CN112376611B - 一种分离式立交系统施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离式立交系统施工方法，属于城市交通枢纽工程修建技术领域。现立交系统结构与原立交系统结构基本一样，包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道工程；地下交通通道工程为框架结构，共五个通道，地上匝道桥墩柱与五通道中央通道桥墩柱连接成一体结构；在中央通道桥墩柱下面设置首先考虑新建桩的结构设计：考虑在地下通道结构施工时，将桩基承载力转换为扩大基础承载；同时考虑桩与地下通道上顶板、底板以及侧墙结构处理以及路面结构部分连接部分处理空间；本方法解决了在地下通道施工前可先行施工上部匝道桥的组织任务。其受力体系转换能够满足桥梁承载需求，满足桥梁与地下通道整体不均匀沉降控制，以满足地下空间需求。

Description

一种分离式立交系统施工方法

技术领域

本发明属于城市交通枢纽工程修建技术领域，特别涉及一种分离式立交系统施工方法。

背景技术

随着国家经济的快速发展，许多城市都在修建交通枢纽工程，在交通枢纽工程中面临着立交系统的建立，如地铁、地下通道、地面交通以及地上桥梁等多层分离式组合立体交通的建立。在实施过程中可能因为各层交通枢纽工程隶属产权单位不同，施工单位不同等各种原因导致整体工程进展不一致，不能按照传统的施工工序，先地下后地上的工艺顺序形成流水施工，进行组织实施。本文以朝阳站交通枢纽工程的匝道工程为例，原设计单位考虑地下地铁规划影响，创新的采用地下通道结构作为上层匝道桥基础承载力基础，但是在项目实施时，地下通道的施工单位因为某些原因迟迟未能进场施工，影响上部匝道桥施工。我单位在此情况下，保留原设计意图，对设计方案提出了技术优化方案，创新的利用传统桩基承载与新型地下通道扩大基础结合的方式，进行了一次桩基承载与扩大基础承载受力体系转换。在申请号为201821766433.8的一种支撑格构柱的托换结构中公开了通过在基础底板与混凝土支撑之间以及相邻混凝土支撑之间设置托换柱，各托换柱上下对应设置，可以在原支撑格构柱影响结构或支撑偏差较大的情况下， 实现对支撑格构柱的托换结构；另外在牛瑞等人的“一种对于独柱独桩的桥梁桩基主动托换方法”、刘勇等人的“一种征用既有结构的立交桥桩基托换结构” 和杨小跃等人的“一种桩基托换的施工结构及施工方法”所公开的最接近的技术方案中都是新桩换旧桩，施工工作量大，旧桩影响下一步施工，造成人力物力浪费，建筑成本不降反升的不足。

发明内容

本发明的目的是提出一种分离式立交系统施工方法，其特征在于，首先清楚的了解原立交系统工程包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；原立交系统的具体结构为：地下交通通道工程为框架结构，共五个通道；其中地上匝道桥墩柱7与五通道的中央通道桥墩柱5连接成一体结构； 并与通道基础地板4牢固连接；在通道基础地板4上面由地下通道隔墙9分隔成5条地下通道2，地下通道隔墙9顶面浇筑地下通道桥顶板8，地下通道桥顶板8上面铺设地上路基6和地上道路3；在中间的地下通道2两边的地下通道隔墙9顶面竖直浇筑地上匝道桥墩柱7，在中间的地下通道2两边的地下通道隔墙9的两侧浇筑中央通道桥墩柱5，中央通道桥墩柱 5之间为地下通道隔墙9；两根地上匝道桥墩柱7顶端连接匝道桥1；匝道桥1内铺设高架或高速路路面10；通道基础地板4下面为预设地铁区域11；在5条地下通道2及通道基础地板4下面的预设地铁区域11的周围为排桩+止水帷幕桩支护结构12；

旧桩承台受力数据，然后进行旧桩直接转换承台受力，在桩结构设计时扩大受力面积，新建结构设计时首先考虑新建桩的结构设计：桩结构设的重点在于独桩独立承受匝道桥墩柱和上部结构承载力，同时考虑在地下通道结构施工时，怎么将桩基承载力转换为扩大基础承载；同时考虑桩与地下通道上顶板、底板以及侧墙结构处理以及路面结构部分连接部分处理空间；分离式立交系统施工方法具体包括：

1.对数据分析，上述原立交系统结构的基坑深度10m，采用排桩+止水帷幕桩支护结构12，地下通道桥顶板厚0.8m，排桩+止水帷幕桩支护结构的竖向结构墙厚0.8m，墩柱结构位置处墙厚1.6m，地上路基厚1.0m，结构净高为6.76m，结构强度C40；地面道路上竖立地上匝道桥墩柱，该桥墩柱为1.6m×1.6m矩形墩柱， 结构强度C40；桥墩柱顶端的匝道桥1为小箱梁，长度120m，桥宽18m；

2.现立交系统结构设计，现立交系统结构与原立交系统结构基本一样，主要包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；地下通道结构为框架结构，共五个通道，地上匝道桥墩柱与五通道中央通道桥墩柱连接成一体结构；其中，所述五通道中央通道桥墩柱考虑独桩独立承受匝道桥墩柱和上部结构承载力，同时考虑在地下通道结构施工时，怎么将桩基承载力转换为扩大基础承载的 情况下采取措施是：1)将矩形匝道桥墩柱改变为方形，并扩大匝道桥墩柱承载面积；2)在中央通道两边通道下面的预设地铁空间；在预设地铁空间，在五通道的中央通道桥墩柱5下面增加摩擦桩13；3)匝道桥桥墩柱的设计、施工包括：

(1)钢筋混凝土钻孔灌注桩：匝道桥桥墩柱在地下通道结构下桩，该桩插入卵石层，桩中预留4根注浆管，作为桩后注浆工艺使用；

(2)采用钢管柱+钢套筒支撑：自匝道桥盖梁下方至地下通道下方2.5m， 连接钢筋混凝土灌注桩；钢管柱外套钢套筒，在钢管柱与钢套筒之间，在地下通道施工之前地下通道结构下浇筑C40细石混凝土，地下通道与地面上填充细砂； 施工结构时逐步拆除钢套筒；钢管柱与钻孔灌注桩之间安装钢管柱定位器，内部吊装，桩混凝土浇筑分两次浇筑，第一次浇筑至钢套筒下方，吊装钢管柱至设计标高，二次混凝土浇筑至钢管柱定位器标高，调整定位及垂直度。

(3)钢管柱与永久墙以及方形墩柱结合处理：不同于原匝道桥地上墩柱的是扩大承载面积的方形匝道桥墩柱；此方形匝道桥墩柱为钢管柱，钢管柱上加工有粗25mm，长100mm的抗剪栓钉，竖向间距为150mm；钢套筒在施工结束时拆除，清理钢套筒与钢管柱之间的填砂，然后在抗剪栓钉外侧安装方柱竖向主筋，环向安装构造钢筋与抗剪栓钉加固连接在一起，后安装模板浇筑成正式方柱结构；

(4)钢管柱内抗压、抗弯设计：钢管柱作为永久受力结构，为提高钢管柱耐久性，钢管柱内安装钢筋笼，同时灌注混凝土，钢管柱内钢筋笼与匝道桥盖梁钢筋相连；

(5)摩擦桩的设计、施工，摩擦桩设计桩长30m，桩直径DN1.8m，桩混凝土为C25；水下灌注混凝土；摩擦桩采用旋挖钻泥浆护壁成孔施工。

所述现立交系统结构的墩柱抗剪、抗拉钢筋配置为：在正方墩柱的中心部位竖直钢管柱，钢管柱设置加强箍筋14和螺旋箍筋15，二者之间用抗拉钢板17 连接，螺旋箍筋15的圆环内布置辐射抗剪钢板18，在正方墩柱外框内有平行布置抗剪钢环或抗剪钢板；正方墩柱内、外填充混凝土；所述现立交系统结构的墩柱抗剪、抗拉钢筋配置的关键是在底板、顶板位置设置抗剪钢筋以及其他抗剪措施，同时验算底板、顶板位置混凝土抗剪以及承载力受力分析，具体包括：

(1)抗剪钢筋配置

在底板上的箍筋采用Φ10mm@200mm×300mm钢筋、底板、顶板上与钢柱连接筋采用Φ25mm@100mm布置，焊接长度满足焊接要求；墩柱顶与底部位置设置11根Φ32mm钢筋的附加筋，并与钢管柱抗拉钢板连接设置；

(2)钢管混凝土柱与结构顶板抗剪环设置

在钢管柱与顶板连接位置，设置上下两层钢环，上钢管为抗拉钢板、下钢板为抗压钢板，钢板与钢板之间设置抗剪钢板抗剪钢牛腿；焊缝满焊；主要目的还是增加钢管柱与底板或顶板内暗梁接触面积，保证有效传力；顶板结构钢筋遇钢管结构时，结构钢筋断开，并与钢管柱采取焊接方式连接；同时钢管柱周边设置附加筋进行加强；

本发明的有益效果是本施工方法能够解决了在地下通道施工前可先行施工上部匝道桥的组织任务。首先是基于传统思维考虑，桩是个独立体系，能够满足桥梁承载需求，然后再进行了一次受力体系转换。满足桥梁与地下通道整体不均匀沉降控制，最后满足地下空间需求，规划地铁拆除桥桩时也不影响桥梁整体受 力。

附图说明

图1为原立交系统结构截面示意图。

图2为现立交系统结构截面示意图。

图3为方钢管柱、钢套筒示意图。

图4为墩柱抗剪、抗拉钢筋配置示意图。

具体实施方式

本发明提出一种分离式立交系统施工方法，下面结合附图对本发明予以说明。如图1所示的原立交系统结构截面示意图。从图中，清楚的了解原立交系统工程包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；原立交系统的具体结构为：地下交通通道工程为框架结构，共五个通道；其中地上匝道桥墩柱7与五通道的中央通道桥墩柱5连接成一体结构；并与通道基础地板4牢固连接；在通道基础地板4上面由地下通道隔墙9分隔成5条地下通道2，地下通道隔墙9顶面浇筑地下通道桥顶板8，地下通道桥顶板8上面铺设地上路基6和地上道路3；在中间的地下通道2两边的地下通道隔墙9顶面竖直浇筑地上匝道桥墩柱7和中央通道桥墩柱5，中央通道桥墩柱5之间为地下通道隔墙9；两根地上匝道桥墩柱7顶端连接匝道桥1；匝道桥1内铺设高架或高速路路面10；通道基础地板4下面为预设地铁区域11；5条地下通道2及通道基础地板4下面的预设地铁区域11的周围为排桩+止水帷幕桩支护结构12；

旧桩承台受力数据，然后进行旧桩直接转换承台受力，在桩结构设计时扩大受力面积，新建结构设计时首先考虑新建桩的结构设计：桩结构设的重点在于独桩独立承受匝道桥墩柱和上部结构承载力，同时考虑在地下通道施工时，怎么将桩基承载力转换为扩大基础承载；同时考虑桩与地下通道上顶板、地板以及侧墙结构处理以及路面结构部分连接部分处理空间；分离式立交系统施工方法具体包括：

1.原立交系统结构主要包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道工程施工；地下交通通道工程为框架结构(如图1所示)，共五个通道，地上匝道桥墩柱与五通道中央通道桥墩柱连接成一体结构；基坑深度10m，采用排桩+止水帷幕桩支护结构，地下通道桥顶板厚0.8m，排桩+止水帷幕桩支护结构的竖向结构墙厚 0.8m，中央通道桥墩柱位置处墙厚1.6m，通道基础地板厚1.0m，结构净高为6.76m，结构强度C40；地面道路上竖立地上匝道桥墩柱，地上匝道桥墩柱为1.6m×1.6m矩形墩柱，结构强度为C40；地上匝道桥墩柱顶端为预制小箱梁，长度为120m，桥宽18m；

2.现立交系统结构主要包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；地下交通通道工程为框架结构(如图2所示)，共五个通道，地上匝道桥墩柱与五通道中央通道桥墩柱连接成一体结构；中央通道的两边通道下面为预设地铁空间；在预设地铁空间的五通道中央通道桥墩柱位置设置与中央通道桥墩柱一样的摩擦桩13；匝道桥墩柱的设计、施工方法包括：

(1)钢筋混凝土钻孔灌注桩：匝道桥墩柱在地下通道下桩，下桩外径 Φ1.8m，桩长35m，桩插入卵石层，桩中预留4根DN32mm×2.75mm注浆管，作为桩后注浆工艺使用；DN、D均为直径；

(2)采用钢管柱+钢套筒支撑：自匝道桥盖梁下方至地下通道结构下方2.5m， 接钢筋混凝土钻孔灌注桩采用D1000mm×20mm钢管柱19，钢管柱外套DN1800mm×14mm 钢套筒22，在钢管柱与钢套筒之间在地下通道施工之前地下通道结构下浇筑C40细石混凝土，在地下通道与地面上的钢管柱与钢套筒之间填充细砂。施工结构时逐步拆除钢套筒。钢管柱与钻孔灌注桩之间安装钢管柱定位器，内部吊装，第一次混凝土浇筑至一次混凝土面，下放钢管柱，钢套筒，钢套筒至混凝土面下1m，浇筑混凝土至通道基础地板下。(如图3所示)

(3)钢管柱与永久墙以及方形墩柱结合处理：原设计地上匝道桥墩柱以及地下通道内结构暗柱为1600mm×1600mm方形柱。此次设计初期支撑位D1000mm×20mm钢管柱，钢管柱上加工有直径为25mm抗剪栓钉23，抗剪栓钉长100mm，抗剪栓钉的竖向间距为150mm。钢套筒在施工结构时拆除，清理钢套筒筒与钢管柱之间的填砂，然后在抗剪栓钉外侧安装方柱竖向主筋，环向安装构造钢筋与抗剪栓钉加固连接在一起，后安装模板浇筑正式方柱结构(如图3所示)；

(4)钢管柱内抗压、抗弯设计：钢管柱为D1000×20钢管柱，钢管柱作为永久受力结构，为提高钢管柱耐久性，钢管柱内安装钢筋笼，同时灌注混凝土，钢管柱内钢筋笼与匝道桥盖梁钢筋相连(如图3所示)。

3.正式结构的桩的抗剪处理

如图4所示关键在底板、现立交系统结构的墩柱抗剪、抗拉钢筋配置为：在正方墩柱的中心部位竖直钢管柱，钢管柱设置加强箍筋14和螺旋箍筋15，二者之间用抗拉钢板17连接，螺旋箍筋15的圆环内布置辐射抗剪钢板18，在正方墩柱外框内有平行布置抗剪钢环或抗剪钢板16；正方墩柱内、外填充混凝土；所述现立交系统结构的墩柱抗剪、抗拉钢筋配置的关键是在底板、顶板位置设置抗剪钢筋以及其他抗剪措施，同时验算底板、顶板位置混凝土抗剪以及承载力受力分析，具体包括：

(1)抗剪钢筋配置

在底板上的箍筋采用Φ10mm@200mm×300mm钢筋、底板、顶板上与钢柱连接筋采用Φ25mm@100mm布置，焊接长度满足焊接要求；墩柱顶与底部位置设置11根Φ32mm钢筋的附加筋，与钢管柱抗拉钢板连接设置；

(2)钢管混凝土柱与结构顶板抗剪环设置

在钢管柱与顶板连接位置，设置上下两层钢环，上钢管为抗拉钢板、下钢板为抗压钢板，钢板与钢板之间设置抗剪牛腿20；焊缝满焊；主要目的还是增加钢管柱与底板或顶板内暗梁接触面积，保证有效传力；顶板结构钢筋遇钢管结构时，结构钢筋断开，并与钢管柱采取焊接方式连接；同时钢管柱周边设置附加筋进行加强；

综上所述，本发明在原设计匝道桥承载力位于地下通道结构受力基础上进行独柱与二次结合分析，解决钢柱与结构柱及钢柱与结构基础承载受力以及托换问题的研究。以立交分离式桥梁、地下通道为背景、借用地铁洞桩法以及地铁基坑格构柱托换正式结构等成熟工法，保证整个支护体系的安全，其可借鉴的特点以及优势在于：一是桩基与地下通道受力合理、传力清晰，各环节的结构刚度均能满足受力需求，托换后整体结构沉降恢复至原设计状态，解决了不均匀沉降问题。二是不管后期规划地铁结构是否需要拆除桩基还是地铁施工，相当于提前对立交结构进行了加固，降低了地铁施工对穿越段结构的影响。三是合理利用传力问题，施工方便、缩短施工周期，解决工期和施工组织需求，实现了项目的经济和社会效益，具有推广和借鉴意义。

Claims (1)

1.一种分离式立交系统施工方法，其特征在于，原立交系统工程包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；原立交系统的具体结构为：地下交通通道工程为框架结构，共五个通道；其中地上匝道桥墩柱（7）与五个通道的中央通道桥墩柱（5）连接成一体结构，并且地上匝道桥墩柱与通道基础地板（4）牢固连接；在通道基础地板（4）上面由地下通道隔墙（9）分隔成5条地下通道（2），地下通道隔墙（9）顶面浇筑地下通道桥顶板（8），地下通道桥顶板（8）上面铺设地上路基（6）和地上道路（3）；在中间的地下通道（2）的两侧的地下通道隔墙（9）顶面竖直浇筑地上匝道桥墩柱（7），在中间的地下通道的两侧的地下通道隔墙的两侧浇筑中央通道桥墩柱（5），中央通道桥墩柱（5）之间为地下通道隔墙（9）；两根地上匝道桥墩柱（7）顶端连接匝道桥（1）；匝道桥(1)内铺设高架或高速路路面（10）；通道基础地板（4）下面为预设地铁区域（11），在5条地下通道（2）及通道基础地板（4）下面的预设地铁区域（11）周围设置排桩+止水帷幕桩支护结构（12）；

新建结构设计时首先考虑新建桩的结构设计：桩结构设计的重点在于独桩独立承受地上匝道桥墩柱和上部结构承载力，同时考虑在地下通道施工时，将桩基承载力转换为扩大基础承载；同时考虑桩与地下通道桥顶板、通道基础地板、侧墙结构与地上道路的连接部分的处理；

分离式立交系统施工方法具体包括：

1）对数据分析，原立交系统结构的基坑深度为10m，地下通道桥顶板厚0.8m，排桩+止水帷幕桩支护结构的竖向结构墙厚0.8m，中央通道桥墩柱位置处墙厚1.6m，地上路基厚1.0m；地上匝道桥墩柱为1.6m×1.6m的矩形墩柱，结构强度为C40；地上匝道桥墩柱顶端的匝道桥（1）为小箱梁，长度为120m，匝道桥宽18m；

2）进行现立交系统结构设计，现立交系统结构主要包括地下交通通道工程、地面道路工程以及地上匝道桥工程；地下交通通道工程为框架结构，共五个通道，地上匝道桥墩柱与五个通道的中央通道桥墩柱连接成一体结构；其中，在预设地铁空间的五通道的中央通道桥墩柱位置设置与中央通道桥墩柱一样的摩擦桩（13）， 摩擦桩设计长30m，摩擦桩直径为1.8m，摩擦桩混凝土为C25、采取水下灌注混凝土施工；摩擦桩采用旋挖钻泥浆护壁成孔施工；中央通道桥墩柱考虑独桩独立承受地上匝道桥墩柱和上部结构承载力，同时考虑在地下交通通道工程施工时，将桩结构承载力转换为扩大基础承载，将矩形的地上匝道桥墩柱改变为方形，扩大地上匝道桥墩柱承载面积，以上结构的具体施工包括：

（1）钢筋混凝土钻孔灌注桩：在地上匝道桥墩柱处下桩，桩插入卵石层，桩中预留4根注浆管，作为桩后注浆工艺使用；

（2）采用钢管柱+钢套筒支撑：自匝道桥盖梁下方至地下交通通道工程下方2.5m，连接钢筋混凝土钻孔灌注桩；钢管柱外套钢套筒，在地下通道下方的钢管柱与钢套筒之间浇筑C40细石混凝土，在地下通道与地面上的钢管柱与钢套筒之间填充细砂；施工结构时逐步拆除钢套筒；钢管柱与钻孔灌注桩之间安装钢管柱定位器，内部吊装，钢筋混凝土钻孔灌注桩的混凝土浇筑分两次浇筑，第一次浇筑至钢套筒的下方，吊装钢管柱至设计标高，二次混凝土浇筑至钢管柱定位器标高，调整定位及垂直度；

（3）钢管柱与地下通道隔墙以及方柱结合处理：钢管柱上加工有直径为25mm、长100mm的抗剪栓钉，抗剪栓钉的竖向间距为150mm；钢套筒在施工结束时拆除，清理钢套筒与钢管柱之间的填砂，然后在抗剪栓钉外侧安装方柱竖向主筋，环向安装构造钢筋与抗剪栓钉加固连接在一起，后安装模板浇筑成方柱；

（4）钢管柱内抗压、抗弯设计：钢管柱作为永久受力结构，为提高钢管柱耐久性，钢管柱内安装钢筋笼，同时灌注混凝土，钢管柱内钢筋笼与匝道桥盖梁钢筋相连。

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