桥梁桩基托换施工风险评估和控制措施的研究.pdf

图1隧道与高架桥平面关系 N77桥墩 N76桥墩 东莞 惠州 A BB A N77-D1 N77-A2 N77-A1 N77-B2 N77-B1 N77-C2 N77-C1 N77-D2 N76-D N76-C N76-B N76-A 15200 750 3000 3550 600 7503550 3000 13464 8893 6218 10789 2383 6955 4281 6600 中隔墙 莞惠左线 莞惠右线 结构侧墙 高架桥边线 4663 8473 11059 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年7月 第7期 JUL 2013 No．7 1概述 近年来我国在大量建设地下工程，时会遇到下 穿桥梁基础等情况，对现有桥梁需要进行改建、加层 和加大使用荷载时，都需要采用托换技术［3～4］。 托换 技术或基础托换是指解决原有建筑物的地基需要处 理或加工；或在既有建筑物基础下修建地下工程，包 括隧道穿越既有建筑物，以及临近需要新建工程而 影响到既有建筑物的安全等问题的技术总称［5］。 桩 基托换施工过程中存在着诸多不确定性因素，任一 环节的错误或疏忽，都可能大大降低工程的安全性， 为施工和运营安全埋下隐患，特别是临近既有建筑 物的隧道施工，多个风险因素对既有建筑物的影响 耦合往往最终导致各类工程事故的发生，造成不可 挽回的负面影响和经济损失［1-2］。 本文首先介绍了桩基托换施工技术概念和工程 风险评估的流程，并对中山某工程的桩基托换施工 风险进行评估，提出相应的风险控制措施，将风险及 风险损失控制到最低水平。 2工程概况 广东某城际轨道交通工程中山区间段隧道，从 高速公路高架桥下穿过， 下穿桥跨为N76-N77跨， 该位置高架桥的上部结构为先简支后桥面连续的跨 度32.5m的预应力钢筋混凝土T梁上，桥墩为1.2m 1.2m的方形双柱式桥墩，所有桥桩均为嵌岩桩（端承 桩）。 本明挖段基坑宽约15.430.6m，深度从约2.9m 渐变至24.2m， 基坑支护结构根据基坑深度不同分 别采用800mm厚地下连续墙、f8001000钻孔灌 注桩桩间旋喷桩止水以及搅拌桩挡墙的3种围护 结构型式，围护结构顶部设置冠梁。隧道与高架桥的 平面位置关系如图1所示。 隧道与高架桥斜交， 高架桥桩基局部侵入区间 隧道主体结构侧墙，其N77、N76桥墩下的桩基均在 桥梁桩基托换施工风险评估和控制措施的研究 刘小忠 （中山市建设工程质量监督站广东中山528400） 摘要为了分析评估桥梁桩基托换施工风险程度，本文首先确定了工程风险评估方法，然后分析得到该工程桩基托换工 程风险源和风险等级，并相应的一些风险控制措施，可用于指导今后类似工程施工。 关键词桩基托换； 风险评估； 控制措施 Study on Risk Assessment and Control Measures of Bridge Pile Foundation Underpinning Liu Xiaozhong （Zhongshan Construction Quality Supervision StationZhongshan 528400，China） AbstractIn order to analyze risk level of bridge pile foundation underpinning，this paper put forward engineering risk assessment meth- ods，then obtain source of risk and risk level of bridge pile foundation underpinning. The last this paper put forward control measures bridge pile foundation underpinning. This will reduce the construction risk and loss，and guide future similar construction. Keywordspile foundation underpinning；risk assessment；control measures 57 表1风险等级的划分 风险等级风险指数值（R） Ⅳ级15＜R≤25 Ⅲ级9＜R≤15 Ⅱ级4＜R≤9 Ⅰ级0＜R≤4 图2施工安全风险评估流程 专家调查法 层次分析法 WRS-RBS法 工程项目资料调研 风险辨识 风险衡量，求出 风险指数列向量R 风险权重，求出 风险权重行向量W 风险指数 （FRW） 刘小忠 桥梁桩基托换施工风险评估和控制措施的研究JUL 2013No．72013年7月第7期 隧道施工影响范围之内。 为了避免隧道施工对桥梁 安全的影响，需先对桥梁桩基进行托换处理，再进行 隧道明挖施工。 在进行托换处理前需对该工程进行 风险评估，并根据评估结果采取相应的控制措施。 3工程风险评估方法 评估工作分为工程项目资料的调研、风险辨识、 风险衡量、风险度计算等4个步骤进行。 根据该工 程特点， 首先采用WBS-RBS方法对施工进行全面 系统的风险辨识；其次利用专家调查法进行风险衡 量； 最后通过层次分析法将WBS-RBS分解结构和 专家风险打分值结合起来进行风险度计算，具体流 程如图2所示。 4桩基托换施工风险评估 该桥梁原墩柱已运营近18年，存在混凝土碳化 等问题，在植筋、凿企口的施工过程中，容易使得表 层混凝土开裂、掉块等，直接影响结合面抗剪承载 力。 分析本工程隧道下穿原有桥梁桩基托换施工过 程中可能潜在的风险事故以及各种风险因素在施工 过程中产生的影响，结合施工单位的施工水平和管 理经验对施工过程进行评估。 4.1桩基托换施工风险RBS分解结构 本工程隧道下穿原有桥梁桩基托换施工的主要 风险如下原墩柱结合面企口开凿、植筋，新增承台 与原桥墩之间的粘结滑移，新增承台预应力钢筋松 弛，钢楔块滑移、变形，千斤顶性能，钢管垫块压力接 触点的钢板预埋件局部弹性压缩变形，托换新桩变 形，既有桥梁变形、开裂等。 由此得出桩基托换施工 风险RBS分解结构。 4.2桩基托换风险调查结果 通过专家调查法分析本工程隧道下穿原有桥梁 桩基托换中风险事件发生概率级别和风险损失级 别，求出各指标平均值，得到桩基托换施工风险结果， 风险指数向量R3T［2，6，6，2，2，6，2，6，16］。 4.3桩基托换风险事件风险权重 ⑴建立本工程隧道下穿原有桥梁桩基托换风 险的层次结构模型； ⑵结合原有桥梁桩基托换施工风险专家调查 结果，构造两两比较判断矩阵的方法，构造桩基托换 施工风险判断矩阵。 利用MATLAB编制相关程序计算指标权重W3T， 计算判断矩阵的特征向量并归一化得到判断矩阵 的 权 重 向 量 W3T（0.0488，0.0711，0.1518，0.0317， 0.0225，0.1192，0.0175，0.2240，0.3134），以及最大特 征值l max9.4310。 代入一致性指标CI计算公式得 CI（lmax-n）/（n-1）（9.4310-9） （9-1） 0.0539。 则 一致性比例CRCI RI0.0539 1.460.0369＜0.1，矩 阵满足一致性判断。 根据计算结果得该工程桩基托换施工风险的风 险源排序为既有桥梁变形、开裂→托换新桩变形→ 新增承台与原桥墩之间的粘结滑移→千斤顶性能→ 原墩柱结合面植筋→原墩柱结合面企口开凿→新增 承台预应力钢筋松弛→钢楔块滑移、 变形→钢板预 埋件局部弹性压缩变形。 4.4桩基托换风险指数及风险等级 该工程隧道下穿原 有桥梁桩基托换施工风 险指数为F3W3TR3T 9.68， 根据风险指数的 风险等级分级（见表1） 可知， 该工程隧道下穿 原有桥梁桩基托换施工 风险等级属于Ⅲ级。 Ⅲ级风险（高度风险）归纳为主要风险源，指风 险源相对较复杂，存在较大的不可预见性，引可能引 发严重性工程事故，必须从结构设计、环境因素、施 工方法、安全管理等角度进行控制和防范风险源。该 类风险属于风险水平有条件接受， 必须实施削减风 险的应对措施，并需要准备应急计划。桩基托换的主 要风险在于新增加承台与原墩柱结合面的受力转 换、桩基托换顶力施工这几个部分。 58 广东土木与建筑JUL 2013No．72013年7月第7期 5桩基托换施工风险控制措施 结合本工程施工特点，其应对措施主要是使用 合适的施工工具，尽量减小施工振动，可优先使用切 割机配合人工局部凿除等工艺，不宜使用风镐等振 动机具施工。 在施工过程中出现开裂的可直接凿除 开裂部分混凝土，并保留其他附近的混凝土。 在植筋 过程中钻孔同样尽量减小对原结构混凝土的破坏， 植筋过程中必须注意将植筋胶灌至饱满以提高植筋 的承载能力。 该工程隧道下穿原有桥梁桩基托换顶力施工 中，为确保该工程托换顶力安全实现，应采取以下应 对措施首先是各项施工步骤严格按照设计图进行， 并确保施工安全与施工质量。 新承台与墩柱结合面 处，建议新承台尽可能采用微膨胀混凝土，以提高结 合面的粘结性能并防止结合面因新浇筑混凝土而出 现收缩开裂。 桩基托换顶力施工过程中，对顶力按 照12级分级加载的方式进行顶力施加，并在后几级 加载中保持足够的时间使得新桩基沉降基本完成以 提高新桩基托换力的效率。 其次，在桩基托换过程 中，施工监控非常重要，在施工全过程中应跟踪准动 态监测桥梁新、旧结构受力与变形，特别是新旧结构 剪切连接面剪切应力监测，以确保桥梁结构的安全 性，并保证托换力能够成功实施，发现相关监测值过 大或超过预警值时应加强观测，并采取进一步的应 对措施，防止事故发生。 6结论 本文对广东某城际轨道交通工程中山区间段隧 道施工进行风险评估，分析了施工风险源，该工程的 风险源相对较复杂，存在较大的不可预见性，可能引 发严重性工程事故，必须从结构设计、环境因素、施 工方法、安全管理等方面进行控制和防范。本文针对 不同的风险源提出了相应的控制措施， 为今后类似 工程提供科学依据。 参考文献 ［1］ 郭辉.区间隧道下穿建筑物桩基托换技术［J］.隧道建 设， 2011（31） ［2］ 秦质朴，吕刚，蒋小锐.北京地铁4号线长河白石桥桩基 主动托换技术［J］.铁道标准设计，2009（10） ［3］ 王博，张保圆.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术 ［J］.铁道建设，2011（4） ［4］ 陈安生，吴义.深圳地铁3号线广深铁路桥桩基托换技 术［ J］.隧道 地下工程，2011（5） ［5］ 陈龙.城市软土盾构隧道施工期风险分析与评估研究 ［D］.上海同济大学博士学位论文，2004 ⑸密封性好。 过滤装置与装液筒的连接使用 了液压快速接头， 使输送时溶液不会泄漏。 而过滤 装置中的上、下压板通过螺丝拧紧后，密封效果好， 至今未出现溶液从过滤装置的压板中渗出的情况。 ⑹操作方便。 试验时，只需控制开关启动和停 止，即可完成过滤，操作简单。 5结语 沥青路面是我国高等级公路最主要的结构形式， 沥青用量是确保沥青路面正常使用的前提保证，而 如何快速、准确地测定该值，以监督、指导沥青路面 的施工，是保证沥青路面质量的关键所在。 通过试验结果表明， 我们自主研发的新型沥青 含量试验压力过滤器具有加压性能好、 过滤速度均 匀、密封性好、结构简单、操作方便等优点，能有效提 高沥青含量试验结果的精度，是一款实用、经济的新 型过滤器， 对监控沥青混合料生产和提高沥青路面 施工质量起到积极的推动作用。 参考文献 ［1］JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］ ［2］JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［S］ （上接第61 页） 59