大型立交桥桩基托换工程技术难点处理简介

张　增

(中铁二院工程集团有限责任公司, 四川成都 610031)



大型立交桥桩基托换工程技术难点处理简介

张增

(中铁二院工程集团有限责任公司, 四川成都 610031)

【摘要】随着国内地铁工程建设的日益发展，新建地铁工程从城市繁华区或主干道穿越，不可避免出现城市桥梁桩基侵入到拟建工程范围内，为减小对城市居民出行的影响，对桥梁进行桩基托换是比较常见的方案。论文依托成都地铁7号线区间隧道穿越青龙场立交桥，桩基托换过程遇到的诸多难题，提供了这些技术难题的解决方案，供今后类似工程借鉴。

【关键词】立交桥;桩基托换;技术难点;处理方案

1工程概况

1.1工程对象及环境

本文依托工程为成都地铁7号线工程，其中八里小区站～东区医院站区间穿越青龙场立交桥。该立交桥为大型互通式立交桥，地理上位于成都市北面，是成绵高速、川陕路及铁路编组站的重要交通节点，是成都北门进出的“咽喉”。该桥为三跨一联、四跨一联、五跨一联钢筋混凝土连续板梁，墩柱与桥梁连接方式均为活动支座，全桥原桩基为直径1.5m人工挖孔桩，桩最大长约22.5m。

盾构通过前需要对有冲突的桩基进行托换，共需托换6个墩柱，新建14根桩。本次施工托换区域底层环岛道路车流量及人流量非常大，靠近托换桥墩有一条兴蜀军专用铁路，该铁路负责军备后勤保证运输，托换施工期间不能对其产生影响。托换区域周边房屋为7层高的盐业公司大楼，对于基础沉降较为敏感。托换区域附近桩基密布，且多个桥墩为立交桥4层高跨墩，墩高达40m。

1.2场区地质情况介绍

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1 145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。本次托换完成后桥梁需要进行加固维修及保养。通过托换施工前的现场基坑挖探，发现被托换桥梁的承台成型效果不理想，多个承台的外形不规则、侧面不齐整、承台混凝土质量不佳，对于后续桩基托换造成较大的难度。

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达到6 650kN,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。

本次托换对象中有一墩四桩、一墩两桩以及一墩一桩的不同类型，因此托换的结构方案也都不同，有“下托上”、“大包小”及“梁夹墩”的不同方案。涉及新旧结构间的连接及界面处理方案也不相同，需要在设计方案时具有针对性，并考虑托换完成之后桥梁承路面承受车辆冲击荷载，并保证剩余使用寿命内安全、可靠。

3工程关键技术

目前国内已有不少地铁工程中成功实施了桩基托换，对于本工程来说可借鉴的经验较多，通过对比类似工程并针对本工程的技术难点，本工程采取技术总结如下：

3.1地基预处理降水

为减轻人工挖孔桩实施过程中的涌水、涌砂的风险，工程实施前对新建挖孔桩孔位周边一定范围进行注浆加固，注浆高度范围从承台底到新建桩底(遇岩层时止)。为有效降低人工挖孔桩施工及后期地铁盾构隧道净距离穿越(盾构隧道边距离桩边最小不足1m)对原有承载的桩基的扰动和影响，对部分原桩周进行注浆加固，加固范围主要是人工挖孔桩实施及盾构施工影响高度范围，并尽可能结合地质情况对原桩底及桩周承载能力差的地层进行加固。在地基加固完成后，人工挖孔桩实施期间还辅以管井降水，减轻挖孔桩实施期间的风险。

通过研究场区内的地质情况，注浆加固采用压密注浆的方式，注浆管采用φ48mm、t=3.0mm的袖阀管，浆液材料采用水泥浆，注浆孔平面间距1.2m，通过地层注浆试验，水灰比例在0.75∶1～0.9∶1范围注浆效果较理想。部分段落因分布砂层厚度较大，地下水存在流动现象，纯水泥浆注浆效果不理想，容易窜浆、冒浆，后改为双液浆注浆，并将注浆孔平面间距缩小至0.8m，采用间隔、密孔的方式注浆。

3.2用主动托换方式最大程度减轻对既有桥梁的不利影响

为控制桥梁施工及使用阶段的沉降，桩基托换采用主动托换的方式，新建托换梁线主方向尽量与既有承台同方向一致。主动托换相比被动托换，前期可通过顶升阶段，一方面将新建桩基沉降提前消除，另一方面顶升过程中可随时根据墩顶的沉降调整顶升、稳压荷载，具有动态性，对于桥梁保护非常有利。

为了更好发挥旧承载的分担荷载能力，新建托换梁与旧承台采用“下托上、大包小”的方式，即新建托换梁顶面位于旧承台底面，新托换梁外圈包裹旧承台。托换梁与旧承台之间的竖向抗剪通过承台高度方向混凝土自身抗剪满足要求，水平方向的抗剪通过托换梁表面设置的凹、凸槽实现。托换梁与旧承台之间的结合面需进行界面处理，将旧承台结合界面表面凿毛、清洗后与托换梁整体浇筑。既有桩与托换梁间采用植筋及界面处理的方式进行连接，保证连接后既有桩与托换梁共同工作。

3.3采用“预应力+重型工字钢+界面处理”综合手段进行节点处理

对于个别桩承担轴力大，且为独撴独桩结构，需要采用托换梁“夹桩”的方式。因桥梁上重载汽车通行量大，且速度较快，后期反复荷载作用下，旧桩(墩)容易与托换梁之间发生滑移或截面破坏。为解决该问题，采用如下设计方案：

(1)在旧桩、旧墩表面刻槽、植筋并进行截面处理。在墩及桩高度3m的范围设置高15cm、深3cm的螺纹型齿槽，并梅花形植筋以传递竖向剪力，混凝土浇筑前做好完善的截面处理。

(2)采用后张法托换梁体内施加预应力。预应力作用下使梁体在使用期间体内始终有挤压内应力存在，使得后期第一项的截面处理能够按照设计意图发挥作用，施加预应力后可同时增加托换梁的承载能力。

(3)鉴于桩基直径约1.5m，桩基的竖向钢筋间距约135mm，桩基水平方向开孔对桩基承载能力有限，所以此设计采用钻孔设备在桩上形成300mm×600mm的水平“糖葫芦”形孔洞，孔内插入重型型钢，型钢腹板及翼缘厚度都做加强，空洞内后期灌注微膨胀混凝土，确保型钢与桩共同受力，后期将型钢浇筑在托换梁内，重型型钢承担竖向荷载比例超过50%，形成一个有力的“扁担”，从而与上述两次措施一并形成节点传力及防滑移综合手段的处理方案。

4结束语

该桥梁桩基托换实施过程中，桥梁沉降可控，桥梁病害未继续发展。托换工程一年前已顺利结束，长期的沉降及裂缝观测表明桥梁基础未发生沉降，梁体裂缝未继续发展，桥上车辆通行正常。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。

[作者简介]张增(1984～)，男，硕士研究生，工程师，主要从事地铁结构工程设计。

【中图分类号】U445.6

【文献标志码】B

[定稿日期]2016-03-25