桩基托换施工技术实例分析

摘要：结合成都市北新干道高架桥桥墩桩基托换工程实例,从桩基托换体系的设计、施工步骤和监测以及施工注意事项等方面，简要对桩基托换施工技术进行了阐述，以期对今后类似桩基托换工程提供经验借鉴。

关键词：桩基托换施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1.引言

随着城市公共交通压力的增大，在城市中心区修建地铁来改善交通,越来越必要，而城市中心区内房屋建筑较为密集,要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的。常常被桥梁、高楼大厦的桩、柱等基础拦住去路。再加之随着以城市地铁为主体的地下公共交通设施的建设的大力发展，地下设施越来越拥挤，地下空间的利用不断立体化，城市建设呈现出地上地下表层浅层深度地下大深度地下的发展趋势，隧道从建筑物下通过，对建筑物自身的安全威胁也是不容忽视的。因此,必须根据隧道和建筑物的具体情况,对建筑物采取必要、有效的加固或托换措施，从而保证隧道顺利掘进和建筑物结构安全。采用托换技术能够有效地解决地基基础承载力不足或沉降失控问题。

2.工程概况

2.1.设计概况

成都市北新干道高架桥工程Ⅳ标段位于成昆铁路以北，全长583.98m，双幅上下行高架桥，桥梁宽度2×13.5m。桥梁上部结构为现浇预应力连续箱梁，共12联，下部结构为桩柱式结构，挖孔灌注桩基础。地铁一号线从高架桥XL3、XL5、XL6联桥下穿越， QD18-1、QD18-2两个桥墩φ180cm桩基与地铁线盾构区发生冲突，需要对其迁改。设计采取桩基托换方案，即在现有基础体系下设置一根长32×宽3.5×高3.0m的托梁托起既有QD18-1、QD18-2号桥墩，托梁下在地铁上下行线路中间布置一个桩基，在地铁盾构区域外分别布置一个桩基，利用托梁、承台、托换桩基进行体系转换。然后人工拆除既有桩基，以方便盾构通过。如图1所示。

图1 平面布置图

2.2.托换方案设计

托换采用主动托换体系。托换桩为人工挖孔桩桩, 托换梁采用型钢混凝土组合梁。托换梁在与原桥墩相交处采用“齿槽＋植筋＋预应力”的方式与原桥墩相结。顶升加载设备为ＱＦ350 20型、ＱＦ650 20型千斤顶及配套油泵,千斤顶行程为200ｍｍ,千斤顶最大压力3500KN、6500KN。如图2所示。

图2 桩基托换体系立面图

3．施工步骤

托换施工步骤为：托换桩施工预顶承台植筋托换梁施工预顶体系转换断桩封桩（预顶节点施工）

3.1.托换桩

托换工程共需在地铁上下行线路中间、地铁盾构区域外布置三根托换桩,分别为TZ1、TZ2、 TZ3。TZ1和TZ3为直径1.8m，TZ2为直径2.0m，托换桩采用人工挖孔灌注桩。

3.2.预顶承台

桩顶设置3.5×3.5×1.5m承台，承台顶面离托梁底面70cm，作为千斤顶顶升预留空间。为便于承台位置托梁的施工，及以后预顶时拆除方便，施工桩顶承台时需做好后浇带位置的处理。

3.2.1．预留一排钢筋的处理

为加强预顶承台与托梁的连接，承台需预留一排Φ16钢筋，该钢筋需进入承台内1.4m，进入梁内1.0m,由于要在后浇带位置安放千斤顶及钢管垫块安全装置，此排Φ16钢筋需在后浇带70cm范围内断开，待预顶后浇注砼前再连接。

3.2.2．预埋钢垫板、钢楔块

为保证托换体系加载过程中桩和梁底的混凝土不被压碎,同时保证托换体系加载完成后,千斤顶能够顺利取出、托换体系能够继续保持稳定，从而顺利浇注微膨胀混凝土,需要在桩顶和梁底设置钢垫板和钢楔块,垫板尺寸500mm×500mm×20mm,上下各1块,用2根直径20mm的锚筋锚入预顶承台或托换梁内。为保证垫板下混凝土浇注密实,垫板上需开4个直径25mm的出气孔。

钢楔块尺寸为500mm×500mm×40mm，在工厂里采用线切割加工，切割时沿对角线切割。

3.3．原桩界面处理及植筋

托换体系中设置托换梁,荷载将通过植筋传到托换梁上,再由梁传到新加的托换桩上,从而达到托换的目的。为保证墩柱的荷载能够传到梁上,就必须保证墩柱与梁的有效连接。为此,除在施工措施中对原有墩柱进行新旧混凝土界面处理外,还在设计中不考虑新旧混凝土间的抗剪力,其荷载完全由墩柱上的植筋来承担。

界面处理是将原墩墩身混凝土表面凿成齿槽齿（槽深4mm，宽50mm，间距250mm），再把齿槽以外部分凿成凹凸不平状，凿到完全露出新鲜砼面，凹深为10～20mm。凿毛后用水清洗干净，在新加结构砼浇筑前四小时内刷界面处理剂。

植筋是将L=600mm的Φ25mm钢筋植入原桩，植筋钻孔采用YT-32电钻，植筋孔径至少比植筋直径大6mm，最大孔径不大于42mm。钻孔必须跳钻，钻孔时若碰到钢筋则立即停止钻进,移动孔位后再钻。对于废孔，应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填塞。

锚筋前必须将孔内灰尘、碎渣用高压风吹干净，然后用环氧水清洗孔壁并保持孔道干燥。结构胶粘结剂必须严格按配比在锚筋前试配，合格后方可配制使用，其抗压强度应不低于30MPa，粘结剪切强度不低于3.5MPa。

孔清洗干净后，塞满调配好的TN结构胶，再植入钢筋。在植筋胶凝固之前不得扰动植筋，施工后检查每孔植筋是否有松动情况，若有则补做。

植筋施工应满足以下要求:①植筋胶要求有50年的长期性能报告及1.5ｈ以上的耐火测试报告;②植筋胶应具有塞焊性能,当植筋与钢筋焊接时产生的热辐射能不会影响植筋胶的性能。

3.4．托换梁施工

托换梁采用型钢混凝土组合结构。托换梁按部分预应力砼B类构建进行设计，纵向预应力束通长直束在梁上下缘分别布置，以对托换梁施加轴力。托梁中设工字型钢进行加劲。

3.4.1．梁体施工

托换梁采用型钢混凝土组合结构，长×宽×高= 32m×3.5m×3.0m，混凝土等级C40、 抗渗等级S8。混凝土垫层及结合部植筋凿毛完成后即可进行梁体施工。在托换梁垫层混凝土面上测量放出两托换桩的中心点，将钢垫板平放在混凝土垫层面上，钢垫板中心需与承台内预埋的钢板中心对准同线，用水平尺校核钢垫板是否放置水平，否则，可用1：1的水泥砂浆调平垫层面。钢垫板安放完毕，再沿钢垫板四周抹2～3cm厚1：1的水泥砂浆，对钢垫板进行定位。清除垫层面上的浮渣杂物，绑扎钢筋，安装型钢骨架，支立模板，浇筑混凝土。绑扎钢筋时，注意对钢垫板保护。施工时对梁端预顶部位严格控制加强钢筋网的位置，确保砼振捣质量。

由于托换梁需安装拼接型钢，因此钢筋绑扎比较困难，钢筋安装施工先绑扎底筋及底层箍筋，等型钢安装完后再安装其余钢筋。型钢分三段制作，在钢模厂内加工好运至现场吊装拼接。

为了方便在封桩砼终凝后灌注高标号水泥砂浆填充托换梁底与封桩砼之间的空隙，需要在托梁底预埋注浆管。

3.4.2．托换

托换采用主动托换法施工，即采用托换梁结合托换新桩的方式，在托换梁与托换桩顶预顶承台之间设置千斤顶加载，使新桩的大部分沉降通过千斤顶的预压来完成，同时使上部结构有微量位移，完成体系转换。托换体系设计是托换成功与否的关键之一,也是托换施工的难点和重点。

3.4.2.1．安装千斤顶及钢管垫块安全装置

顶升千斤顶的安装：顶升装置采用柳州欧威姆液压分离式千斤顶，在每根桩预顶承台的预埋钢板上布置2个千斤顶。千斤顶高度不足时，可采用钢板垫块弥补，要求钢垫块确保足够的强度和刚度，承受荷载时有足够的稳定性。顶升装置安装之前切断托换桩与托换梁之间的钢筋，并拨开钢筋，使千斤顶能顺利地放置在承台顶钢垫板之上。

钢管垫块安全装置的安装：由于千斤顶每顶升一级，托换桩、托换梁会顶压施工中产生沉降、位移，因此需随时打紧钢楔块来抵消托梁底与钢管垫块安全装置在顶压施工中所产生间隙的功能，打紧钢楔块也是预防顶压系统故障的安全保障措施。打紧采用改造后平头风镐对称打紧。该步骤是主动托换施工中相当关键的一项措施，是主动托换实施中控制上部结构变形与新桩预压所产生沉降的保证，施工工艺要求其结构形式必须满足预顶过程中具有可调性和稳定性，要求在顶升结束时，千斤顶卸荷后，使新桩与托换梁之间能形成整体，且能承受千斤顶全部的顶力和保持稳定。

千斤顶在使用前需进行检验标定，钢管垫块安全装置在工厂里加工制作成成品，运回工地后先灌注微膨胀砼再安装。

3.4.2.2．加载预顶

预顶的作用是通过在托换桩与托换梁间施加顶力，消除托换桩变形对托换体系的不利影响，检验托换体系的承载能力。并且通过千斤顶进行微调，确保托换的成功。

在托换梁强度达到设计要求后开始预顶，预顶采取分级加载原则，共分十级加载，每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10%，不可一次加载到最大值。每级加载需保持10min，等结构稳定后方可加次级荷载。被托换桩的上抬量不能大于1mm，大于此值应停止加载。在加载过程中同时应严格监测托换梁裂缝的产生及发展，最大裂缝宽度大于0.2mm时，停止加载。预顶时，必须严格控制千斤顶的顶升力和托换梁两端的位移，各千斤顶顶升力达到控制值而梁端位移未达到位移范围值以内，或梁端位移值已达到控制值而顶升力未达到控制值时，则立即通知设计单位，对施工参数进行调整。

预顶施工参数见表1。

表1 托换梁预顶施工参数表

4．切桩

在完成预顶、全面观测变形稳定后，进行锁定，浇注后浇带砼，待后浇带砼达到设计强度后，开始开挖操作井。为方便盾构机的顺利通过，不重新在盾构区间增加钢筋，同时确保切桩操作井的安全、稳定，操作井护壁在截桩位置以上采用钢筋混凝土C30；在截桩位置采用C30玻璃纤维砼。

切桩采用液压砼分裂技术，主要设备为德国达尔达（DARDA）公司生产的C12型液压砼分裂机。

操作时首先用普通的风钻在需要拆除的结构上钻出一个设定直径和深度的孔，将DARDA分裂机放入孔中，中间楔块在50MPa液压力的推动下，使一对反向楔块向孔的两边撑开，当撑力超过4000kN时，就可以将被拆除的结构从内部裂开。细钢筋可同时被拉断，而粗钢筋则可通过气割等方法进行破断，最终达到拆除的目的。

5．施工监测

施工监测是决定工程成败的重要一环，为了确保上部结构的正常安全使用，监控网络必须根据每个施工步骤可能对结构造成的影响进行布置。采用信息化施工技术，以信息指导施工，托换过程中对每个环节的监测数据进行采集、分析，发现问题及时提出，并对有关托换顶升参数进行修正。

在托换或顶升过程中对托换梁上部原桩的位移、沉降和托换新桩的沉降情况、托换梁的变形进行严密监测，进行信息化施工，以便确保安全和质量。

桩顶水平位移采用索佳全站仪；沉降监测采用苏州一光DSZ2水准仪+FS1平板测微器。挠度监测采用百分表测读。

监测频率在各级预顶加载停止结束后5、10、15ｍｉｎ各测读1次。

6．结束语

桩基托换施工是一项是风险性大、技术性强的工作,同时也是依赖信息化程度很高的工作。托换技术在现代城市土木施工中占有越来越重要的位置，而且桩基托换形式是我国托换技术应用的常见形式，应用前景非常广泛。地下工程建设中常常不可避免遇到，因此要针对桩基托换施工的特点，制定详细、可行的施工方案、安全技术措施，做到文明施工和安全管理，使托换工作有一个安全、顺利的过程，方可保证桩基托换施工的质量与安全。