桩基主动托换技术进展

叶珠东　陈岗

摘要：随着城市基础设施的持续建设，城市轨道交通建设得到快速发展。但受旧有城市规划的制约，新的地铁在施工中将不可避免地会部分穿越既有建（构）筑物的基础。如何进行既有建筑物桩基的托换施工及风险控制成为地铁施工中不可避免的技术、管理问题。本文以某城市地铁车站高架桥墩桩基托换为例，对桩基托换方案设计、施工工艺及安全监测工作等做了详细论述，为在复杂施工环境和地质条件下进行既有桥梁桩基托换的施工技术及安全风险管理工作积累了宝贵的经验。

关键词：桩基托换；铁路桥梁；施工技术

引言

桩基托换技术是进行地基处理和加固的一种方式，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。近年来随着城市地下工程的大量建设，应用托换技术的工程数量日益增多。然而桩基托换技术难度大、费用较高、工期较长，是一种风险『生较强的特殊施工方法。

1桩基托换施工步骤

1.1临时支墩顶升与桥梁扣轨

为了保证桥梁结构的安全，在托换基坑开挖前，在被托换的桥墩两侧搭设临时钢支架，钢支架的基础采用φ300mm、长18m的树根桩，达到设计强度后在钢支架上利用千斤项将20%的梁部恒载转换到临时钢支架上，以减少基坑开挖对桥梁基础造成的影响。同时对托换处的桥梁股道进行抬梁扣轨，并对列车限速。通过动载、静载的分离，来减轻列车动载对连续梁以及托换大梁的冲击。

1.2托换新桩施工与托换基坑开挖

托换基坑坑壁采用3排密布的高压旋喷桩进行支护，托换新桩采用φ2.0m、长30m的人工挖孔桩，托换新桩与既有管桩的距离不大于1.5m。由于这里的地质情况较为复杂，在挖孔桩施工过程中，在桩身上部采用抽阀管进行分层、分段双液注浆，在桩身下部采用微量微差控制爆破。由于基坑开挖和托换新桩施工对周围土层造成扰动，引起土层应力释放，既有管桩摩阻力损失，将会引起铁路桥墩的沉降，施工期间，需根据监测情况，及时调整临时支墩上千斤顶的顶力，以保证桥梁梁体沉降不大于2mm。

1.3托换大梁施工托换

预应力混凝土大梁混凝上标号为C50，在托换基坑内采取现浇后张法施工。托换大梁外形尺寸（长×宽×高）22.7m×4.0m×2.4m，属大体积混凝土结构。混凝土浇筑前，需进行多次配比试验，并在混凝土浇筑过程中严格控制水泥的水化热和内外温差，混凝土浇筑结束后，及时采取保温措施，加强对托换大梁的养护。托换梁在托换桩处预留灌浆孔和二次注浆孔，以便托换完成后梁与桩连接施工。在张拉预应力钢绞线过程中。托换梁将会产生上拱位移，为防止上拱对既有桥墩造成影响，需对被托换的桥墩顶部位移进行全过程监测。

1.4主动托换顶升施工

整个托换体系结构形式十分复杂，理论上也无法对托换过程中各部位的受力进行准确计算。在实际的托换顶升过程中，需进行双控：按设计提供的顶升力进行顶升操作，严格控制顶升位移。因此在顶升过程中荷载分级要细，顶升过程要缓慢，并以监测数据指导托换顶升。

2工程技术难点

2.1桥梁带裂缝工作，被托换旧承台成型质量不佳

通过前期调查发现，目前该桥梁桥面道路破碎，梁体下方出现大量的裂缝。加之桥梁为曲线连续梁桥，桥体承受不均匀沉降的能力差，故桥梁继续承受基础沉降或不均匀沉降能力非常有限。通过委托有资质第三方检测及评估机构进行鉴定，托换区域桥梁裂缝多达1145条，许多裂缝已经发展至钢筋内侧，裂缝的产生已对桥梁承载和正常使用产生影响。

2.2场地地质条件复杂，地下水丰富

通过地质勘察及场地范围的水文观测，拟托换区域地表为较厚的填土及黏土层，在地面以下12-16m深度范围分布着2-4m的<3-4-2>细砂层，砂层细颗粒的占比高达20%。场地内地下水位于地下2m，含水量非常丰富。托换区域桥梁下方高度有限，加之新建托换桩距离旧桩很近，无法实施机械成孔作业，经研究拟采用人工挖孔成桩。遇上述地层时，人工挖孔桩实施期间极易发生塌孔、涌水涌砂现象，加之目前城市建设监督管理单位对人工挖孔桩的管理控制非常严格，需要确保人工挖孔桩安全实施。

2.3托换桩基轴力大，托换节点处理复杂

通过初步测算，本次桩基托换工程中新建托换桩顶的荷载单桩最大達到6650kN，为国内桩基托换轴力较大的工程案例。如此大的轴力托换，对于顶升荷载、稳压荷载及截桩都是较大的考验，若计算和实施过程中有偏差，极易对桥梁产生损伤或发生事故。

2.4地面旋喷桩施工的同时，进行支护桩的施工，支护桩可作为临时支架的基础，支护桩施工完毕后，进行桩顶联梁及临时支架的施工。临时支架有两个作用，一是承受部分恒载，并与原基础共同受力，成为原基础的辅助措施；二是如果原有基础下沉，则可通过临时支架的千斤顶进行调节标高，为了确保铁路线的正常运营，除了对行车限速15km/h以外，还对托换梁所在的线路进行扣轨加固，使托换的桥墩与梁体分离，以防止在托换的过程中原基础沉降引起连续梁开裂，被分离的桥跨线路的列车动荷载尽量不对被托换桩（包括承台）产生影响，大部分荷载由扣轨横梁承受，小部分荷载通过梁部传递到临时顶升钢支架与旧承台和桩基础上。

3桥墩桩基托换施工风险控制分析

3.1桩基托换总体方案

在基坑开挖的范围内，随着土体的卸载桥桩侧摩阻力损失，为了弥补21#桥桩桩基在基坑开挖过程中摩阻力及整体稳定性损失，在基坑开挖前对21#桥桩进行桩基托换，即在车站基坑围护结构施工前，首先在被托换桩沿高架桥两侧各施做两根钻孔灌注桩作为托换桩，托换桩桩长53m，且桩底进入（20a-3）微风化泥岩层的距离不少于1m；然后放坡开挖至设计新增承台底部标高，在基坑内施工新增型钢混凝土承台包住既有承台，新增承台与既有承台之间采用界面处理剂及植筋的方式进行连接；待新增承台达到设计强度后，开挖桥面下主体基坑。

20#、22#桥桩桩基位于车站主体基坑两侧，为降低桥面下地连墙施工对20#、22#桥桩的影响，对桥面下车站主体围护地连墙槽壁进行高压旋喷加固。

（1）进行交通疏解，迁改管线，施工围挡，破除路面；（2）施工四根托换桩，且托换桩对称施工；（3）放坡开挖至托换基坑底标高，施工砼垫层，浇筑新建承台；（4）待高桩承台达到设计强度后，桥面下地连墙槽壁加固，施工车站主体围护，开挖桥面下基坑。随着竖向开挖至横系梁底标高，依次施工垫层及横系梁；（5）待横系梁达到设计强度后，继续开挖车站主体基坑至基坑底标高，施工车站砼垫层及保护层，施工车站底板及隔墙；（6）随着施工车站主体结构，依次向上回填隔墙内填土至承台底。回填车站顶板覆土，恢复管线，恢复交通。

3.2位移监控

①被托换桥墩21号，22号及其相邻桥墩竖向位移采用水准仪进行监测。②项升千斤顶在顶升和卸载过程中的同步性差异以及托换大梁的挠度变形，均可能使托换桥墩产生倾斜，为此在被托换的桥墩顶安装纵横向倾角仪，对托换桥墩的纵横向倾斜进行监测。③在新桩桩顶与托换大梁之间安装电子位移计测量具相对位移，结合桥墩的竖向位移值可以计算出新桩桩顶的实际沉降值。④在托换大梁的截面处贴应变片，对托换过程中的大梁内力变化进行严密监测，尤其是对张拉过程中的托换大梁顶面以及顶升过程中的托换大梁底面，要求在这两个阶段中不得产生过大的拉应力。⑤在托换新桩灌注之前，在桩身5m。10m。15m，20m处及桩底预埋钢筋计，监测在托换顶升过程中托换新桩的实际受力隋况，分析判断托换新桩的沉降量。

结束语

桩基托换过程中涉及的工程处理措施面域较广，针对不同的技术难题采取应对措施合理，工程实施带来了巨大的经济效益及社会效益。