地铁施工遇高架桥桩基托换技术的分析

汪拥军

（南宁轨道交通集团有限责任公司广西南宁　530021）

地铁施工遇高架桥桩基托换技术的分析

汪拥军

（南宁轨道交通集团有限责任公司广西南宁530021）

在地铁工程的施工过程中，车站或地铁区间的建设难免会遇到需要穿过高架桥的情况，如无法改线或撤迁则需要对高架桥进行桩基托换。本文以某城市地铁3号线一期工程地铁车站的施工为例，对地铁施工中的桩基托换技术的具体应用进行了分析，力求为其他城市的地铁施工提供参考。

地铁施工；遇高架桥；桩基托换技术

1　前言

随着我国城市的不断扩建和现代化的发展，地铁成为城市居民出行的必要交通工具之一，各大城市的地铁工程数量也随之增加。桩基托换技术是地铁施工中最常用的施工技术，具有较高的难度和风险性，因此必须进行精心的设计和精心的施工，结合工程实际情况，以科学合理的手段和程序完成桩基托换。

2　桩基托换的分类

2.1主动托换和被动托换

桩基托换中的主动托换是指卸载前以原桩为基础对新桩和托换体系加以荷载，以消除被托换体系因长时间变形而产生的时空效应，并使用顶升装置对上部变形和荷载进行动态的调控。如果托换建筑的变形控制要求较为严格、荷载较大，应在新桩及托换结构被切除前加以荷载，通过上顶力的作用，同时提升被托换桩及托换梁，使上部建筑荷载在被截断之后能够转移到托换梁，避免了上部建筑大幅的沉降，同时，利用预加载能够消除新桩及托换结构的部分变形，把托换后桩及其结构的变形控制在可控范围内，从而满足变形要求。这是一种有主动性特点的主动托换[1]。

被动托换则是在卸载时，由于原桩上部结构的荷载随着托换结构的变形而转移到了新桩上，此时无法对上部结构的变形进行调控。通常被动托换技术只会应用在荷载小的托换工程中，可靠性相对较低。如果托换建筑的变形控制要求不严格、荷载较小，上部的荷载在被切除之后，可以凭借托换结构的自身截面刚度直接转移到新桩上，而不再采用其他变形调节手段。完成桩及结构的托换后无法再进行其变形的调节和控制，上部建筑的沉降由托换结构本身来承担和控制，因此其变形的控制是一个被动适应的过程。

2.2桩式托换和桩-梁托换

桩式托换是指以新增的承台为转换的结构，把上部的荷载转移到托换桩，具有于车站上方进行有条件的托换桩布置的特点。其适用于托换桩在车站施工中所处的地层承载力较高、对托换结构产生的影响不大或是可在小范围内控制施工中产生的变形等条件下。而桩-梁托换通常使用门架式布置，先把荷载转移到托换大梁，然后再通过转换梁转移到托换桩。引用在地铁车站的施工中时由于门架式的托换结构是横跨在车站上方的，因此能减小对托换结构产生的影响，其缺点是托换大梁尺寸过大。

3　工程概况

高新大道站是成都地铁3号线一期工程的中间站，为单柱双跨地下二层岛式车站，站后设单存车线。站位处于一环路与衣冠庙立交桥的交叉路口，车站主体沿一环路呈东西向布置。衣冠庙立交桥上跨高新大道站，平面交角89°。衣冠庙立交桥为双向4车道，宽15.1m，桥梁结构为15根单箱单室小箱梁组成跨度为20.7m简支梁桥，沥青混凝土路面，桥下净空约5m。

衣冠庙立交桥6号桥墩位于车站中部，其桩基伸入车站结构底板以下760mm，为保证桥梁结构安全及车站正常施工需对6号桥墩进行托换施工。6号桥墩为板式桥墩，其下部承台结构尺寸为9m（长）×2.5m（宽）×1.5m（高），承台下设2根φ1.5m、长15.5m摩擦桩，两桩中心距6.5m，桩端位于密实卵石层中。托换施工分为两步：①将桥墩托换至车站围护桩及基坑内临时立柱上；②待车站主体结构达到设计强度后将桥墩2次主动托换至车站主体结构正上方。托换段围护桩及托换梁作为托换结构永久构件。桥墩与车站位置关系见图1、图2。

图1　建筑物位置关系图

图2　建筑物位置关系图

4　施工方法及工艺流程

为保证城市交通畅通，缓解城市交通压力，衣冠庙立交桥在施工期间车辆通行不会中断，适当分流部分大型客车等重型车辆。为确保施工安全。采取衣冠庙立交桥承台基础增加横向暗梁三根，纵向握裹梁一根，以“抬轿子”式支撑加固承台及桥墩、桥梁。横梁置于围护桩顶，将原桥台孔桩所受承载力通过横梁最终转换至围护桩和车站中间承重柱上，在车站施工过程中需对衣冠庙立交桥受力桩基进行桩、柱托换。桩基托换施工的工艺流程见图3。

图3　桩基托换施工的工艺流程图

4.1施工前的技术准备

在进行实际的施工前，需要按以下步骤进行准备：①编制合理的实施性的施工方案，制定施工管理制度，根据工程中的技术重点、技术难点制定科研计划和攻关计划，并加强对施工人员的岗前培训。②责成项目、设计、监理和业主四单位调查桥梁的现状，全面检测桥梁的裂缝、倾斜度、沉降情况和桥梁结构的其他缺陷，并做详细备案，消除施工对桥梁的影响后要进行对比复查，全面掌握地铁车站施工和桩基托换对桥梁的影响。③建立施工环境监测系统，实时监控地下管线、水文地质环境等可能对施工产生影响的周边环境，并建立包括裂缝、沉降、倾斜、位移和地下水水位变化等方面的监测项目[2]。

4.2托换桩的施工

结合地质情况和立交桥净空条件，本工程采用了冲击钻机进行施工，在每个托换桩下进行2个钢筋计的预埋，以实时监测桩基的内力变化。在施工过程中需加强对桩基底部的沉渣厚度的监控，避免桩基在顶升过程中产生过大的沉降。

4.3冠梁及托换梁的施工

待托换桩施工完成后，进行桩头处理后施工冠梁、托换梁，冠梁及托换梁一次性整体浇注完成。为确保承台底部60cm范围内托梁混凝土密实，优先选择自流平混凝土进行灌注，并在原承台底部凿毛植筋后布置重复注浆管，待托梁混凝土养护结束后进行注浆。

图4　托换梁的施工图

5　桩基托换施工技术要点

5.1新旧结构连接技术

新旧结构间的连接分为凿毛和构造锚筋及柱齿槽和锚筋两种，凿毛和构造锚筋主要用于剪力传递中小轴力，柱齿槽和锚筋则用于剪力传递大轴力，本工程采用凿毛和构造锚筋。为了让新旧结构共同协调作用，新老混凝土界面均要求处理。将旧混凝土表面凿毛深度10～20mm左右，凿毛后用水清洗干净，在托换梁混凝土浇注前4h涂刷环氧树脂砂浆，然后用补偿收缩混凝土制梁。

5.2截桩方法

在进行桩基托换时，要先切断新旧托换结构之间的联系，完成桩基托换后，一般使用预顶技术和切割技术把荷载转移到新结构。如果桩身是钢筋混凝土，则检测钢筋直径是否在12mm以下，小于时可以采取切削，大于时采取人工凿除[3]。截桩前应做好各项应急措施，要求在截桩过程中尽可能减少对整个托换系统的振动。每次切断口的深度不得超过100mm，且应遵循由外向内。截桩断口高度应与托梁底面保待在同一平面内，截桩完成切口断面使用结构胶找平。

5.3二次托换预顶

预顶方法：施工时在车站顶板至托换梁下高约630mm，放入千斤顶，实现顶板、托梁间可控的作用力。

预顶的目的：消除一次托换桥梁上部结构变形以及二次转换托换荷载到车站顶板上。

托换预顶加载采用分级加载原则，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0.1mm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2～3mm以内，或梁端位移值已达到控制值（3mm）而顶升力未达到控制值时，或顶升力与位移值未达到要求而临时立柱轴力超过4000kN时，需对设计参数进行调整。

5.4后浇混凝土支座

托换梁下部、车站中柱上方设置1300mm（长）×1200mm（宽）×630mm（平均高）钢筋混凝土支座，支座竖向钢筋锚入车站中柱内，待预顶施工完成，且保持预顶力稳定不变的情况下截除临时立柱后，浇注微膨胀自流平混凝土，注意保证浇注混凝土的密实性。

6　结束语

当地铁施工遇高架桥时，采用桩基托换技术可以有效解决地铁与高架桥的互相干扰，减少施工拆迁，降低了工程投资的成本，因此，桩基托换技术在地铁工程的施工中具有极高的实用性，结合地铁工程实际，加强桩基托换技术的改进和完善，能够进一步推动我国地铁工程的建设。

[1]高盼.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术[J].城市建设理论研究（电子版），2014，12（17）：58.

[2]周志云，欧阳晶，李红鹏.地铁施工中既有桩基托换技术[J].四川建筑，2014，34（5）：170.

[3]曲雷.地铁穿越桥梁桩基础托换技术浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2014，20（1）：5.

U231+.3

A

1673-0038（2015）03-0070-03

2014-11-20

汪拥军（1981-），男，工程师，本科，主要从事工程施工工作。