地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术

摘要：在地铁设计与施工中，经常遇到地铁区间、车站需穿越城市既有桥桩和房屋基础的情况，在改线和撤迁无果时就需要对既有桥桩或房屋基础进行加固或托换处理。此时，如何保障既有桥桩或房屋的安全与正常使用是整个托换的根本。文章结合工程实际，提出了主动与被动相结合的托换技术。

关键词：地铁；桩基；应用

中图分类号： U231 文献标识码： A

引言

目前我们国家的城市处在一种不断的朝着大规模以及现代化的趋势发展，城市的空间不断的缩减，建设地铁和商场之类的地下装置是合理的应对目前活动的一个措施。要对之前的建筑体的基础开展托换设置。对于地铁建设工作来讲，如果其面积非常宽广，受力性非常高的时候常用桩基来处理。

一、桩基托换的分类

（一）、主动托换和被动托换

主动托换技术是指在卸载之前，原桩对托换体系和新桩施加荷载，被托换体系长期变形的时空效应才能部分的消除，运用顶升装置进行动态调控上部的变形及荷载。当托换建筑物的变形控制要求严格、托换荷载大时，为了保证变形要求需要通过主动变形调节，即对新桩和托换结构在被托换桩切除之前，施加荷载，在上顶力的作用下，使被托换桩随托换梁一起上升，从而上部建筑物荷载在被托换的桩截断后，全部转移到托换梁上，避免导致上部建筑物产生较大的沉降，同时部分新桩和托换结构的变形，通过预加载可以消除，在较小的范围内控制托换后桩和结构的变形。因此，主动托换的变形控制具有主动性。被动托换技术是在卸载的过程中指原桩，随托换结构的变形其上部结构荷载被动地转换到新桩，托换后无法进行调控上部结构的变形。一般在托换荷载较小的托换工程中使用被动托换技术，其相对可靠性较低。当托换建筑物变形控制要求不甚严格、托换荷载小时，可以在托换结构完成后，依靠托换结构自身的截面刚度，即将上部荷载在托换桩切除后，直接通过托换梁(板)传递到新桩，而不使用其它的变形调节措施。桩和结构的变形在托换后不能再进行调节，由托换结构承受变形的能力控制上部建筑物的沉降，变形控制为被动适应。

（二）、桩式托换和桩-梁托换

桩式托换的原理是将上部荷载通过新增承台作为转换结构，传递到托换桩上，其特点是在隧道上方有条件布置托换桩。适用条件:区间隧道施工托换桩所处地层的承载力满足，对托换结构体系的影响较小，由于隧道在很小的范围内可控制施工引起的变形。采用门架式布置桩-梁托换，先将荷载传递到托换大梁上，再将荷载通过转换梁传递到托换桩上。其特点是地铁隧道施工对托换结构的影响较小，门架式托换结构横跨隧道上方，但托换大梁的尺寸较大。

典型托换桥梁与隧道关系如图1所示。

图1典型托换桥梁与隧道关系(单位:cm)

二、工程概况

机场路隧道起止里程为DK165+420～DK170+920，全长5500m，全隧采用明挖顺作法施工。隧道进口位于成都南站，线路紧沿机场高速公路左侧辅道行进，出口止于文昌路附近。如图2所示，隧道先后穿越了三环路蓝天立交匝道桥、西环联络线铁路桥、4处机场路人行天桥以及成雅高速公路立交桥，该7处桥梁基础与隧道发生干扰，为了保证隧道顺利通行及上部桥梁结构的安全设计采用桩基托换方案。

图2工程平面位置示意

三、桩基托换施工技术要点

（一）、新旧界面连接技术

原结构与托换结构之间的连接，从凿毛+构造锚筋，到柱齿槽+锚筋，前者用于中小轴力的剪力传递，后者用于大轴力。锚筋只是构造措施，一般的多层建筑的托换轴力，采用后者即可，清洗并涂界面处理剂在新旧混凝土之间，梁采用补偿收缩混凝土。

（二）、预顶、顶升和稳压技术

在当前的桩基托换中预顶技术普遍应用，在静压桩托换中稳压封桩技术必须应用，以消除桩的初始变形。要采用顶升技术，对变形控制特别严格的建筑物进行施工，顶升量一般1～3mm。一般采用分级加载和卸载预顶、顶升，需要钢管垫块和自锁千斤顶安全装置。

（三）、断桩与切桩方法

一般要切断原桩与新托换结构的联系，在桩基托换完成后，通常将荷载采用预顶与切割依次进行，分步转移到新的结构上。当隧道范围内的桩身为素混凝土时，对侵入隧道的桩基，可采用盾构切削；当为钢筋混凝土桩，钢筋直径小于12mm时可以切削，否则要采用人工凿除。主要目的是可根据地质情况，切断钢绞线或者大直径钢筋，采用盾构开仓凿除，也可采用原桩钻孔爆破振松混凝土的方法，还可采用人工小竖井凿除。

基础托换技术造价较高、难度高、工期长，必须安全施工、精心设计，施工前要详细勘察建筑物的地基情况，对已建成建筑物的桩基的结构受力情况和类型详细了解，以便确定合适的技术和托换桩。值得注意的问题主要有以下几点，做好一下几点才可以保证工程的顺利实施。

a.确保许多全新建筑体的托换点和设置好的建筑体连接活动顺畅。在开展托换的时候，会由于力的聚集而使得构造出现不利现象。

b.将整体的构造特征进行细致的分析。对构造现状的分析具有一定的时代意义，特别是对当前受力性等等的分析具有关键性的意义。

c.该方案的选取会受到场地的影响，受到挖掘基础以及降雨等等的一些要素的干扰。因为地基形式很多，而且其非常繁琐，同时由于多种要素入地基和基础互相的反应等的存在，使得其必须要使用优秀的监测方法，对其开展综合化的管控工作。

d.结合设置好的建筑体和附近的环境等要素，明确托换构造的种类和建设的措施等。

四、桩基托换施工方案

（一）、施工前技术准备

(1)施工前编制实施性施工方案，制定现场作业管理办法，对参加的施工人员进行岗前培训，针对本工程制定技术难点、重点及科研攻关计划。(2)工程施工前，由业主、设计、监理、项目部及相关产权单位四方对既有桥梁现状进行调查。对桥梁现有裂缝、沉降状况、倾斜度及其他结构缺陷等情况全面检测并备案。在工程施工对该桥梁影响基本消除后进行相应对比复查，以掌握桩基托换施工及隧道施工过程中对桥梁的影响情况。(3)建立环境及施工监测系统，对施工可能影响范围内的桥梁、地下管线、地层水文地质等周边建立裂缝、倾斜、沉降、位移、地下水位变化等建立监测项目，并随工程进展情况实施跟踪监测。

计算采用SAP84V6.5有限元软件，按荷载-结构模式，三维模拟托换结构体系的受力情况；土体与桩基的相互作用采用只压弹簧单元模拟，托换梁采用梁单元模拟，边界采用位移边界条件，其空间实体计算模型如图3。根据分析可知，车站基坑开挖至设计基底后且桥桩第一次截断前，为托换体系最不利受力阶段。由于托换桩按摩擦型桩设计，进入密实卵石层较深，因此，本模型未计算桩底土层压缩沉降，只考虑桩身压缩变形、约束桩端竖向位移、围护桩承受侧土压力。桩端压缩变形单独计算，后计入托换结构总位移。

图3结构空间计算模型图

（二）、托换桩施工

根据既有桥梁下部净空情况，我单位全部采取冲击钻机施工。每根托换桩施工需预埋2个钢筋计，目的是监测桩基在托换过程中内力变化情况。托换桩施工尤其注意桩基底部沉渣厚度控制，防止顶升过程中，桩基发生过大沉降。

（三）、托换梁基坑开挖及防护

托换桩帽施工，需开挖基坑深约6～8m，为了保证基坑稳定，托换梁两端受交通影响，周边设置了围护桩进行防护，基坑其余地段采用放坡开挖，开挖时采取分层开挖，每层高度1m，采取边挖边护的方式，放坡支护采用挂设网片喷锚支护。

（四）、托换桩帽施工

桩帽施工前首先进行完整性检测托换桩桩体，检测合格后才能施工托换桩帽。在及对应托梁底桩帽施工时需预埋一排钢筋，作为桩帽与托梁的连接钢筋。设置的2根钢筋在原每个托换桩体内，桩帽砼浇筑前需引出桩帽，以便顶升时进行监测桩体受力变化情况。为了千斤顶加载过程中托换梁底部及桩帽表面混凝土不被压碎(见图4)，在桩帽顶部及托换梁底部，千斤顶安装位置预埋3cm厚钢垫板。千斤顶顶升空间要根据千斤顶的行程量及人员能够操作的空间合理留设，本工程设定为55cm。

图4 托换梁抱柱部分企口构造( 单位: cm)

（五）、托换大梁施工

顶部使用砂子回填至托换梁底设计标高，施工之托换梁底部垫层。钢筋绑扎前埋设托换梁底部钢板垫块，在桩帽上方需埋设3根168mm钢管及5根25mm镀锌钢管，用于托换梁与托换桩连接部位混凝土浇筑及注浆施工。梁部预应力按照图纸进行布设，在混凝土达到强度85%且不小于10d龄期后对预应力钢束张拉，预应力施工中严格对托梁进行变形监控。另外，托换大梁预留2个预应力钢束孔道，待后期因预应力松弛，上部结构加重等原因造成桥墩沉降与设计要求不一致时，再行张拉预应力钢束。

（五）、监测

施工监测是托换过程中的重要一环，通过现场实时监测数据验证相关设计指标，即时发现并纠正托换中可能出现的意外风险，防止事故的发生。重点监测部位和数据为：①托换粱跨中的竖向变形；②托换桩及临时立柱的竖向水平变形及内力变化；③托换桩顶桥面竖向位移变化。

结束语

为方便市民的出行和保证客流，客运专线以及城际铁路车站大多设置在城区范围内，铁路与既有建筑、桥梁、管线的交叉问题不可避免，对既有桥梁等结构采用桩基托换处理，可解决铁路与这些既有结构的干扰，减少或避免拆迁工作量，节约工程投资。可以预见，桩基托换技术在客运专线的铁路建设中将得到越来越多的使用。

参考文献

[1]杨晓杰，邓飞皇，聂雯，等.地铁隧道近距穿越施工对桩基承载力的影响研究［J］.岩石力学与工程学报，2006，25(6).

[2]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].隧道建设，2006(5).