1、1桥梁建设时与地下管线关系的处理摘要 :城市桥梁在具体实施建设的过程中，常常因各种各样的原因与现有的地下管线相互冲突，或是因为桥梁基础位置直接与管位重叠，或是因为桥梁基础施工时可能对原有管线造成多重不利影响等等。文中通过三个工程实例，从规划、设计及施工等多个途径，试图来探讨化解这一困局的方法，期望能为在工程进行中遇到类似矛盾提供解决的不同方案。 关键词 :基桩；管线；影响；保护 AbstractUrban bridges in construction conflicted with existing underground pipelines frequently for a variety
2、 of causes. It was usually caused by the overlap between the bridge foundation and the pipeline,adverse influence to the existing pipelines by construction of bridge foundation,etc. From three cases，the paper tried to find effective methods for resolving the dilemma through planning，designing，constr
3、ucting,etc. And the methods may be referenced to other similar circumstances. keywordsfoundation piles; pipeline; influence; protection 中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 21 引言 随着城市化建设的日益快速以及人们对于生活要素的日益依赖，各种服务大众的管线遍布我们的周边，而为了达到对城市空间的立体化利用，越来越多的管线暗藏于地下。城市桥梁的建设则越来越多与地下管线形成冲突点。由于城市桥梁与地下管线都具有公共服
4、务性质，任意一方的建设或使用遭受阻碍都将影响到公众对于公共产品的使用。为避免该情况发生，就需妥善处理两者之间的关系，以尽可能小的代价实现矛盾的妥善解决。 2 工程实例 以下通过三个工程实例来说明对于桥梁建设与地下管线关系的处理。2.1 上海某高架建设中桥梁与管线的协调 浦东某高架主线桥分为两幅，总宽 28m，单幅车行道宽度 12m。第十一联位于 R=700m 的（左偏）圆曲线上，跨径为 30+30+40+30+30m，其中跨分别跨越了宽约 8.5m 的道路、2 根架空热力管及规划铁路。第十一联上部采用变截面连续箱梁,梁底为折线,箱梁跨中高度为 1.6m，墩支点梁高 2.0m，下部结构桥墩采用独
5、柱独立基础,桩基采用 D80cm 的钻孔灌注桩。高架桥梁的施工因某些原因搁置了较长时间，期间在横穿道路西侧人行道位置进行了拖拉管的施工作业，拖拉管内有多种电力电信的管线，且埋深有 7m 多，往东则还平行设置有 1 根浅埋的燃气管与 1 根雨水管。第十一联右幅的西侧主墩已施工了 2 根基桩，其他基桩则与管线位置冲突，无法继续施工。初始阶段从本工程整体布局考虑，因牵涉因素过多，改3桥梁跨径并不合适，遂考虑右幅的西侧主墩承台顺拖拉管方向调整，桩位相应变化，左幅的西侧主墩承台则跨越拖拉管布置，立柱及上部结构仍按原设计实施。该方案可避免原有管线的搬迁，对于桥梁上部结构也没有变化，但该方案中 2 根已施工
6、基桩的利用带来一定困难，结构形式的异型及工程材料的稍许浪费在所难免。另外，左幅的西侧主墩基础施工时，将大面积破除横穿道路的路面结构，很难满足施工期间维持非机动车及行人通行的要求。 经业主积极与管线部门沟通，得知该拖拉管所包含多种电力电信的管线均为临时设置，可实施搬迁。业主单位便与各管线单位总体协调，达成一致协议，管线及时得到搬迁，桥梁工程也得以继续按原设计施工，保证了项目的按期实施。 2.2 上海某高架建设中对管线的保护方案 浦东某高架最后两联桥由北向南共分为四幅桥，其中三幅已经大部完成，而主线右幅桥即自北起第三幅桥因某些外界因素而未实施。在条件成熟后，主线右幅桥恢复施工，并由东向西开始施工桩
7、基，在施工至P52 墩基础时，发现管线布位已有变化，某根重要水管已经完成穿越该高架的施工，该管轴线与高架道路中心线法线成 333712“夹角，大致交于 P52 墩中心线以东约 1m，该管外径 2.2m，材质为玻璃钢夹砂管，该段管道采用顶管施工，长度为 81.914m，竖向标高由-6.6m 渐变至-5.1m。据估计，管位平面横向偏差最大在 0.51.0m。由此导致高架主线右幅P52 墩原设计桩基已经无法施工。 经与相关部门协调，因该水管已经施工，且通水时间较紧，不能进4行水管管位调整。而受整个工程总体布局，P52 墩必须位于原设计位置，因此，该墩桩基需根据水管位置相应进行调整。在保证桥梁设计使用
8、钻孔灌注桩，且桩边与水管管边距离不小于 3m 的前提下，根据水管的埋深，高架承台及立柱设置在水管上方，对水管不会产生不利影响。 于是设计考虑将承台与水管垂直布置，灌注桩则布设在水管两侧，则立柱及上部结构可按原设计施工。该联箱梁的跨径布置为30m+30m+30m，为等高度箱梁，梁高 2.0m，梁宽度为 13m，单向三车道，立柱高 3.3m，调整后承台长 16.5m，宽 7.2m，高 3.5m，长轴与高架纵轴线成 35夹角，共设置 12 根 D100cm 钻孔灌注桩。计算采用 Ansys 有限元程序，承台采用 Solid95 单元，立柱采用 Solid95 单元，桩采用Solid95 和 BEAM
9、4 单元，土弹簧采用 Link8 单元。计算模型如下图。 图 1 计算模型 Fig. 1 The calculation model 通过 Ansys 计算得到的承台内力如下图所示。 图 2 承台弯矩图 Fig. 2 Moment curve of the Pile caps 图 3 承台剪力图 Fig. 3 Shear curve of the Pile caps 考虑到本工程承台受力模式接近梁的受力模式，故按梁的计算模式5进行配筋计算，并进行强度和刚度的复核。 承载能力极限状态组合下，承台最不利截面的抗弯承载能力为103763.8kNm43704.2kNm，满足规范要求；且据计算，可不进行
10、斜截面抗剪承载力的验算，仅需按构造配筋；柱向下冲切的承载能力为20696kN14881.9kN，亦满足规范要求。 持久状况正常使用极限状态下，对承台的抗裂性能进行验算，计算结果如下表所示。从表中可以看出裂缝宽度能满足要求。 表 1 裂缝计算表 Table 1 Calculating crack width 施工结束后，本桥结构满足要求，顺利通过了竣工验收，投入使用后也无异常情况，水管也处于正常使用状态。 2.3 上海某小桥设计时对管线的保护措施 2.3.1 概况 在本工程设计道路中心线南侧约 2.9m 处敷设有一根管径 3.5m 的混凝土污水总管，管底标高在-5.01-5.32m 之间，污水管
11、管顶覆土厚度为5.06.0m，而规划河道与本工程道路轴线正交，平面上与污水总管交叉，且在道路跨越河道处需建桥。于是河道、污水总管及桥梁重叠在了一起，具体详见下图。 图 4 污水管、河道及道路关系图 6Fig. 4 Relationship of the Sewage pipe、the river way and the road 污水总管、河道与桥梁三者之间互相影响、相互干扰会带来诸多矛盾：首先，要在污水总管上方开挖河道会造成管顶覆土厚度减薄，可能无法满足抗浮的要求；其次，直接开挖河道会导致管道上拱，严重时会引起管道接头拉开，造成渗漏水并引起附近土体流失，日积月累，周边土体被掏空，引起污水总管
12、破坏；再次，桥梁下部桩基施工会对污水总管周边土体产生扰动，严重时可能危及污水总管安全；最后，因桥梁是建于污水总管的上方永久构筑物，会影响本段污水总管的日后维修作业。据查，搬迁该污水管几无可能，而经多方协调，该河道也基本不存在改线的可能性，此外，因河道排水功能及清淤需要，本工程道路必须以桥梁形式跨越河道。鉴于此，维持现状污水总管不动，在水务规划蓝线位置开挖河道，在河道上方建造桥梁的总体方案。 2.3.2 桥梁设计 设计将桥梁跨径布置为 313m，桥梁上部采用常规预应力空心板梁，桥梁下部采用桩+承台+立柱+盖梁的结构形式，基桩选用钻孔灌注桩，避免振动及挤土效应引起污水管损坏。根据道路横断面布置，本
13、桥横向分为三幅，分别是两侧的非机动车道桥及中间的机动车道桥。两侧非机动车道桥距污水总管外缘均超过 12.5m，桩基施工基本不会对污水总管产生影响，采用常规的排架式墩台。机动车道桥位于污水总管的上方，需特殊设计。 7根据相关规范的有关规定， “排水管道与建筑物水平净距，管道埋深浅于建筑物基础时，一般不小于 2.5m，管道埋深深于建筑物基础时，按计算确定，但不小于 3.0m。 ”本方案将总管两侧的基桩中心距拉大到12m，桥梁下部结构与管道的关系图详见下图。 图 5 桩基与管道位置断面图（单位：mm） Fig. 5 The section of the foundation and the pipe
14、 从图可看出，通过拉大桥梁桩距，桥梁基桩距污水总管外缘的净距大于 3.5m，为确保安全，钻孔灌注桩施工时采用护筒打至管底标高，确保钻孔灌注桩施工时，管道基础范围内不发生塌孔。 采取上述措施，桥梁下部结构的费用有所增加，但增加不多。 2.3.3 管底及周边土体进行加固 （1）管道保护要求： 考虑到该污水总管的重要性，结合类似工程经验，确定本次污水总管保护要求：单次上拱变形量3mm，累计上拱变形量8mm。 （2）河道开挖对管道的影响 根据地质资料，本节点范围内地表 30m 以下均为软弱土层，土体的回弹指数较大，河道开挖时，土体自重应力释放产生卸荷作用，导致河床底土体向上回弹变形。此外，开挖河道卸荷
15、是不均匀的，河道边坡土体向坑内侧移及挤压，引起坑内土体隆起变形。回弹及隆起的综合作用会引起污水总管的上拱变形，可能引起管道接头拉开，造成管道渗漏水，掏空管底地基，造成污水管破坏。 8（3）模拟计算 为避免上述情况发生，设计考虑通过对原有管道基础以下及周边土体进行压密注浆加固的方式，增加土体强度，减小土体的回弹指数，将河道开挖时的上拱变形控制在容许范围内。 设计将河道开挖简化为平面应变问题，间接分析河道开挖引起的管道上拱变形。分析采用的河道断面参数如下：河道开挖深度为 4m，河底宽度为 10m，河道边坡坡度为 1:2.5，河口宽度为 30m。 根据地质资料，选用计算的土工参数，具体参数见下表。
16、表 2 土层计算参数表 Table 2 Soil parameter list （4）解决措施 以下列出五种解决措施，并分别予以模拟计算。 第一种措施为计算管底土体不进行加固处理而直接河道开挖引起的管道上拱变形情况。第二五种措施均考虑在河道开挖前，先对管底及周边土体进行注浆加固，以增加管底土体强度，减小土体的回弹指数，从而控制管道上拱变形，不同的是对沿管道纵向加固区长度分为10m、20m、30m 及 40m 的四种情况。 管道注浆加固横向示意图详见下图。 图 6 注浆加固断面图 Fig. 6 The section of grouting reinforcement 9将加固与未加固各工况的管
17、道上拱变形进行比较，比较图如下。 图 7 土体变形比较图 Fig. 7 Comparison of the soil deformation 土体的上拱变形随着加固区长度的增大而降低，当加固区长度超过河口宽度后，上拱变形的下降速率逐渐降低，从上图可看出加固区长度为 30m 时，河道开挖引起的管道最大上拱变形为 3.5mm3mm，无法满足管道保护要求。当加固区长度加大至 40m 后，河道开挖引起的管道最大上拱变形为 1.9mm，能满足管道保护要求。 通过以上分析，考虑在污水管底进行双液注浆加固，注浆深度为5m，注浆加固区长度取 40m，注浆孔沿斜向打设，注浆加固时应严格将注浆压力控制在 0.20
18、.5MPa 之间。 2.3.4 防冲板设计 为使污水管抗浮安全系数满足规范要求，确保污水管管顶覆土安全，设计考虑在管道以上部分河床底浇筑 10m 条状钢筋混凝土防冲板，为避免冲刷防冲板两侧向下延伸 0.7m，具体详见图 6。计算得知，河底浇筑钢筋混凝土防冲板后,污水管空管的抗浮安全系数达到 1.22，已能满足规范要求。 2.3.5 管道内部加固处理 桥梁建好后，因桥梁骑在污水管上方，会造成该段管道维修困难。故考虑于管道内部采取措施对管道结构进行加固，以降低管道损坏的可能性，从而避免该段管道日后的维修施工。具体加固方案是在管道接头10内侧设置橡胶止水板并采用不锈钢条固定。 通过以上管内加固处理，
19、即使管道接头产生微小裂缝也不会造成渗漏水，这样可大大降低该段管道损坏的可能性，从而减少管道维修的可能性。 经多方努力，桥梁得以顺利施工，污水管也未出现异常。 3 结论 （1）城市管线的排布应符合相关规划，以免产生与其他构筑物相冲突的情况；桥梁设计也应充分收集管线资料，以防在施工中破坏地下管线。 （2）若桥梁与管线冲突问题无可避免，则应从整体社会效益等方面出发，统一协调问题的处理。 （3）桥梁调整在避让地下管线时应多角度，多方面地提出措施，在保证自身结构安全的同时，须落实对管线的保护。 参考文献 1 刘玉柱桥梁桩基础对地下已有管线的影响分析J 山西交通科技，2003，157(03）：65-66、86 Liu Y Z. The Analysis of Bridge Pile Foundation Influencing on Undergr0und PipelineJ. Shanxi Science&Technology Of Communications,2003,157(03):65-66、86(in Chinese) 2 鲍锦德，景天然桥梁桩基施工中管线保护问题探讨J 上
