探讨桥梁桩基托换技术在地铁盾构穿越桥梁桩基工程中的应用

李会强

（北京昊海建设有限公司，北京 100142）

0 前言

在地面交通压力与日俱增的情况下，地铁交通逐渐成为人们日常出行的新选择，地铁工程项目也越来越多。其中，盾构施工是目前地铁隧道开挖施工的主要技术方法，在穿越桥梁桩基的情况下，施工风险较大。采用桥梁桩基托换技术，并采取相应的质量控制措施，可以为施工过程的安全性及工程质量提供保障。

1 工程概况

由于地铁施工是在城市主要城区地下进行，难免会出现盾构穿越桥梁或建筑物基础的情况，此时已有基础构件相当于地铁盾构施工的障碍物，对其进行处理时需要充分考虑结构安全问题。比如某市地铁2#线工程需要穿过一条市政桥梁，桥梁全长29.3m，下部结构的桥台为桩基实配桥台，采用桩柱式墩结构，桩基础为φ1.2m的钻孔灌注桩。桥孔按照（6+16+6）m布置，6m跨的通道设计情况为两端设置上下行1:4梯道。桥梁上部结构主要为6m跨的现浇实心板梁和16m跨的预应力空心板梁。该工程中的两个地铁站盾构区间在市政桥梁下穿过，桥梁既有桩基处于盾构区间隧道范围内，成为盾构施工的障碍物，需要对其进行合理处理，保证施工的安全、顺利进行。其中，需要处理的桥梁既有桩基主要包括上行线的7#、12#、23#和28#桩，以及下行线的3#、4#、5#、14#、15#、20#、21#、30#和31#桩，共计13根既有桩基。根据收集到的桥梁工程资料，既有桩基为φ1200钻孔灌注桩，桩身长度为30m，桩底标高为-26.23m。对地铁盾构施工造成障碍的13根钻孔灌注桩均需要拆除[2]。

2 设计方案及控制标准

2.1 设计方案

在上述地铁工程的盾构施工中，对于需要拆除的既有桥梁桩基，拟采用半幅拆除、半幅通行的施工方案。为降低实际施工对交通的影响，仅对半幅桥梁进行封堵，同时利用西侧临时便桥作为疏解道路，将既有管线临时改移到便桥上。总体分为两期施工，尽可能缩短对路面交通的影响。经过实际考察决定，对于既有桥梁的障碍桩基，按照钻孔灌注桩、主梁和次梁的组合形式进行托换施工。需要在盾构隧道施工范围外，选择安全区域新建托换桩基，在桩基顶部采用千斤顶设备顶托承台。为避免在托换桩基施工后出现严重的沉降问题，需要在完成托换施工后，对桩土界面进行后压降处理。在此基础上进行承台主次梁施工，对既有桥梁障碍桩基标高的1.0m～3.5m范围进行凿毛植筋，完成承台主次梁浇筑施工，利用植筋使障碍桩、承台主次梁形成一个整体。在本次施工过程中需要拆除的既有桥梁桩基为13根，需要新建的托换桩基为24根，采取4×6排的布置方式，并完成6条主梁和3条次梁的浇筑施工任务[2]。

2.2 控制标准

在地铁盾构穿越桥梁基础的施工中，对既有障碍桩的处理是施工重点部分。桩基托换技术实际上是利用新建构件结合原有基础体系，改变既有基础体系的传力形式，或对既有基础体系起到加固改造的作用，提升其整体承载力。基础托换施工技术具体可分为主动托换、被动托换两种，本次施工采用的是主动托换技术，具有对既有桥梁基础结构更好的变形控制能力。具体根据《建构筑物托换技术规程》（CECS 295-2011）和工程设计文件，确定结构变形及受理要求，制定既有桥梁桩基结构位移的控制标准。其中，桥台顶竖向沉降累计值要求控制在±5mm以内，且变化速率不能超过±1mm/d。桥台顶水平位移累计值应控制在±5mm以内，变化速率不能超过±1mm/d。向量竖向沉降和水平位移的控制标准与桥台顶相同，挡墙竖向沉降应控制在±25mm范围内，变化速率不能超过±2mm，水平位移应控制在±3mm以内，变化速率不能超过±1mm[3]。

3 桥梁桩基托换技术在地铁盾构穿越桥梁桩基工程中的具体应用

3.1 基本施工流程

在上述地铁盾构施工过程中，为满足穿越桥梁桩基的障碍桩基处理需求，主要设计以下的施工技术流程。首先进行基坑围护施工，对基坑进行加固，并完成清淤等工作。其次进行新桩基施工，完成主次梁施工后，对坑底进行加固。再次进行托换施工，施加顶升荷载预压力，进行托换连接。然后进行挖孔截桩，完成基坑回填后，还要拆除临时排水设施、围堰，设备退场后，需要进行河流疏通等工作。在具体的施工过程中，需要对每个施工环节进行严格控制，合理选择施工技术方案，确保工程施工质量及安全性[4]。

3.2 抱柱梁施工技术

在该工程中，共有13根抱柱梁，其中3根的结构尺寸为2.8×2.8×1.2m3，另外10根的结构尺寸为3×3×1.2m3。抱柱梁的顶面标高为+3.6m，底面与承台主次梁的距离为0.6m。在施工过程中，需要在承台的主次梁搭建钢管支架，并利用方木和竹胶板铺设形成底模。主次梁钢筋半成品在钢筋加工棚中完成制作，利用运输设备将钢筋半成品运送到指定地点，完成现场绑扎[5]。根据设计要求，需要将φ45的金属波纹管固定在钢筋笼上，然后安装锚垫板，穿入精轧螺纹钢。施工模板为组合钢模板形式，加固体系主要包括钢管和方木支撑。在抱柱梁的混凝土施工过程中，主要采用泵送工艺，利用溜槽溜放施工，确保一次成型。施工前需要对施工位置桩基进行凿毛处理，要求凿出35mm×35mm的齿键。此外在施工前还需要对既有桩基进行检测，确保其强度能够达到C25以上，同时检查凿毛施工质量，满足条件后才能进行施工。抱柱梁位于承台主次梁上方，在施工时需要设置好临边防护设施，为施工安全性提供保证。施工完成后，等到混凝土强度达到90%以后，可进行抱柱梁张拉施工，采用两端张拉方式，并对应力和伸长量进行控制，严禁张拉伸长量超过计算值的±6%。

3.3 托换顶升施工技术

托换顶升施工时整个盾构穿越桥梁部分的重点工序，直接关系到托换体系的形成效果。托换顶升施工要在托换梁的混凝土强度达到100%后进行。首先在预顶空间内将砂子掏出，然后在承台上按三角形放置钢垫块，将钢楔打紧，并在预埋钢板上设置千斤顶。在上述工程中采用的是带有自锁装置的千斤顶设备，要求千斤顶的组合形心与桩型心重合。在托换预订加载过程中，采取分级加载原则，分十级进行加载，每级增量为千斤顶的加载上限10%，且在每级加载过程中，要保持10min左右的持续时间，等到结构稳定后再继续加载下一级荷载，严禁一次加载至最大值。在施工过程中，使用四个千斤顶共同加载荷载，加载过程中需要控制托换桩上抬量不能超过1mm，否则应立即停止加载。同时应对加载过程中的托换梁裂缝现象进行严格监控，如果裂缝宽度达到0.15mm，也要立即停止加载。此外，在顶升加载过程中，还要对控制承台、托换梁连段位移进行控制，其中，承台的下沉量要控制在2mm以内，托换梁连段的上抬量要控制在3mm以内。

3.4 挖孔桩施工技术

该工程的人工挖孔桩标高设计为+2.5m～-9.3m，地层主要为淤泥层、中砂层和淤泥加砂层，中砂层厚度为7.3m，具有较好的透水性，要进行承压井施工，并在井口周边设计踢板，对开挖高度进行严格控制。在达到一定深度后，应采用钢护筒护壁形式，并将井内的渣土利用提升设备清除。如果在施工过程中遇到孤石或硬岩层，需要利用风镐破除，在整个施工个过程中应保证承压井处于无水工况，避免出现突涌现象，引发塌方问题[6]。在人工开挖施工中，可以使用机械提升装置提出井内渣土，如果发现孔内渗水问题，也可以采用抽水机进行排水。如果需要采用浅眼爆破法对孔内岩石进行爆破施工，需要做好孔底处理工作，确保孔底平整、无松渣和淤泥等软弱土层。在障碍桩拆除过程中，应采用人工风镐施工方式，按照一定顺序进行凿除，可自上而下、从内到外进行施工，遇到无法凿除的情况，可采用小型爆破施工技术。拆除到设计标高后，拆除钢护筒，可分三节吊出挖孔桩。在整个施工过程中，要对施工技术进行严格监控，避免出现安全问题。

4 桥梁桩基托换技术在地铁盾构穿越桥梁桩基工程中的技术质量控制措施

4.1 施工技术控制措施

在管井降水施工之前，应根据设计参数的要求，开展管井试验施工，对渗水量等进行验证，然后调整管井布置情况，详细改进施工参数。在管井使用过程中，需要在基坑两侧同时抽水，严格控制水位差在要求限度以内，安排专人值守，记录抽水情况。同时应采取分级降水方法，每次降低的水位应在5m以内，稳定一段时间后再继续降水，直到设计水位要求。采用管井降水要对水位进行观测，如果超出警戒线，应立即减少抽水，或采取回灌等补救措施。一般管井降水作业要求在开挖前20天进行，并将水位降到开挖面1m以下，从而为基坑开挖施工提供方便。在开挖施工过程中，应采取降水管井保护措施，避免施工导致管井堵塞，对降水效果造成影响。此外，井点供电系统应采用双线电路，避免发生突然停电的情况。在潜水泵运行中，应对水位变化进行观测，检查电缆线与井壁相碰等情况，避免电缆线磨损后，水沿电缆芯进入电机，最大化保证施工安全性[7]。

4.2 施工技术监测方法

在地铁盾构穿越桥梁基础的托换施工过程中，需要对施工技术进行严格控制，主要利用信息化检测手段，掌握施工动态，及时采取有效的技术调整措施。在托换施工过程中，应注意对既有桥梁结构受力及变形情况的观测，同时应对新建托换桩基、周边环境变形情况等进行监测，在施工现场全面布置施工技术监测方案，及时发现因施工因素引发的结构安全问题。一般在地铁盾构托换施工过程中，由于施工作业面的空间限制较大，新建桩基与盾构机的距离较近，在盾构施工过程中，周围土体会受到较大的水平作用力影响。因此，在盾构穿越既有桥梁基础施工过程中，需要对邻近桩基及土体变形情况进行及时掌握，分析其受力特性，通过对施工技术方案进行合理调整，降低盾构施工过程中的扰动影响。

4.3 重要节点施工控制

在地铁盾构托换施工中，需要加强对重要节点的施工控制。应当消除桩基的前期沉降，让前期沉降量稳定下来，确保荷载顺利转换到托换桩。具体地，应当采取堆载预压和预顶升方法，在堆载1～2d之后，进行预顶升施工，逐级加大压力，预压至设计值，将千斤顶螺旋自锁装置锁死，然后再保持2～3d，确保托换桩沉降量能够趋于稳定。在采用主动托换技术的施工方式下，需要对每级加压值进行严格控制，并对顶升位移值进行检测，不能超过1mm，确保托换桩顺利替换既有桩基。在既有桥梁桩基截断施工之前，应先锁死千斤顶油压和螺旋自锁装置，并采用油压传感器对压力进行监测，同时掌握桩基应力和应变情况。在对千斤顶油压进行调整前，应先确定荷载已经完全转移到托换桩，并完成辅助支撑固定。满足条件后才能进行既有桩基截断施工，切割过程中应垫入钢板，防止千斤顶失效引发安全事故。

4.4 工程事故应急处理

在地铁盾构穿越既有桥梁桩基施工过程中，即使采用托换施工技术，仍有较大的施工危险性，需要提前制定事故应急处理方案。应有项目经理直接组建应急小组，并作为应急小组组长，在项目经理的协调下，由各分管经理组成应急小组领导班子，调动多方力量及时开展应急处理工作。施工前应对施工技术方案进行仔细审核，并预测可能发生的紧急事故，在现场准备好应急处理物资。应急指挥系统应与工程信息化管理系统全方位衔接，在平时通过获取、分析施工监测信息，判断施工安全等级，如果超出预警值，应立即暂停施工，排除风险后再继续进行施工。一旦发生紧急事故，应立即启动应急处理方案，联系有关部门参与应急救援，将事故损失降至最低。总体而言，在地铁盾构穿越既有桥梁基础的施工过程中，需要同时对施工质量和施工安全作出有效控制。

5 结语

综上所述，桥梁桩基托换技术是处理地铁盾构施工需要穿越既有桥梁基础的有效方法，可以为既有桥梁基础结构及施工过程的安全性提供保障。通过结合工程实际情况，合理设计施工流程，采取相应的施工技术质量控制措施，能够最大化发挥桥梁桩基托换技术的优势，提高地铁盾构施工质量水平。