浅谈桩基托换施工技术的应用

官尹杰 官荣 梁宇航 刘培

摘 要：随着我国市政工程的高速发展和工程建设的需要，托换技术在市政工程中的应用较多；特别是城市地铁工程的建设，应用更为频繁；本文以中铁五局深圳地铁7号线黄木岗站华强立交桥的桩基托换为例，对桥梁桩基托换施工技术的应用进行阐述。

关键词：桩基托换；施工技术

1 概念

托换技术是指，解决对既有建筑物的地基需要处理和基础需要加固的问题，和对既有建筑物基础下需要修建地下工程及其邻近需要建造新工程而影响到既有建筑物的安全问题的技术总称（又称为基础托换）；托换技术适用于既有建筑物的加固、增层或扩建，以及维修建地下工程、新建工程和深基坑开挖的影响的既有建筑物的地基处理和基础加固；按照施工方法，可分为：桩式托换法、灌浆托换法、基础加固法；按照受力特点，可分为：主动托换、被动托换。

桩式托换法，为采用桩进行基础托换的方法，是所有桩基基础托换施工方法的总称；它是，在基础结构的下部或两侧设置各类桩，在桩上搁置托梁或承台系统或直接与基础锚固，来支承被托换的结构物；桩式托换适用于软弱黏性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基；按照托换部位的不同，可分为：桩基（柱）托换、承台托换、梁托换等几种形式。

2 工程概况及地址水文

深圳地铁7号线黄木岗站，受既有深圳市华强立交桥群桩基础干扰（2个墩，4根孔桩，桩径1.2m，端承桩，车辆正常通行），需要更换；桩基托换在约5.1m～5.3m深的基坑内施工，基坑侧壁安全等级为二级，采用放坡开挖，支护结构型式均采用喷锚支护，并采用直径600mm双管旋喷桩止水帷幕；南桥8号桥墩和北桥8号桥墩桩基托换均采用桩基托换的方式进行施工，托换桩采用直径1.5m钻孔灌注桩，托换梁截面为6.0m（宽）×3.5m（高）×21.3m（跨度），按两端简支和托换梁内加预应力的形式设计；由于墩柱底荷载大，托换梁跨度大，施工单位，采用了主动托换的方式处理。桩基托换部位地质主要为素填土、砾质粘黏土两种；黄木岗车站地下水主要为孔隙水、潜水及基岩裂隙水，基岩裂隙水具有微承压性。

3 桩基托换施工

托换体系由，托换桩基础、托换桩帽（承台）及托换大梁三部分组成，将被托换桩基及被托换承台通过植筋技术与大刚度托梁咬接成整体；主动托换，采用500吨千斤顶、机械式安全自锁装置（永久留置）及钢管垫块等装置（根据设计需要选定）实现受力体系的转换；最后把桥墩上部荷载转移至托换桩上，让新做的托换梁、托換桩与原结构框架形成整体，最后完成整体托换。

3.1 托换桩基础及托换桩帽（承台）施工

托换桩基及托换桩帽（承台）施工前，采用挖机开挖至托换梁顶标高后，开始施工托换桩基础及托换桩帽（承台）；托换桩基础采用旋挖钻全套管法施工，桩基直径1.5m，端承桩，混凝土等级：C50，质量标准与桥梁钻孔桩施工一样；托换桩帽（承台）采用明挖现浇法施工，桩帽尺寸：7.5m（长）×3m（宽）×2m（高），混凝土等级：C50；托换桩帽（承台）与桩基的连接，采用桩基钢筋笼埋入托换桩帽（承台）钢筋笼1m的形式锚固。为了满足主动托换千斤顶预顶受力的要求，每个托换桩帽顶部预埋2cm厚的钢板16块，4块50cm×50cm×2cm钢板和12块35cm×35cm×2cm钢板，预埋钢板安装时必须定位准确。

3.2 托换梁施工

托换梁采用钢筋混凝土结构，托换梁尺寸为21.3m×6m×3.5m，钢筋混凝土等级：C50；托换梁与被托换桩及承台之间主要是通过托换梁与被托换桩和承台之间的咬合、界面处理和植筋来实现，即在托换梁高度范围内，把原桩和承台表面凿毛，连接面处间隔200mm凿一道25mm（深）×200mm（宽）的凹槽，并刷界面剂界面处理；沿被托换桩和承台周围植筋，植筋锚固胶采用A级植筋胶。在施工之前，两边托换桩帽（承台）与托换梁之间的后浇段，采用细沙回填夯实至托换梁底高程，然后施工托换梁。

3.2.1 界面处理及植筋施工

界面处理，是在原桩和承台上进行放样划线，定出凿毛位置，将原桩及承台混凝土表面凿成凹凸不平状，并要求在原结构连接面处间隔200mm凿一道25mm（深×200mm（宽）的凹槽；凿毛、凿槽应采用人工小锤敲击和低落距敲击或小型机械打凿，严禁大锤敲击和连接大锤高落距作业而破坏原结构。凿毛后用水清洗干净，在托换梁砼浇筑前四小时内刷一层环氧树脂乳液水泥浆作界面处理，以增强托换梁体与原桩之间的接合度和增加握裹力；若凿毛时发现裂缝等异常情况，则立即采取临时安全加固措施，并及时反馈信息给设计单位。

植筋严格按照设计图纸施工，植筋前标明钢筋锚固点的钻孔位置，钻孔采用电动冲击钻进行钻孔（钻孔方向、深度、角度严格按照设计图纸施工）；钻孔必须间隔钻孔，钻孔时若碰到原桩钢筋则立即停止钻进，移动孔位后再钻，原钻出的未成型废孔用1：1水泥砂浆填塞补平；钻孔完成后，把预埋孔清理干净，保持干燥；然后，由监理工程师验收，验收合格后，开始植筋；钢筋随A级改性环氧树脂胶粘剂之后植入，不得长时间的等待；所有的植筋，必须按照设计图纸施工，且符合相关规范要求。

3.2.2 托换梁钢筋混泥土施工

被托换承台及被托换孔桩界面和植筋施工完成后，开始绑扎托换梁钢筋（严格按照设计图纸施工）和浇筑混泥土；施工顺序为：绑扎钢筋（预应力安装）→支立模板→浇筑C50混凝土→等强→养护→拆模→张拉及封锚。

托换梁一般为大体积混泥土，应采取相应的技术措施，保证钢筋混凝土质量；托换梁钢筋安装前，在托换梁底，安装2cm厚的钢板16块，4块50cm×50cm×2cm钢板和12块35cm×35cm×2cm钢板，预埋钢板安装时必须定位准确（与托换桩帽或承台顶预埋钢板对应，用于主动托换的受力系统转换，千斤顶、机械式安全自锁装置的受力点。）。

3.3 预顶升及截桩施工

本桥的桩基托换，采用的是主动托换法施工。

3.3.1 预顶升

当托换梁及托换桩帽混凝土达到设计强度后，进行预顶升施工（即第一次顶升）。

主动托换法施工，是通过安装在托换梁与托换桩帽（承台）之间的千斤顶进行应力加载，最终实现受力体系转换的一个过程；它通过安装在托换梁与托换桩帽（承台）之间的千斤顶配合机械式安全自锁装置、钢管支撑和钢垫块来施加主动应力，使上部结构的荷载转移到托换桩基础上；同时，使新桩的大部分位移，通过千斤顶预压来抵消，最终实现受力体系的转换；千斤顶轴力的加载必须采取，分步、逐级加载的方法施工；千斤顶加载过程中，要时刻观测托换梁、托换桩、托换桩帽（承台）及被托换结构的变形和位移。

第一次顶升，是在截桩前的顶升；顶升的轴力必须逐级加载，严禁一次加载至设计轴力，当逐级加载至100%设计轴力时，要停滞一定时间，观测被托换结构是否有微量抬升（控制在1mm～3mm以内），如有微量抬升，立即停止加载；如无抬升，可逐级加载至110%设计轴力，并同步监测抬升量，直至出现微量抬升时，停止加载（超过120%设计轴力时，任无抬升现象，立即停止加载，并报告设计单位）。停止加载后，锁死安全自锁装置和安装钢支撑（加打钢楔块），并将千斤顶回油，调整轴力为现有轴力的50%及锁定千斤顶（根据受力模型分析，现有轴力的50%接近于原结构物的实际轴力），然后开始截桩。

3.3.2 截桩施工

截桩施工，应分批跳开进行；断柱位置在托换梁底约500mm至1000mm处，先用风镐沿柱周边凿出原柱箍筋，将箍筋拆除；再沿原桩截面的三个方向截断钢筋和破除混凝土，直到原桩全部截断；截桩过程中，加强各项数据的监测和数据的处理，及时反馈监测结果，特别是变形监测、沉降监测、内应力檢查、安全自锁装置和千斤顶的锁定监测。

3.4 后浇段及原断桩封闭施工（受力体系100%转换）

截桩完成后，立即对被托换结构物进行测量及验收，确认被托换结构物的沉降和变形是否符合设计要求（沉降量控制2mm内）；如各项指标均符合设计要求，且结构物已基本稳定后，可进行下到工序的施工。如各项指标超标，不合格；则根据既有施工方案对托换梁进行第二次顶升，第二次顶升的轴力，必须建立受力模型计算确定；二次顶升过程中，设专人监控，一旦达到设计要求，立即停止顶升。当第二次顶升完成，且托换桩（帽或承台）、托换梁及原结构已基本稳定和无变形后，方可进行后浇段的施工。

待受各项指标验收合格后，在保持顶升轴力稳定不变的情况下，将自锁装置锁死（永久留置）；然后对钢支撑，加打钢楔块，并与钢支撑焊接固定；最后拆除千斤顶、接驳钢筋、安装模板及浇筑微膨混泥土。使新做的托换桩、托换桩（帽或承台）托换梁与原结构物形成整体，最终完成支撑体系的转换。

施工顺如下：二次顶升完成后千斤顶锁定→确定无误→自锁装置锁死→钢支撑打钢锲块（焊牢）→拆除千斤顶→接驳钢筋（清理杂物）→支模→浇筑混凝土→养护。

3.5 原断桩封闭施工

原有桩基截断后，必须对桩端进行封闭保护（即封桩，封桩结束，即托换结束。），保证原有结构物的耐久性（钢筋保护层满足设计要求）；封桩可采用，同等级或高等级的细石混凝土施工（其他等强材料均可）。

4 桩基托换施工的重难点

4.1 难点

①整改桩基托换施工过程中，施工安全风险大非常大，干扰因素多；②截止目前，我国尚未大面积使用托换技术，导致托换技术的掌握和普及率不高；③托换技术的要求高，且施工条件复杂；④原有结构物性能不佳或与原设计图纸差异较大。

4.2 控制重点

①托换桩及托换桩帽（承台）施工质量控制；②原有结构物与托换梁咬合施工的质量控制（刚性连接）；③主动托换施工的安全性和稳定性控制；④受力体系转过程中的各项数据监测和处理；⑤千斤顶和安全自锁装置的选定及使用；⑥后浇段和封桩的质量控制。

5 结束语

随着我国市政工程的高速发展和建设需要，托换技术的应用数量，将不断增加；规模将不断加大，施工工艺和施工技术也会日趋成熟，并得到普及。借此次探讨的机会，对桩基托换施工技术进行了浅述，供大家参考。