深圳地铁八号线穿越罗沙高架桥桩基托换实践

刘航雨 陈寿根 王青波 丁华兴

深圳市轨道交通八号线设计线路与已建的罗沙高架桥桥梁桩基发生冲突，经多方研究讨论，需要对其进行桩基托换。文章详细地说明了该桩基托换的施工流程。为确保受力转换过程中桥梁结构安全，在桥面及桥梁结构上布置沉降及应变监测点。监测结果表明，施工结束后，桥面及桥梁结构未出现任何裂缝，结构完好; 桥面最大沉降仅为1.11 mm。

桥梁桩基; 桩基托换; 施工流程; 监控量测; 沉降变形

U443.16+3   A

[定稿日期]2020-12-03

[作者简介]刘航雨（1994～），男，在读硕士，研究方向为隧道及地下工程。

城市中存在着高架桥，高层建筑等，其桩基础往往会深入地下，对地铁隧道的施工造成一定干扰[1-3]。然而地铁工程在设计选线阶段，为了保证线路顺畅，不可避免地从一些既有建筑物基础的下方穿过[4-5]。为了保证上部结构的稳定性，又不耽误地下工程的正常施工，往往会将上部结构荷载采用桩基托换的技术进行有效的转移[6-7]。

桩基托换施工分为被动托换和主动托换两种，被动托换适用于上部结构托换荷载较小，对变形要求不严格，主动托换适用于上部结构托换荷载较大，变形控制严格。在城市地铁施工过程中，对托换精度和工作安全的要求都比较高，因此，通常采用主动托换施工工法[8-10]。

桩基主动托换采用预先对托换桩进行预压的方法消除部分沉降，可人为控制托换时及托换后的变形，荷载分级转移。PLC主动托换原理是先施工托换结构，在托换结构与原结构之间设置千斤顶加载，采用PLC同步顶升控制系统，使上部结构的荷载转移到托换桩上，上部結构沉降变形可通过千斤顶顶升抵消，从而通过主动加载实现托换桩替代原桩受力，稳定后，截除旧桩，进行地铁隧道施工。

本文以深圳地铁8号线梧沙区间罗沙高架桥桩基托换工程为例，对城市地铁桩基主动托换施工进行简要的分析和研究。

1 工程概况

深圳地铁8号线梧沙区间线路在右线DK41+027～DK41+250段下穿罗沙高架桥左线，受其影响，罗沙高架桥Z11号、Z12号桥台处需要进行桩基托换。由于被托换桩基上部墩荷载大，托换梁跨度大，设计采用主动托换方式处理。

既有罗沙高架桥为双向四车道，上部结构为双箱直腹板式现浇连续箱梁，梁高1.8 m，底板宽为8.75 m，桥面宽13.25 m，跨径为33 m，三跨一联。Z11墩为双柱边跨墩，直径为1.8 m，Z12为单柱墩，直径为2.2 m，Z11墩为1.2 m端承桩，Z12为1.5 m端承桩（图1）。

2 桩基托换施工方案

2.1 施工思路

本工程桩基托换的形式为主动托换。托换凿除的施工思路是在梧桐山南站—沙头角站区间TBM区间影响范围内考虑原桩失效，设置托换梁及托换桩承受上部建筑荷载，以满足TBM设备通过要求。桩基托换采用“800 mm/600 mm排桩支护+600 mm旋喷桩止水帷幕+内支撑”围护基坑开挖。新桩采用冲孔桩;旧桩人工凿除侵入隧道部分桩基。桩基托换与既有桥梁关系如图2所示。

2.2 桩基托换施工准备

2.2.1 托换桩和围护桩施工

根据上部桥梁高度，选用冲击钻作为钻孔施工设备，施工工序为制作PHP泥浆，冲击钻成孔、正循环清孔、钢筋笼制作安装、导管安装、混凝土浇筑等。

2.2.2 基坑开挖

基于桩基托换施工要求，且便于后期的地基加固，在承台周围开挖深约7 m的临时基坑。基坑开挖采用人工配合机械开挖，为保证既有桥梁存在安全，采用先施工托换桩后基坑开挖。同一般基坑开挖工程一样，在进行基坑施工过程前，首先进行降水处理，当地下水位地域基坑底面1 m之后，再分层、分台阶开挖。

2.3 托换施工工序

托换施工工艺流程如图3所示。

2.3.1 桥梁检测

在桩基托换施工前、托换施工完成后隧道施工前、隧道施工完成后，分三次对受桩基托换及隧道施工影响的桥梁标高、倾斜、裂缝及外观情况进行检测，三次检测成果的对比分析，判断桩基托换、地铁隧道施工是否对桥梁结构造成损伤。

2.3.2 桩帽施工

预顶桩帽的作用是为了放置预顶用的千斤顶进行预顶作业的平台，预顶桩帽通过托换桩内预留的主筋连接形成整体。桩帽底部铺设100 mm厚的C20素混凝土垫层。托换桩帽上方预埋20 mm厚的钢板供预顶阶段使用，桩帽与托换桩的连接通过桩顶插筋实现。

2.3.3 原桥墩连接部位施工

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25 mm企口，将钢筋植入，植筋间距为35 cm，按照梅花形交错布置。施工现场如图4所示。

2.3.4 托换梁施工

托换梁施工顺序为：基坑开挖—清底—垫层施工—绑扎钢筋、预埋混凝土冷却管及钢板—安装两侧模板—注浆管安装—浇筑混凝土、养护。施工时对梁端预顶部位严格控制预埋钢板的位置。梁底纵向受拉钢筋较多，要进行分层浇筑，确保混凝土振捣质量。浇筑混凝土时，在托换梁底预留下料孔及对应桩预留钢筋。托换梁施工重点在于原有承台与托换梁之间连接，因此混凝土浇筑前，对原承台底面进行凿毛、清理后，再埋设注浆管。混凝土浇筑完成终凝后，托换梁顶与原有承台之间空隙，则以压注高标号水泥浆填充。注浆管采用2 cm PVC管，注浆管平面布置见图5。注浆压力为1.5～2 MPa，持压2 min。浆液为水泥浆，水灰比为0.5。对加载过程中产生的裂缝要进行严格控制，裂缝宽度大于0.15 mm时需立刻停止加载，并采取相应措施进行处理。预顶时，对于千斤顶以及托换梁的位置要进行严格控制，使得千斤顶在承受最大荷载的状态下，梁端能够保持在位移范围以内。PLC同步顶升液压系统如图5所示。

2.3.5 桩帽连接部位预制

桩帽混凝土达到设计强度后，在每一托换桩的桩帽上安装6个安全自锁装置及6个钢支撑，安全自锁装置与钢支撑将永远埋置托梁、桩帽间的钢筋混凝土连接体内。安全自锁装置及钢支撑安装布置如图6所示。

2.3.6 顶升

托换梁和托换帽设置千斤顶（预承台）荷载，使上部结构对钻孔灌注桩进行荷载传递，并通过预预压使最大位移桩抵消，通过钻孔桩主动荷载代替桩应力。本次顶升采用PLC同步顶升设备进行顶升施工。顶升施工流程图如图7所示。

在托换梁强度达到设计要求后开始顶升。顶升荷载按10个等级，第1级为30 %，然后每级按照10 %的增加量递加，到第9级时要加载到93 %，第10级才能加载到100 %。每级的加载时间需要保持在10 min。顶升采用位移和顶升力双控原则，累计最大位移不得大于1 mm，顶升力不得大于最大支座反力。

2.3.7 截桩

截桩前需对原桩沉降及新旧混凝土界面滑移做好观察，在截桩过程中实行不间断观测，做到信息化施工。如发现有下沉趋势，停止截桩，应立即向上微调顶升力，使墩柱保持在原有位置，稳定后，继续截桩。如发现托换梁发生倾斜时，停止截桩，应立即向上微调倾斜方向桩帽上顶升力，使托换梁达到平衡状态，稳定后，继续截桩。截桩时应分批跳开进行，断桩位置在托换梁底约500 mm至1 000 mm处。

2.3.8 桩帽与托换梁连接体施工

桩帽与托换梁连接体施工流程见图8。

在保证自锁装置及钢支撑安全可靠后才能拆除千斤顶。并对桩帽顶面及托换梁底面实施凿毛、清洗处理，凿毛不平整度不小于10 mm，确保与连接体混凝土的可靠结合。

在连接体混凝土养护7 d后，在连接体上部周围打V型槽埋注浆咀，注入改性环氧树脂。

2.3.9 基坑回填、压实

基坑作为桩基托换的辅助工程，只是按临时结构进行设计施工的，托换桩施工完成后应予以回填。对基坑采用砂石回填，压实度90 %以上。

3 桩基托换施工监测

桩基托换需要进行监测，施工监测主要部位为托换桩、基坑开挖、托换梁、顶升、截桩等。地面、建（构）筑物沉降观测点每隔10～15 m左右设一观测点，必要时可沿房屋建筑物竖向增加倾斜量测點;罗沙高架桥既有承台每个设一至两个沉降观测点，每个桥柱设一测斜观测点，测点需布置到托换承台外相邻两个承台。

由于顶升施工是整个桩基托换工程的核心，同时也是重点所在，顶升施工中Z11号，Z12号桥墩上台位移随分级荷载变化如图9所示。

由上图所示，在顶升过程中Z11桥墩上台最大位移为0.52 mm，Z12桥墩上台最大位移为1.11 mm。

4 结论

本文针对深圳地铁8号线TBM隧道穿越罗沙高架桥梁桩基群这一典型案例，得到以下结论：

（1）桩基托换的实质是通过新建托换梁将既有桩基的上覆荷载传递到新建托换桩上来，从而在控制桥梁结构受力和变形的基础上实现荷载转移。其施工过程主要为：基坑开挖—托换梁施工—顶升—截桩—基坑回填、压实。

（2）PLC主动顶升主动托换方式，对原桥桩基进行托换施工，桥面最大沉降位移为1.11 mm，桥梁结构的变形值在允许的范围内，说明本次桩基托换方案是合理的。

参考文献

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