桥梁明挖基坑施工中桩基托换技术研究

【摘    要】：针对桥梁施工中存在的差异性沉降，引入桥梁明挖基坑桩基托换技术，通过托换桥梁基坑开挖、防护处理、基坑托换桩、大梁施工、植筋及界面处理、体系转换、切桩、接桩及千斤顶拆除工艺，实现桥梁基坑明挖施工。通过工程实践表明：新的施工方法能够实现对差异性沉降值的有效控制。

【关键词】：桥梁；明挖基坑；桩基；托换

【中图分类号】：U443.163【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）01-24-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.007

Research on Piling Underpinning Technology in Bridge Open-cut Pit Construction

MA Wanjun

（China Construction Second Engineering Bureau Co. Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】：The piling underpinning technology in open-cut pit could solve the high differential settlement value problem in the current bridge construction. Through underpinning bridge pit excavation and protection treatment；pit underpinning pile， cap and beam construction； planting reinforcement and interface treatment； system conversion； pile cutting， pile connecting and jack demolition. The practical application proves that the new construction method can effectively control the differential settlement value in practical application.

【Key words】：bridge； open-cut pit； piling； underpinning

我國城市基础设施建设发展迅速，在这一过程中新建的各类工程项目难免会与既有桥梁桩之间冲突，为了保障建筑物的安全运营，使用桩基托换技术将建筑上部分结构转移至新建桩基上，达到建筑物的荷载需求，可以最大程度上保障建筑物安全使用、降低施工成本[1～2]。托换可分为主动托换和被动托换两种，其中主动托换更适用于托换各类荷载较大且对建筑结构变形有着更高要求的桥梁建筑；而被动托换更适用于托换荷载较小或上部荷载较小且对变形要求较低的建筑项目[3]。桥梁与其他建筑项目相比，存在道面疏解难度大、安全隐患大、体系转换复杂等问题，本文就桥梁明挖基坑施工中桩基托换技术进行研究，明确各个施工工序，以提高施工效率，确保既有桥梁安全。

1 工程概况

某桥梁呈南北走向，基坑采用明挖法施工，深度10.250～12.240 m。施工中会影响到周围相邻既有桥梁，因此需要对既有桥梁进行加固或改造施工。考虑结构特殊性，分二期完成施工，将分隔墙设置在K0+560里程位置上，具体位于既有桥梁下，需对桥梁桩基进行托换。见表1。

2 桩基托换施工流程

2.1 基坑开挖

明确施工区域周围的地质、地下管线布设等基本情况并对建筑周围环境进行监测，如裂缝、倾斜、沉降、位移等项目[4]。根据实际情况进行分层开挖，将每一层开挖高度控制在1.2 m左右。为了确保桥梁基坑结构具有更高的稳定性，应将基坑放坡挖掘至托换梁的底部且控制放坡比例为1∶1。为避免在后续施工中桥梁两端结构受到交通的影响，需要在施工区域周围设置围护桩，起防护作用，以网喷支护为宜。

2.2 托换桩与承台施工

测量与放样托换桩的中心位置并根据桥梁明挖基坑施工下部结构的净空条件，采用冲击钻机的方式进行托换桩施工。尽量保证护壁厚度在150 mm左右，每节的挖掘深度为1 m，将桩钢筋探入托换梁内部1 m处，在每一根托换桩结构上都预埋两个钢筋计，以确保能够在后续托换过程中更精准测定桩基内力变化情况[5]。施工时应注意桩基底部位置沉渣的厚度，避免因沉渣过厚造成顶升沉降过大，影响整体施工质量和结构精度[6]。见图1。

承台施工前应清理桩顶的浮浆、浮渣，对于顽固部分可做凿除处理，承台高度包括预顶承台及预顶空间两部分，具体根据实际情况确定。通过砖砌外模的方式进行承台施工，确保桩在承台内5 cm处，每个承台应埋设2块钢板并预留出气孔，能保证混凝土浇筑的密实度。

托换大梁施工中，采用砂子作为填充材料，回填到换梁底部的设计标高位置并对托换梁底部的垫层进行施工。选择将2根?155 mm的钢管和4根规格为?25 mm镀锌钢管安装在托换桩上方并在各个结构连接位置上进行混凝土浇筑。当混凝土的强度超过75%且不超过10 d时，张拉预应力钢束结构并对其结构变形情况进行实时监测。

2.3 植筋及界面处理

为确保被托换桩与托换梁结合的更加紧密，进行植筋处理，首先根据要植入的钢筋位置钻孔，跳钻施工，禁止出现同一侧同时钻孔的情况。利用冲击钻进行钻孔，钻孔的深度设计要求，通常情况下钻孔孔径不得小于10 d（d为钢筋直径）且不得超过15 d。用毛刷或空压机对钻孔内部的残渣进行清理，将残渣扫除或吹出并在钻孔内注入锚固剂。采用锤击的方式植入钢筋，植筋过程中需要确保每一批钢筋在桩结构中的水平截面保持一致，最多不能超过2个孔的距离。待前一批植筋完毕且锚固剂充分凝固后，开始下一批施工，以此不断循环。

植筋后，在托换梁抱柱位置上放样并作出明显标记，规划出需要处理的界面。施工过程中，通过手持钉锤，将托换桩表面混凝土凿入到25 mm深位置上并将还没有开启的口全部凿除，使其内部新鲜的混凝土界面裸露在外。针对凿除位置上的混凝土碎屑清理干净，可使用钢丝刷进行清理。同时，在托换梁混凝土结构浇筑前，还需要在界面上涂抹处理剂。

2.4 上部结构体系承载转换

在托换梁结构和托换桩帽结构之间设置千斤顶，通过测算得出加载量，分级加载，以克服由于托换梁刚度不足造成的桥梁整体结构差异性沉降较大的问题，避免影响施工质量和施工进度。加载顶升过程中，为了能够进一步消除托换桩自身产生的沉降量，还应当将加载上部结构的荷载进行转移，将所有加载力转移到托换桩上，避免托换梁受力过大发生破损或断裂。根据不同桥梁建设施工的托换桩顶升要求，选择千斤顶和自锁装置的型号和规格；使用时还需要对千斤顶进行标定和调整，确保具有足够的行程，支撑其完成加载工作。自锁装置的安装也需要严格按照顶升着力计划布置在精准位置上，每个托换桩帽上安装多台千斤顶以及配套自锁装置，需要保证各装置全部位于厚度为2.5 cm的钢板结构上。顶升过程中，自锁装置会与千斤顶同步提升和下降，完成整个体系转换后，自锁装置会永久安装在托梁结构和托换桩帽之间，实现二者在混凝土内部的连接。

在体系转换过程中，需要对既有桥梁结构沉降和变形情况进行全方位监测。顶升过程中，一旦出现数据异常，需要对顶升施工参数进行调整或修正，从而确保托换桩施工的顺利进行。预顶前，还需要结合施工设计图规定的顶升轴力，对预顶荷载进行分级、分次数加载，共划分为10个层级。见表2。

每层级加载达到上限数值时，需要停留10 min，待结构稳定后再完成下一层级的加载。加载过程中，若出现监测数据超出上限值、托换体系内部出现新的裂纹、顶升力未达到设计要求数值的情况，应立即停止加载并对相应的施工参数进行调整。

2.5 切接桩及千斤顶拆除

待所有监测结果均符合规定要求后，开始切桩。按照从外到内的顺序完成剥离，每一层剥离深度不得超过8 cm，若此时监测数据仍然处于稳定状态，则可完成后续的接桩和千斤顶拆除施工。在拆除前，需要确保千斤顶内部的自锁装置处于锁定的状态，在拆除千斤顶的同时，用于连接托换梁结构和帽结构的钢筋也需要一并拆除并完成立模施工。节点位置上的混凝土浇筑可以充分利用原有托换梁预留的钢管孔道，待浇筑完毕后，完成对桥梁明挖基坑的施工。

3 施工效果

为验证施工效果，将差异性沉降作为评价本文施工方法的指标，差异性沉降量越大，说明基坑承载力越差，在施工和后期桥梁运营阶段越容易出现基坑变形现象；反之，差异性沉降量越小，说明基坑承载力越强，在施工和后期桥梁运营阶段越不容易出现基坑变形现象。

[m=n-δM] （1）

式中：[m]为桥梁明挖基坑差异性沉降量；[n]为通过测量得到的基坑沉降变化量，在計算过程中[n]取绝对值；[δ]为基坑在正常状态下产生的沉降变化系数；[M]为正常沉降变形均值。

在施工区域内随机选择8个点作为测点，根据式（1）计算得出8个测点的基坑差异性沉降量。见图2。

由图2可以看出：本文提出的施工方法在实际应用中能够将差异性沉降值控制在1.00 mm左右，其中差异性沉降值最低的是1测点，为0.58 mm，差异性沉降值最高的是2测点，为1.26 mm；本文提出的施工方法各测点上的差异性沉降值明显比对照条件中其他相似工程的差异性沉降值低。

本文提出的基于桩基托换技术的桥梁明挖基坑施工方法在实际工程项目中应用时，能够实现对基坑沉降的有效控制。

4 结语

桥梁明挖基坑施工时，桩基托换技术能够提高工程整体施工效果并解决以往桥梁施工中对周围既有建筑结构的影响问题，确保工程顺利进行。在实际应用本文时，还可结合对称开挖的方式对基坑土方进行开挖，进一步减小不平衡土压力对桩基的不利影响。

参考文献：

[1]陈鑫磊，张学民，赵    勇，等. 软弱地层地铁隧道洞内托换施工对桩基影响研究[J]. 铁道科学与工程学报，2021，18（12）：3294-3302.

[2]梁粤华，翟利华，史海欧. 洞内大轴力大跨径拱式桩基托换在地铁建设中的研究与应用[J]. 隧道建设（中英文），2020，40（12）：1765-1774.

[3]李东福. 新型悬臂式结构托换桩基技术在地铁车站施工中的应用[J]. 四川水力发电，2021，40（6）：33-37+60.

[4]陈福斌. 深圳市东部过境高速公路高架桥桩基托换工程设计[J]. 城市道桥与防洪，2021，（3）：113-116+119.

[5]吴春冬，邬    泽，周金录. 软弱淤泥质地层暗挖区间桩基托换技术研究及应用[J]. 工程技术研究，2020，5（7）：87-88.

[6]马鹏飞，赵    霞，李    鹤，等. 北京地铁19号线凉水河桥桩基托换工程防洪分析[J]. 内蒙古水利，2020，（6）：47-48.

收稿日期：2022-03-16

作者简介：马万军（1987 - ）， 男， 四川德阳人， 工程师， 从事工程技术管理工作。