浅谈地铁工程中的桩基托换施工技术

布占江，郗长兰

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

1 引言

广州至佛山城际快速轨道交通工程是全国第一条城际地铁，连接广州和佛山城区。广佛城际轨道【桂城站】-【朝安站】为盾构区间，隧道总长1 659.796m，区间纵断面呈V型，在本区间靠近桂城站有4栋建筑物共167根基桩侵入地铁隧道，需要进行桩基托换处理。地铁隧道周边有密集民房和商业区，施工条件复杂，需进行桩基托换的建筑物参数，见表1。

表1 需进行桩基托换建筑物参数

本区域内地质条件复杂，由上而下为人工填土层、海陆交互相沉积层、陆相沉积砂层、残积土层、强风化层、中风化层及微风化层。海陆交互相沉积层地下水丰富，会产生地震液化现象，而且地层起伏较大。

2 施工准备

2.1 环境调查

大豆村仓库位于佛山涌西侧，5层框架结构，其中东向的二层直接佛山涌河堤，河堤高程在10m左右，堤下地势较为平坦，高程约为7.4m。其他3栋建筑物沿佛山涌东侧布置，分别属南海计生委和南海第二建筑设计室，周边有密集的民房和商业区，地势较为平坦。

施工范围内有给水管、排水管、排污管、煤气管道、电气线路、电气开关、电器设施、排污井、电缆沟井、化粪池等，施工前需要进行充分调查，确定各种管线的位置、埋深，并制定迁改或保护措施。

对进行桩基托换的建筑物和周边建筑设施，会同有关部门进行详细实地调查，全面掌握其沉降、裂缝、倾斜等情况，并拍照和做好记录。

2.2 施工机械和人员准备

由于施工场地狭小且在室内施工，施工机械要选择占地小、施工效率高的设备，或根据施工实际情况对机械设备进行改装以适应作业环境，施工作业人员要选择专业性人员，持证上岗。根据施工阶段和进度要求，分批组织设备和人员进场施工。

3 桩基托换方案选择

为确保建筑物安全，结合建筑物结构实际情况和工程地质水文情况，设计采用钻孔桩+托换梁的方式对侵入地铁隧道的基桩进行托换。梁式托换示意图，见图1。

图1 梁式托换示意图

4 桩基托换施工

在场地狭小范围内及室内施工，施工难度相当大，必须确保钻孔桩施工进度，缩短施工时间。

4.1 桩基托换钻孔桩施工

钻孔桩施工工艺成熟，但在桩基托换施工时受场地和房屋净空限制，按常规施工机械和方法已无法满足要求，需要进行设备和施工方法上的改进。

托换钻孔桩有直径φ800mm和φ1 000mm两种类型，桩长20m左右，属于端承桩，房屋首层净空高只有3m，有的托换桩处于原房屋两个承台之间，间距只有4m左右，采用普通钻机无法满足施工需要，必须对钻机进行必要的改造。经过研究决定采用XY-100型钻机，对钻机钻杆和钻头进行了改装，但是这种钻机在中风化的岩层中无法钻进，又通过改装的小型冲孔钻机，采用套打的方式施工，即先采用XY-100型钻机钻进至无法钻进，然后改用小型冲孔钻机钻进，大大加快了钻孔桩施工速度，减少了对建筑物的影响。

4.2 基坑支护、开挖

4.2.1 基坑支护

基坑开挖深度较大，最大深度达4.85m，且地下水丰富，为保证基坑和房屋安全，该公司采用钢板桩+旋喷桩进行支护，进行放坡分段分层开挖，同时在房屋周围进行监控点布置，边坡插打花管进行注浆。基坑支护示意图，见图2。

图2 基坑支护示意图

4.2.2 基坑开挖

基坑开挖分段分层进行，采用人工配合小型挖掘机开挖，人工斗车倒运开挖土方。离设计标高200mm处土层采取人工开挖，每次开挖深度不能超过1.5m，做好边坡支护后方能进行下一层开挖。

挖土期间，沿坑底四周布置排水沟及集水井，以便雨天遇有基坑积水时抽水。挖土时做好预留注浆管的保护工作，并且自挖土开始就要加强对建筑物、地面的沉降等的监测工作。

4.3 新旧砼界面处理

为保证新的结构和原有结构共同作用以实现受力体系的转换，需要对新旧界面进行处理。

界面处理时将旧砼表面凿毛，深度宜为10mm～20mm左右，对柱凿毛不宜超过10mm。凿毛后用水清洗干净，在新结构混凝土浇捣前4 h涂刷界面处理剂。

在梁与原桩咬合部分加焊钢筒形成整体，梁与承台接触部位在浇筑混凝土前要预埋好注浆管以便在混凝土浇注完成后进行补充注浆。

图3 梁与原桩用钢筒连接

4.4 托换梁施工

托换梁是桩基托换施工中最关键的结构，必须确保其施工质量。托换梁施工工艺流程，见图4。

图4 托换梁施工工艺流程图

托换梁钢筋加工、安装必须满足设计及施工规范要求，按规定检验合格后进入下道工序施工。

托换梁混凝土采用商品防水混凝土泵送浇注，使用插入式振捣器分层振捣，控制振捣质量，振捣以混凝土表面出现浮浆并不再沉落为止，振捣时尽量避免碰撞钢筋，对结构拐角及钢筋密集处要加强振捣。混凝土浇注要连续进行，中间不得停歇，混凝土浇注完成后覆盖麻袋洒水养护，保持混凝土表面湿润。

在整个转换梁系每隔5m左右设置一个水化热监测孔，孔内以清水作导热介质，派专人进行水化热监测，确保结构不产生水化热裂缝，保证结构混凝土质量。

5 桩基托换施工监测

桩基托换是技术性、风险性很高的工作，同时也是依赖信息化程度很高的工作。施工监测内容包含：建筑物的沉降、倾斜及裂缝观测；地面沉降及裂缝观测；地下水位观测。

5.1 监测点布置

（1）沉降监测点：①与托换梁板相交既有柱及与这些被托换柱相邻轴号上的既有柱；②被托换建筑天面四角及天面四边靠近中点位置；③新施工的托换梁板顶面；④新施工的托换梁板近边缘处及与既有桩相交处；⑤地面沉降观测点。

（2）裂缝监测点：①托换建筑物既有裂缝及托换过程中出现的裂缝处；②其他与托换体系相连的结构构件裂缝处。

（3）建筑物倾斜监测：①建筑物纵轴向监测倾斜度；②建筑物横轴向监测倾斜度。

5.2 监测频率

（1）托换完毕两个星期内，要进行监测工作。此时仅监测被托换柱的沉降，第一周监测频率为1次/d，第二周为1次/2d，及时反馈监测数据。

（2）从盾构机到达建筑物下部开始，到盾构机通过建筑物两个星期内，需对地表沉降及建筑物倾斜、不均匀沉降、裂缝开展情况进行监测。盾构机通过时每天监测两次，其他时间每两天监测一次，及时反馈监测数据。

5.3 监测值控制要求

地表下沉允许值为10mm；房屋不均匀沉降允许值为0.002 L（L为框架梁跨长）；房屋倾斜不允许大于0.004。

5.4 监测报告

在工程施工过程中，应及时对监测数据进行整理和分析，将监测结果反馈给有关各方。待监测结束后，整理形成完整的监测报告存档备查。

经对监测数据进行分析，桩基托换施工后，各托换建筑物的最大沉降量在4mm～6.68mm之间，盾构掘进过程及掘进后最大沉降量在6.23mm～10mm之间，均未超出允许值。

6 结论

桩基托换施工技术作为一种新的施工方法，对于解决城市地铁施工与建筑物拆迁的矛盾提供了一种全新的方式。同时，桩基托换施工技术在广佛城际地铁中的成功实践，也为这一技术在今后的推广及应用中，提供了成功范例。