深圳市牛咀大桥桩基托换设计

曾海勇

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

深圳地铁6号线民乐停车场出入线总长约2.6公里，隧道穿越强、中、微风化花岗岩，采用TBM+局部矿山及明挖法施工。其中明挖段长71m，隧道上方为南坪快速牛咀大桥，共7根桥墩侵入隧道洞身，为不中断南坪快速交通，隧道穿越桥梁基础采用桩基托换。

牛咀大桥为双向八车道城市-A级公路桥梁，为简支桥梁，跨度 25m，分左右两幅，每幅桥梁宽度 16m，桥面到桥底最大高差24m，每跨桥梁采用两根直径1.8m墩柱式桩基础。

根据牛咀大桥的结构、基础形式和现场施工作业空间，采用人工挖孔桩，门架式托换桥墩的托换形式。

图1 桩基托换平面布置图

2 地质和水文概况

场地内主要分布的地层包括：第四系全新统人工填堆填层、残积层、下伏燕山期花岗岩及构造岩。

地下水主要有两种类型：一是填土层空隙潜水，另一类为基岩裂隙水，主要赋存于强、中等风化带及断裂构造裂隙中，具有承压性。

3 桩基托换工程难点

①南坪快速为深圳市内主要交通干道，交通繁忙，本托换期间不封路，是在动活载作用下进行的。

②出入线明挖段为三线矩形断面，结构断面宽度15～19m，托换梁需跨过明挖隧道，托换梁最大跨度达23.3m，工程施工难度大，实施风险高。

③明挖段隧道为出地面结构，场地所在桥下现状地面为一南北走向斜坡，斜坡高差达20m，桩基托换在地面上实施，施工作业场地困难。

④确定托换荷载的制约因素多。桩基托换受力转换体系复杂，需根据不同的阶段、不同荷载的作用，分阶段确定托换荷载。针对托换桩在托换施工、隧道施工期间的受力变形影响，分析桥梁可能的最大最小受力情况，以确定桩基托换各阶段的控制荷载。

4 桩基托换工程方案及步骤

4.1 托换方案的确定

本工程托换桩轴力较大，桥梁变形要求高，若采用被动托换结构将难以满足刚度、承载力和变形要求。为更好的控制托换结构和桥梁的变形，托换方案采用主动托换。

4.2 托换方案设计

本工程托换结构采用钢筋混凝土托换承梁的受力体系。在托换梁两侧各布置直径1.5m混凝土灌注桩，并对现有桥墩采用凿毛、植筋形式与新增托换梁有效连接，新托换梁支承于两侧新建的桩基上，通过在桩帽上顶升千斤顶来控制既有老桥上部结构的变形，利用千斤顶控制托换梁高程，稳定后浇筑桩顶混凝土，完成老桥基础托换。

因现场施工条件限制，托换新桩采用人工挖孔端承桩，桩端入微风化不小于1m，且低于隧道底板不小于2m。南侧地势低，新桩出露地面近20m，为满足桩抗震水平承载力要求，桩端入微风化不小于3m。

托换梁采用钢筋混凝土梁，根据托换梁布设位置空间及跨度，托换梁宽度采用3m、3.5m，托换梁高采用2.5m、3m。为避免托换梁和桥梁盖梁间形成短柱，采用托换梁直接加固盖梁方案，本方案传力途径直接，也有利于抗震。

图2 桩基托换结构横断面图

4.3 托换梁抱桩处节点处理

托换梁抱桩处为新旧结构连接点，是整个构建受力的关键点，为保证节点牢固可靠，设计时采取以下加强措施：

①增加托换梁主筋分布排数，尽量多的主筋贯穿通过，老桥墩范围内的主筋通过植筋连接。

②抱桩处设置600宽环形混凝土梁，加强节点处的整体完整性。

5 桩基托换的主要步骤

第一，托换桩及桩帽施工。平整场地，施做人工挖孔桩护壁，由上至下分段开挖成孔，挖至终孔标高下钢筋笼，浇筑灌注桩混凝土，后续施工桩帽。

第二，托换梁和被托换结构之间结合处理。为保证托换梁和被托换桥墩之间的牢固连接，采用植筋的形式进行处理。首先对原墩界面处理，步骤如下：

①在原桩上进行放样划线，定出界面处理位置；

②将原桩混凝土表面利用手持钉锤间隔将桩（柱）表面混凝土凿入25mm企口，形成齿槽；

③凿槽后使用钢丝刷清刷开凿部位混凝土碎屑，用水清洗干净，在新加结构混凝土浇筑前四小时内刷界面处理剂；界面处理完毕进行植筋，植筋流程如下：植筋定位—钻孔—清孔—注胶—植筋—养护-检测。

第三，搭设支架、支模，浇筑托换梁。

第四，顶升。顶升的目的是消除托换新桩变形对托换体系的不利影响，防止托换新桩桩顶沉降带动墩柱沉降，检验托换梁体系的承载能力。施工时在托换梁两端桩帽处各放三台千斤顶，实现桩、梁间的可控作用力。顶升分二次顶升：第一次顶升为预备顶升（也称为超顶），主要检测顶升整个系统的可靠性，二次顶升为阶段性分级加载顶升，主要完成托换桩的沉降变形及托换梁的扰度变形，同时实时同步顶升至设计要求标高以满足隧道区间净空要求。

第五，截桩。在完成预顶、全面观测变形稳定后，进行锁定，开始截断被托换桩，断柱采用人工截除，由外及内层层剥离的施工方法。截柱前需对原桩沉降及新旧混凝土界面滑移做好观察，在截柱过程中实行不间断观测，做到信息化施工。

第六，封桩。截桩完成后，在保持千斤顶荷载稳定不变的情况下将桩、梁预留钢筋采用钢套筒接驳器进行连接，浇筑微膨胀混凝土封桩。

6 施工监测

本主动托换体系设计的特点是受力明确、承载力可靠、变形易于控制、能够适应现有结构布置和桩基布置条件、托换施工期间和托换完成以后的建筑物安全控制设计采取静态应变测试系统、电子位移计、倾角仪、裂缝观测仪对新托换梁的挠度、沉降、倾斜度、裂缝进行高精度动态监测，得出同步顶升时托换梁的即时变化结果，以便更准确地指导托换梁顶升工作。

7 结语

牛咀大桥桩基托换工程已成功实施完成，本工程采用较少见的地面以上抱桩托换，托换跨度大，为今后类似的桩基托换工程积累了成功经验。