地铁隧道穿越桥梁桩基的托换施工技术

1、桩基托换技术概述
　　桩基托换技术是一种技术难度大、费用较高、工期较长、风险性较强的一种特殊施工方法，具有涉及专业类别多、科技含量高、环境安全保护问题突出的特点。托换技术的起源可追溯到古代，但直到20世纪30年代兴建美国纽约市的地下铁道时才得到发展。近年来随着城市地下铁道的大量施工，当前所托换的工程数量日益增多，托换技术也有了飞跃的发展，托换工程不但需要应用各种地基处理技术，同时需要善于巧妙灵活地综合选用这些技术。本文结合工程实例介绍桩梁托换技术在实际工程中的应用。
　　桩基托换技术一般用于建筑物地下基础改造，是进行地基处理和加固的一种方式，它主要解决既有建筑物的地基加固问题、既有建筑物基础下需要修建地下工程以及新建建筑工程影响到既有建筑物安全时需要处理等问题。
　　根据目前国内外对托换技术的运用状况及其核心技术机理的不同，主要分为主动托换和被动托换两种，前者指原桩卸载前对新桩和托换结构施加荷载，以部分消除托换体系长期变形的时随效应，并在上部的荷载转换过程中，对托换结构及上部结构的变形运用顶升装置进行动态调控，一般用于托换荷载大或结构变形要求高的托换工程，相对可靠性较高；后者指原桩在卸载过程中，上部结构荷载随托换结构的变形，被动地转换到新桩，一般用于托换荷载较小的托换工程，相对可靠性较低。
　　2、桩基托换设计实例
　　深圳轨道交通五号线翻身-灵芝公园区间隧道工程，隧道穿越宝安立交桥桩基，有4根桩基侵入隧道或隧道施工造成对桥桩较大影响，需要进行托换。综合考虑场地工程及水文地质条件，借鉴地铁桩基托换类似工程经验，考虑安全、造价及工期等因素，最后选用桩梁主动托换方案进行托换。
　　3.1 桩基托换基槽
　　施工基槽最大挖深约3.9m，根据施工场地采用直立开挖和放坡开挖，放坡坡度1∶0.7，打入3排L＝3.5m的f 42钢花管，倾角15°，间距1.2m×1.2m，挂网f 8@200×200喷100mm厚C20混凝土。靠近匝道及围挡的基槽无放坡条件，采用单管旋喷桩f 600@400+3排f 42（t=3.5）钢花管支护，L=8m，且靠近管线的基槽边旋喷桩内插入1根L=7m的f 42（t=3.5）钢管来加强支护。钢花管L=6m，倾角15°，间距1.0m×1.0m，挂网喷120mm厚混凝土。
　　3.2 托换桩及承台
　　采用f 1200钻孔灌注桩，混凝土强度为C30，主筋保护层厚度70mm，单桩设计承载力为5000kN，托换桩桩顶设预顶承台。桩承台为C40混凝土，主筋保护层厚度50mm，承台底铺设100mm的C20素混凝土垫层，承台上方预埋20mm厚的钢板供预顶使用。
　　3.3 托换梁
　　采用钢筋混凝土，截面为3000×2500，混凝土强度为C40，主筋保护层厚度50mm。梁底铺设100mm厚C20素混凝土垫层，托换梁端部预埋20mm厚的钢板供预顶使用。托换梁在托换桩部位预留注浆孔。
　　3.4 预顶、截桩及封桩
　　为消除新加托换桩的变形，并检验托换梁承载力及节点连接性能，在托换承台上设置千斤顶和型钢安全装置，对托换体系分级施加预顶荷载，通过分析同步监测数据，动态化指导预顶力的荷载施加和截掉托换梁下方的被托换桩。托换桩承台上方预留的预顶空间高500mm，托换梁端千斤顶同步分级加载，每级加载后持荷10min，预顶力达到设计值后稳压30min，并打紧钢楔，监测托换体系构件的变形。预顶施工完成且监测数据反映托换体系稳定后，连接承台和托换梁间的钢筋，对托换承台和托换梁间的空隙用C30微膨胀混凝土封桩，并通过预留注浆孔注浆填充，待混凝土强度达到设计值时截除被托换桩。
　　3.5 切桩
　　桩基托换完成后，暗挖隧道通过时直接破除被托换桩身钢筋和混凝土，盾构隧道通过时地面预注浆加固，然后开仓破除被托换装身钢筋和混凝土。
　　4、桩基托换施工工艺
　　4.1 施工前准备
　　桩基托换施工前，应首先探明施工范围内的管线和设施，进行迁移和维护，并做好交通疏解工作，调查、记录有关建筑物的现状。根据现场测量控制点进行场地测量放样，确定隧道轴线、托换梁和钻孔灌注桩的位置，放样时应做好标记。
4.2 托换桩施工工序
　　⑴钻孔灌注桩施工：钻进安排就位后，制备泥浆钻孔，分段吊装钢筋笼，灌注钻孔桩混凝土；
　　⑵基坑开挖：开挖基坑至托换梁垫层底标高处；
　　⑶托换梁施工：在基坑底施作垫层，具体是绑扎水平大梁钢筋并向下预留与钻孔灌注桩连接的钢筋；将短筋植入原桩基础中，并将其与水平大梁钢筋连接；原桩周围凿毛露出新鲜混凝土；灌注水平大梁C40混凝土，养护到设计强度；
　　⑷千斤顶主动托换：在钻孔桩与水平大梁都达到设计强度后，在钻孔桩顶按设计预加力，千斤顶顶紧水平大梁，桩身下沉和水平大梁挠度基本上在此阶段完成；用工字钢替代千斤顶，并在其顶部设钢楔，实现力的转换；
　　⑸托换梁与桩节点连接：将水平大梁预留钢筋与新桩钢筋相连，并用微膨胀混凝土包裹桩端、梁端及四周空隙，确保桩梁之间接合密实；
　　⑹断桩：在确认原桩与托换结构之间转换已完成的前提下，凿除旧桩与梁的连接，脱离范围不小于20cm，回填基坑，恢复原地坪。
　　⑺施工监测：在托换施工过程中，应加强对地表下沉及桥梁变形的监测，通过对施工监测数据的分析和信息反馈，掌握托换施工造成桥梁变形的情况，及时修正设计参数指导施工，对托换施工过程进行有
　　效的预测和控制，优化施工工序。
　　5、托换施工关键工作
　　5.1 既有桩体植筋
　　既有桩体植筋的技术性较强，托换过程中托换梁与既有桩能否有效连接是受力体系能否有效转换的关键，因此除了对连接面进行凿毛处理和加微膨胀混凝土外，采取植筋处理方案，采用f 25钢筋，环竖向间距400mm，锚入承台内200mm，L=600mm。
　　5.2 千斤顶顶升
　　按“等变形、等荷载”的原则进行加载，加载时将千斤顶置于托换桩和托换梁体之间，并在千斤顶上下铺钢垫板，同一梁体进行加载作业的千斤顶通过液压连动系统同步控制，并将设计反力分级加载，对可能的不同步加载进一步衰减。在顶升过程中，对托换桩、托换梁、桥梁及其墩柱等进行监测，重点是沉降、应力、裂缝、变形和桩顶横向位移，确保荷载转换安全有效，顶升完成后锁定千斤顶，塞紧钢支垫上的钢楔板。
　　5.3 托换梁与托换桩节点连接
　　在梁底和桩顶的混凝土表面涂抹环氧乳液水泥浆界面处理剂；把托换梁与托换桩各自预埋、预留的钢筋施焊连接起来。安装圆形钢模，灌注微膨胀混凝土做整体式支垫，把托换梁和托换桩连接成整体。
　　5.4 监测
　　在托换施工过程中，根据桥梁的结构特点和地质条件，布设测点，监测桥梁既有桩及桥梁基础的沉降和变形，以及桥梁裂缝及其发展情况等。
　　6、施工注意事项
　　6.1 施工前应对被托换桩、托换桩进行坐标、高程测量，并与设计图纸进行对比，当差异较大时，应立即通知设计、监理、业主等有关部门。
　　6.2 对立交桥下的各种地下管线，如水管、煤气管、电缆等，要加强保护和监测，影响施工的要同有关部门协调进行处理。
　　6.3 被托换桩上部结构为预应力连续梁，向上顶升时墩梁端最大向上位移不大于2mm，墩梁端下沉最大值位移不大于2mm，并严格限制桥墩基础的工后沉降。
　　6.4 新旧混凝土结合要牢固，具体措施如下：①为了让新旧结构共同协调作用，新旧混凝土界面均要进行处理；②将旧混凝土表面凿毛，深度宜为1~2cm；③凿毛后用水清洗干净，并充分湿润，保证新结构浇捣混凝土时界面湿润；④凿毛时若发现裂缝等异常情况，应立即采取临时安全加固措施，并告知设计人员；⑤新加结构混凝土浇捣前4h内涂刷界面处理剂。
　　7、结语
　　实践证明，暗挖隧道穿越立交桥进行桩基托换，必须根据工程所处的地理环境和工程地质情况，针对工程特点，在确保道路行车安全和施工安全前提下，制定切实可行的施工方案和相关措施，制定详细的应急预案，只有这样才能保证工程顺利进行，创出令业主满意的工程。

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