地铁隧道穿越桥梁桩基的托换施工技术

【摘 要】随着城市基础设施的持续发展，地铁轨道交通呈现快速发展的趋势，但受原先城市规划的制约，新的地铁隧道在施工中将不可避免地会部分穿越既有建（构）筑物基础。本文以北京地铁十号线暗挖区间穿越某立交桥为例，对桩基托换托换原理、施工方法及其关键工作等做了详细介绍，为在复杂环境下进行既有桥梁桩基托换和承载力转换积累了宝贵的经验。

【关键词】地铁隧道；桥梁桩基；桩基托换；顶升

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

北京地铁十号线二期莲花桥站～公主坟站区间为暗挖区间隧道，位于西三环中路莲花桥与新兴桥之间，呈南北走向，由于区间北端隧道下穿新兴桥南异形板区8-3#、8-10#桥桩，该处异形桥为现浇预应力混凝土异形多孔连续板，板厚0.76m，跨径为13.5+19.5+19米，异形桥基础均为人工挖孔扩孔桩，桩径1.2m，桩长7.9m，上设6.5×3m承台、1.2×0.9m矩形墩柱，异形桥为独柱支撑异形板，此处隧道埋深约14.7m，桩底距隧道拱顶约3.9m，桩边距隧道中心水平距离仅1.4m，为保证既有桥梁结构及隧道施工安全，对这两处桥桩桩基进行托换加固。

二、桩基托换原理

在被托换承台两侧各施做一根新桩，桩顶采用扩大矩形桩头，新桩上架设钢托换梁，钢托换梁从两根原桩间承台下穿过并与原承台底面密贴，桩顶与钢托换梁间设置千斤顶，通过千斤顶预压顶升实现原桩与新桩之间承载力转换，达到顶升效果并稳定后分级截去原有桩基，施做钢梁外包钢筋混凝土形成新承台，形成新的完整的桥梁受力体系。

三、桩基托换的施工流程及方法

3.1施工流程

图1桩基托换施工流程图

3.2施工方法

3.2.1地面支撑体系施工

为了防止桩基托换施工时异形板桥面的沉降，对托换桩基处的异形板区域进行临时支撑，支撑采用φ609×14mm钢管。临时支撑设在托换桩的承台上，其墩柱四周共设置四根，每根支撑顶部设置一台200T千斤顶顶紧桥面备用，做为桩基托换施工阶段预防沉降的安全设施，根据墩柱或异形板沉降情况，同时或分别调整每个支撑顶处的千斤顶，确保异形板变形符合控制指标。

3.2.2托换新桩施工

8-3#、8-10#桥桩各施工两根托换新桩，桩径1600mm，桩长23m，桩顶设有桩基扩大头，桩身采用钢筋混凝土结构，混凝土为C30水下混凝土。托换桩采用后压浆工艺，桩顶高程以下一定范围内，桩外侧施做外包防水层作为负摩阻隔离措施。

由于托换桩位位于异形板桥下，桥下净高仅5.9m，由于桩径较大，桩基成孔若采用大型钻机机械，场地内作业高度不能满足施工要求，因此成孔工艺采用人工挖孔桩。

3.2.3承台基坑开挖施工

新承台基坑采用人工分层开挖，分层高度不超过1.5m，随挖随支护。由于场地条件限制，基坑采用1:0.3边坡。开挖时沿垂直边坡方向打设锚杆，锚杆采用Φ20螺纹钢，坡面挂网喷射混凝土。

3.2.4桩基扩大头施工

承台基坑开挖支护完成进行桩基扩大头的施工，待桩基及扩大头达到设计强度后，为了减少托换时桩基自身变形，根据施工现场情况对桩基进行逐级预压，每根桩预压总荷载4100KN，桩基变形稳定前预压荷载保持不变。

桩基扩大头钢筋绑扎前，按设计图纸加工预埋钢板，板面预留注浆孔、排气孔及上穿锚固钢筋孔位，孔位预留必须准确。桩基扩大头预留与钢托换梁锚固连接的钢筋采用钢筋接驳器连接，为了便于钢梁就位时接驳器不触碰钢梁底面，接驳器预留高度不得超过钢梁就位轨道高度。

混凝土采用C30微膨胀混凝土，膨胀率达到0.03％，混凝土浇注连续进行，一次连续不断的浇注完成。

3.2.5原承台粘贴钢板

为了使原承台与钢托换梁密贴并连接牢固，原承台底面先钻孔并粘贴钢板，待钢托换梁就位后，再与钢托换梁通过自切底锚栓锚固。

工艺流程：混凝土表面凿毛、打磨处理测量放线锚栓孔位钻孔清孔安装钢板封缝调胶、灌胶养护。

粘钢结构胶采用高强度、耐久性好、适合施工季节气温的A级钢板结构胶。粘贴钢板前，应先凿除原承台垫层，再对原承台底面凿毛找平处理，直至完全露出结构新鲜面，并吹去灰尘，用脱脂棉沾丙酮擦拭表面，在凿毛面放出钻孔位置并弹出墨线，以确定每处锚栓孔位。钢板粘结面，须进行除锈和粗糙处理，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至露出金属光泽。

3.2.6钢托换梁加工及安装

1、钢托换梁加工

钢托换梁为单箱双室结构，采用Q345D钢板，截面尺寸为9.1*1.9*1.0m（长*宽*高），钢托换梁在专业的钢梁厂加工。

钢梁的质量验收合格后，需进行防腐处理。先对钢托换梁做喷砂除锈处理，再对箱体内外采用热喷铝防腐，热喷铝涂层厚度应在80～100um之间。防腐处理完成经监理验收合格后方可运往施工现场。

2、钢托换梁安装

由于钢承台尺寸及重量较大，且安装位置在异形板桥下，拟采用35t汽车吊吊放至承台基坑附近，基坑施工钢梁就位轨道，将钢梁放入铺设好的轨道上，再用汽车吊、千斤顶、手抓葫芦配合，使钢承台大致就位，最后用经纬仪、水准仪精确调整其平面位置及高程，使钢托换梁顶板与原承台底面钢板密贴，位置准确后，待顶升千斤顶与工字钢安装调试完备后，使用自切底锚栓将两者锚固。

3.2.7顶升施工

1、托换桩顶千斤顶布设

钢梁就位后，安装桩顶千斤顶。千斤顶采用200T的顶升千斤顶，在每个桩顶布置2台千斤顶，总共可以给托换桩的墩柱提供800T的顶升力，考虑了2倍的安全系数；同时考虑托换桩的中心线偏离墩柱的中心线400mm，为了在调节千斤顶时两台千斤顶的压力一致，千斤顶沿墩柱的中心线对称布置。为了保证顶升过程的安全，每阶段顶升完成后将千斤顶螺旋锁死。顶升达到设计要求后，在每个桩顶在千斤顶两侧共布置12根工字钢，使千斤顶与工字钢共同承力，以保证顶升完成后钢梁的稳定和安全，防止千斤顶泄力不均或出现故障造成的严重后果。

2、顶升设备调试

为保证顶升施工中异形板结构安全，顶升过程控制采用计算机控制液压同步升降系统。调试的主要内容包括：液压系统检查；控制系统检查；检测系统检查；初值的设定与读取。为了使顶升过程中钢梁不发生水平位移，顶升设备调试完成后，将钢梁与原承台之间采用自切底锚栓锚固，再将桩基扩大头顶上预埋的锚固钢筋采用接驳器穿入钢梁之内。

3、顶升

1）顶升施工方法

顶升过程控制采用计算机控制液压同步升降系统，采用以力和位移控制方式来实现主动托换，每级顶升过程主要以力控制为主，最终以总位移完成顶升。起始施加500KN的顶力，并且每次以500KN为一级，逐级增加千斤顶的顶力，每级预定力需持续至钢托换梁变形稳定，如果持荷过程中预顶力有损失需及时进行补偿。当千斤顶与托换梁跨中相对位移达到5.1mm且相对位移及千斤顶高程稳定时停止增加顶力，由设计单位根据现场位移、应力监测数据及预顶力确定是否调整顶力或进行下一步工序施工。每级的顶升过程中，顶力预加完成后，及时向工字钢与钢梁之间填充钢垫块，保证钢梁的稳定性。

2）顶升过程控制要点

在顶升过程中，应保证新桩基与托换钢梁的受力和变形处在安全的范围内，同时保证在起顶过程中各液压千斤顶的顶升量同步。

①应力监控

为保证顶升过程中的安全，在试顶及正式顶升过程中要采用检测仪器加强对千斤顶的顶力及钢梁跨中的应力监测。在液压顶升过程中，随时观测新桩基与托换钢梁的变化情况，如有异常情况，应及时查明原因，并采取相应的措施。

②位移监控

在千斤顶的截面位置，每个液压顶位置均布设一个观测点，监测每级顶升钢梁的位移。根据实际情况，起顶过程大致分六级完成。

③顶升过程监测

为了保证各个液压顶保持同步，采取以下措施：

A、在托换钢梁与新桩基顶升位置的轴线处安装限位器，控制顶升速度和高度。

B、采用顶升法安装调试托换钢梁，因新桩基在顶升过程中产生应力重新分布，如果顶升力值过高，有可能给新桩基带来不利影响，所以要严格按照方案要求进行。其中总顶升高度不大于设计值，每级顶升后检查每个液压顶的顶升量是否一致，如不一致应进行调整，直至一致后才进行下一段顶升。

3）顶升施工注意事项

①由于顶升力处于托换钢梁与新桩基之间，在顶升时一定要采取顶力与位移双控制，并以位移为最终控制，确保顶升过程的安全。

②严格控制托换钢梁的变化值，并观察新桩基的变化，避免顶升力过高造成新桩基的损坏。

③顶升前要彻底检查顶升设备的工作性能，必须保证顶升设备的正常工作，并提前进行试顶和监测、维修、保养。

④顶升过程中由专业人员负责对液压站、液压分流系统的控制，保证同步顶升的正常进行。

3.2.8截桩施工

1、截桩施工原则

顶升达到设计要求并已趋向稳定，在承台以上结构保持平衡的条件下，逐根截去原桥墩的两根桩基，先截断离地铁结构较远的一根桩基，每根桩基均应逐级截除，每级截除比例为1/3桩～1/2桩～2/3桩～完全截除。

2、截桩施工方法

在截桩前，确认顶升达到设计要求后，立即将钢托换梁与工字钢之间的缝隙用钢楔或薄钢板楔紧，待结构及监测结果达到平稳后，实施截桩。截桩采用金钢链切割机切割，该设备具有振动小，噪音小，污染小等优点。

截断过程分级实施，每级截断的桩基部位及时用钢垫片楔紧，以保证钢梁的横向稳定，每级截桩实施时密切关注钢梁的监测变化，随时调整千斤顶顶力，以保证钢托换梁5.1mm的相对位移及原桥墩顶、墩柱对应异形板底高程保持不变。

3.2.9新承台施工

原墩柱桩基截断完成后，应调整墩顶标高，补充和恢复施工前期的沉降量后，并观测结构趋于稳定，千斤顶螺旋装置锁死后，将油缸与壳体焊死。待原承台植筋施工完成后，按照施工图纸进行新承台的钢筋绑扎，桩基扩大头预留钢筋与钢梁及新承台钢筋连接牢固，新建承台钢筋绑扎完成后，支立模板浇筑混凝土，混凝土应分层浇筑并振捣密实。

四、结语

桩基托换施工的关键技术和难点就是进行托换钢梁的顶升施工。运用上述施工方法成功的进行了异形板桥桩的桩基托换，降低了施工风险，有效地控制了桥梁的沉降变形，在保证桥梁结构安全的前提下，暗挖隧道施工顺利通过此桥梁基础。

参考文献：

［1］卜建清，孙宁等.桩基主动托换技术进展［J］.铁道建筑，2009（4）

［2］戴旗原,戴宝英.桩基托换安全技术[J].建筑安全.2006年01期

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