轉換層底縱梁以上采用邊長1.0m的方樁,在轉換層底板和轉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;轉換大梁長度為10.6m,結構采取變截面,尺寸為(1200~1400)×3000,轉換梁與老柱采用植筋、齒槽和粘結劑并以水平預應力索箍抱緊進行連接。節點托換施工圖如圖1所示。
4施工中的變形控制技術措施 對已建建筑物進行基礎托換和轉換層施工時,上部結構將產生一定程度的不均勻沉降,又由于鋼筋混凝土結構在長期荷載作用下具有徐變性,托換結構既要考慮原建筑物荷載轉移到托換結構階段產生的短期變形,又必須考慮托換完成后使用階段的長期變形,因此整個托換結構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。 在整個結構托換施工過程中,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換層底板和底縱梁進行鑿除,造成其結構受力狀態的破壞,為了控制上部結構的變形,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換樁基轉移部分荷載的過程,因此臨時支撐必須一直貫穿于整個托換施工過程。 ⑵轉換層的降水處理 根據設計文件的要求,施工前必須打設降水孔進行降水,防止積水對基坑的浸泡超成基巖軟化,使樁基承載力降低。根據地質勘察資料,在轉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、鐵質膠結,風化裂隙和構造裂隙不甚發育,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托換結構的新舊混凝土的聯接處理 新舊混凝土聯接處理的好壞,直接關系到結構托換的成敗,為確保被托換柱與轉換梁的新舊混凝土結合緊密,首先在被托換柱與轉換梁交接的柱體表面設置齒槽,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換梁結合面進行鑿毛。其次在界面四周增設箍筋并用TN粘結劑對被托換柱和轉換梁頂及二號線底板進行植筋以加強聯接。最后在澆筑新混凝土前45min內在界面噴涂以環氧為主劑的LB界面處理劑。為保證轉換梁結合面的粘接,混凝土澆筑均在夜間進行,且在澆筑過程中對轉換梁上方實行交通封閉,待轉換梁澆筑完成并達到一定強度后方可恢復地面交通。 ⑸轉換梁頂的空洞處理 由于轉換梁與二號線底板相接,雖然施工中采取了結合面鑿毛等措施,但由于結構所處的特殊位置等原因,造成梁頂新舊混凝土聯接處出現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,最后將環氧樹脂通過一定壓力注入混凝土裂縫中,經滲透、固化達到修補裂縫的目的。 ⑹托換基礎與建筑物分離的施工按設計文件要求,在托換結構施工完成后,必須將原轉換層柱與建筑物進行分離,將二號線中柱的荷載轉移到三號線中柱上,原轉換層柱與建筑物進行分離是對整個托換結構的決定性考驗,分離過程必須進行嚴格監控,并制定了相應的報警值,即:柱位沉降差<8mm,轉換梁撓度值<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測取得監測數據,及時進行整理和分析,并對監測結果進行回歸分析,預測結構的安全狀況,以信息反饋的形式來指導施工,改進施工方案,采取必要的技術措施以確保施工安全。 針對本次結構托換的施工特點和二號線客村站的結構特點,認為結構沉降及平面變形為主要觀測項目,在二號線站廳層、站臺層、轉換層分別布置了監測點。其中轉換層監測點布置在4條被托換柱、轉換層底板、轉換層側墻、二號線底板(縱梁)底上;二號線站廳層、站臺層監測點分別布置在的底(中)板及柱位上,監測點共布置約50個,在施工期間每天監測一次。在被托換柱與建筑物分離時,在轉換梁上進行了應變監測。6結語 6.1結構托換完成后,最大沉降量僅為7mm,說明施工過程中采取的技術措施是有效的,既保證了托換樁的質量,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鍵問題。 6.2二號線、三號線首通段開通至今,轉換層未發生沉降和裂縫,說明結構托換是成功的。 6.3人工挖孔樁在地質條件允許的條件下,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勢。6.4必須加強監控量測在施工中的力度,通過監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.地下工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1999[2]GB50157-92地下鐵道設計規范[S][3]GB50010-2002混凝土結構設計規范[S][4]GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S]
4施工中的變形控制技術措施 對已建建筑物進行基礎托換和轉換層施工時,上部結構將產生一定程度的不均勻沉降,又由于鋼筋混凝土結構在長期荷載作用下具有徐變性,托換結構既要考慮原建筑物荷載轉移到托換結構階段產生的短期變形,又必須考慮托換完成后使用階段的長期變形,因此整個托換結構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。 在整個結構托換施工過程中,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換層底板和底縱梁進行鑿除,造成其結構受力狀態的破壞,為了控制上部結構的變形,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換樁基轉移部分荷載的過程,因此臨時支撐必須一直貫穿于整個托換施工過程。 ⑵轉換層的降水處理 根據設計文件的要求,施工前必須打設降水孔進行降水,防止積水對基坑的浸泡超成基巖軟化,使樁基承載力降低。根據地質勘察資料,在轉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、鐵質膠結,風化裂隙和構造裂隙不甚發育,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托換結構的新舊混凝土的聯接處理 新舊混凝土聯接處理的好壞,直接關系到結構托換的成敗,為確保被托換柱與轉換梁的新舊混凝土結合緊密,首先在被托換柱與轉換梁交接的柱體表面設置齒槽,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換梁結合面進行鑿毛。其次在界面四周增設箍筋并用TN粘結劑對被托換柱和轉換梁頂及二號線底板進行植筋以加強聯接。最后在澆筑新混凝土前45min內在界面噴涂以環氧為主劑的LB界面處理劑。為保證轉換梁結合面的粘接,混凝土澆筑均在夜間進行,且在澆筑過程中對轉換梁上方實行交通封閉,待轉換梁澆筑完成并達到一定強度后方可恢復地面交通。 ⑸轉換梁頂的空洞處理 由于轉換梁與二號線底板相接,雖然施工中采取了結合面鑿毛等措施,但由于結構所處的特殊位置等原因,造成梁頂新舊混凝土聯接處出現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,最后將環氧樹脂通過一定壓力注入混凝土裂縫中,經滲透、固化達到修補裂縫的目的。 ⑹托換基礎與建筑物分離的施工按設計文件要求,在托換結構施工完成后,必須將原轉換層柱與建筑物進行分離,將二號線中柱的荷載轉移到三號線中柱上,原轉換層柱與建筑物進行分離是對整個托換結構的決定性考驗,分離過程必須進行嚴格監控,并制定了相應的報警值,即:柱位沉降差<8mm,轉換梁撓度值<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測取得監測數據,及時進行整理和分析,并對監測結果進行回歸分析,預測結構的安全狀況,以信息反饋的形式來指導施工,改進施工方案,采取必要的技術措施以確保施工安全。 針對本次結構托換的施工特點和二號線客村站的結構特點,認為結構沉降及平面變形為主要觀測項目,在二號線站廳層、站臺層、轉換層分別布置了監測點。其中轉換層監測點布置在4條被托換柱、轉換層底板、轉換層側墻、二號線底板(縱梁)底上;二號線站廳層、站臺層監測點分別布置在的底(中)板及柱位上,監測點共布置約50個,在施工期間每天監測一次。在被托換柱與建筑物分離時,在轉換梁上進行了應變監測。6結語 6.1結構托換完成后,最大沉降量僅為7mm,說明施工過程中采取的技術措施是有效的,既保證了托換樁的質量,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鍵問題。 6.2二號線、三號線首通段開通至今,轉換層未發生沉降和裂縫,說明結構托換是成功的。 6.3人工挖孔樁在地質條件允許的條件下,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勢。6.4必須加強監控量測在施工中的力度,通過監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.地下工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1999[2]GB50157-92地下鐵道設計規范[S][3]GB50010-2002混凝土結構設計規范[S][4]GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S]