深圳地铁7号线彩虹桥桩基托换施工技术

王文通， 张 超， 陈寿根

(1. 深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518001； 2. 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

深圳地铁7号线彩虹桥桩基托换施工技术

王文通1， 张 超2， 陈寿根2

(1. 深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518001； 2. 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

城市地铁建设方兴未艾，地铁下穿既有建筑物的情况日益增多。文章简要介绍基础托换概念，并以深圳地铁7号线笋洪盾构区间隧道下穿彩虹桥桩基托换工程为例，着重介绍了桥桩托换施工工艺和施工流程，为类似工程施工提供参考。

地铁盾构； 下穿桥梁； 桩基托换； 施工技术

托换技术或基础托换是指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或解决对既有建筑物基础下修建地下工程，其中包括隧道要穿越既有建筑物，以及邻近需要建造新工程而影响到既有建筑物的安全等问题的技术总称[1]。桩基托换技术是技术难度大、费用较高、工期较长、风险性较强的一种特殊施工方法，具有涉及专业类别多、科技含量高、环境安全保护问题突出等特点[2-4]。本文依托深圳地铁7号线桩基托换工程，介绍了施工过程中应用的桩基托换技术，以期为将来类似工程施工提供参考。

1 工程概况

深圳地铁7号线笋岗站—洪湖站区间隧道工程从笋岗站出站沿梅园路东行，线路首先穿越彩虹桥引桥桩基，然后线路继续东行依次横穿铁路北站站场、洪湖西路、布吉河和洪湖，最后到达洪湖站。线路沿彩虹桥施工在DK27+130～DK27+240从彩虹桥西侧引桥下穿过，受其影响，彩虹桥引桥有2处桥台，6处桥承台，共计16根桩基需托换，彩虹桥左右两副桥在托换处均为3跨联系梁结构，桥柱至周边建筑物最小间距为6 m。 按墩台位置，本工程分为0#、1#、2#、3#基坑分别进行桩基托换施工。以1#托换基坑为例，其平面如图1所示。

图1 1#托换基坑平面

2 工程重难点

本工程重难点主要包括以下几方面：周边建筑密集，且为居民房，需严密监控其变形，同时做好施工降噪措施；被托换桩位于彩虹桥西引桥处，净空很低，如何在如此低的净空条件下顺利进行施工是本工程一大难点；主托换梁截面尺寸为2.5 m×2.5 m，次托换梁截面尺寸为2.5 m×2.0 m，梁长9～13 m，混凝土体积较大，降温和养护工作也是一大难点。

3 桩基托换施工技术

为有效控制托换施工造成的沉降，本工程采用主动托换方式进行桩基托换施工。主动托换施工原理：在托换大梁与托换桩帽节点位置安装千斤顶实施加载，使托换桩的大部分沉降通过千斤顶预压来完成，消除托换桩沉降变形对托换体系的不利影响，检验托换体系的承载能力，通过千斤顶分级加载使桥梁上部结构的荷载完全转换到新建托换桩上，完成整个体系转换的目的[5]。

3.1 施工工艺流程

本工程主要施工步骤为：围护结构及托换桩→开挖托换基坑→施作托换桩桩帽→被托换桩界面处理、植筋→施作托换梁→预顶→浇注托换桩和托换梁之间的微膨胀混凝土→基坑回填。总体施工工艺流程如图2所示。

图2 总体施工工艺流程

3.2 施工准备及监测

(1)施工前根据相关资料完成场地内各类管线改迁工作，并设计合理的桩基托换设计、施工方案，针对可能面临的问题设置应急预案，根据工程需要，进行施工机具和人员配置。

(2)本工程监测包括两方面：一是基坑围护及开挖施工阶段的监测，包括地层及支护情况巡视、围护桩顶沉降及位移监测、支撑轴力监测、周边建筑沉降及倾斜监测、地下水位监测、坑底回弹等。二是桩基托换全过程及盾构隧道掘进阶段对托换结构影响的监测，主要包括对附近建筑物、桥梁、路面和地下管线监测；托换梁裂缝及变形的监测；对托换桩桩顶沉降的监测等。

3.3 基坑围护结构及托换桩施工

本工程围护结构采用φ800钻孔灌注桩+φ600桩间旋喷止水形式，桩顶设置冠梁。托换桩采用φ1200钻孔灌注桩(0#基坑)及φ1500钻孔灌注桩(1～3#基坑)。受场地条件及桥下净空高度影响，各基坑围护结构钻孔桩及托换桩均采用冲击钻机成孔，投入两台冲击钻机，施工前先将冲击钻机改装至4.5 m高以满足桥下施工高度要求，进行托换桩及围护桩成孔作业。采用经改装后的冲击钻机冲击成孔，钢筋笼分节吊装，水下混凝土灌注成桩，其中0#基坑桩基受场地条件限制，需投入一台混凝土输送泵进行桩基混凝土灌注。围护桩施工完毕后进行桩间旋喷作业，投入一台双重管旋喷钻机作业，最后分段进行桩顶冠梁施工。

3.4 冠梁及混凝土支撑施工

围护桩顶设置钢筋混凝土冠梁，将围护桩连接为整体，其截面尺寸为800 mm×800 mm。1#～3#基坑设置一道混凝土支撑，支撑截面尺寸600 mm×800 mm。冠梁及混凝土支撑均采用C30商品混凝土。

0#基坑两侧冠梁较短(8 m)，冠梁混凝土整体一次性浇筑；1#～3#基坑冠梁及混凝土支撑分段浇筑。采用木模板，钢筋现场绑扎，混凝土采用商品混凝土，泵送或溜槽入模，插入式振捣器振捣密实。

3.5 基坑开挖及支护

0#基坑平面尺寸8.4 m×20 m，基坑开挖深度2.5～2.9 m；1#、2#基坑平面尺寸14.87 m×15.47 m，基坑开挖深度4.8 m～5.5 m，3#基坑平面尺寸18.06 m×15.46 m，基坑平均开挖深度5.7 m；托换桩桩帽小基坑均由各基坑底再向下开挖2.0 m(图3)。

图3 基坑开挖示意

受场地条件限制，0#基坑托换桩施工前需先进行基坑降坡开挖，开挖至基坑设计底面位置，开挖深度2.5～2.9 m，边坡采用7 cm厚网喷混凝土+φ42注浆锚管支护形式。1#～3#基坑开挖深度4.8～6 m，采用分层分块开挖，开挖过程中及时进行桩间喷混凝土防护。

3.6 托换桩桩帽施工

各托换桩桩顶均设置一个桩帽：0#基坑共4个托换桩桩帽，截面尺寸2.2 m×2.2 m×1.5 m；1#～3#基坑各4个托换桩桩帽，截面尺寸2.5 m×2.5 m×1.5 m。桩帽与托换桩的连接通过桩顶预埋连接筋实现。桩帽具体施工流程为：破除托换新桩头的混凝土→浇筑垫层混凝土→桩帽钢筋制安→桩帽模板制安→浇筑桩帽混凝土→混凝土养护。

为保证托换体系加载过程中桩帽和梁底的混凝土不被压碎，同时考虑顶压施工的操作空间及稳定性，在桩顶设置预顶桩帽并在桩帽顶和托换梁底设置钢垫板(图4)。每个桩帽顶预埋6块350 mm×350 mm×20 mm钢板及3块500 mm×500 mm×20 mm钢板。

图4 桩帽顶钢垫板预埋件(单位:mm)

3.7 原桥墩连接部位施工

托换梁和被托换桩之间通过咬合、界面处理和植筋连接，即在托换梁梁高范围内，把原桩表面凿毛，凿出25 mm(深)×200 mm(宽)的企口，并刷界面剂进行界面处理；沿被托换桩周围间距35 cm按照梅花形交错布置，使用冲击电钻钻孔并植筋，钢筋和桩之间的缝隙用锚固胶充填。企口及植筋构造如图5所示。

图5 植筋及企口构造

同时所有桥墩或桥基增设环型梁，环型梁钢筋布置为内、外2层，环形筋采用φ20@200 mm布置，内、外层间距250 mm。环形梁沿外侧环形筋均匀布置φ20@200 mm竖向钢筋。环形钢筋安装图如图6所示。

图6 环形钢筋安装示意

3.8 托换梁施工

托换梁施工之前，首先在托换桩桩帽安装3个安全自锁装置及3根钢支撑，支撑钢管采用φ203×10无缝钢管加工制作，再用含水细砂夯实回填，并用挤塑泡沫覆盖砂面，防止浇筑混凝土时水泥浆渗入砂层，上部再安装模板。采用C15混凝土，浇筑厚度10 cm垫层，并于垫层顶面安装钢垫板。按设计绑扎托换梁钢筋网架，支模浇筑。由于本工程托换梁高均大于1 m，属于大体积混凝土，需严格做好养护工作防止其开裂，同时在内部埋设散热管作为温度控制措施，其布置如图7所示。

图7 托换梁散热管布置(单位:mm)

3.9 顶升施工

本工程分两次进行顶升施工。清除桩帽连接部位及顶升操作空间的砂体，在每个桩帽的三处预埋钢板上分别布置3个自锁千斤顶，并安装相应监控设备。在托换梁强度达到设计要求后开始顶升，预顶采取分级加载原则，共分10级加载，每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10 %，每级加载需保持10 min，等结构稳定后方可加次级荷载，被托换梁的上抬量不能大于1 mm。顶升过程中发现墩柱有上抬趋势时，为顶升临界点应停止顶升。在第一次顶升后约30 min后进行第二次顶升，通过第二次顶升对第一次预顶的数据进行复核与分析，当二次顶升数据变化在第一次预顶数据的15 %之内时即可进行下一步施工工序。

3.10 桩帽与托换梁连接体施工

确保安全装置及钢支撑安全可靠后拆除千斤顶。千斤顶拆除后进行连接体钢筋施工，连接体预埋钢筋采用冷挤压套筒连接法或绑条焊接法连接，主筋外增设钢筋网，从内至外依次施工。立模，并利用托换梁中预留的3根φ168 mm钢管孔道浇捣混凝土。在连接体混凝土养护7d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。

3.11 截桩

在完成顶升、全面观测变形稳定后，进行锁定，封好连接部位混凝土，待混凝土强度达到设计强度值后，开始切断被托换的旧桩。截桩采用人工截除，由外及内层层剥离的施工方法。截桩时应分批跳开进行，断桩位置在托换梁底约500 mm处，先用风镐沿桩周边凿出一条深100 mm、宽200 mm的断口，在此过程中旧桩钢筋不切断，同时观察各个观测点的沉降变化情况。用风镐继续开断口，直至把原桩混凝土全部凿除后再断桩身钢筋。

3.12 基坑回填

基坑作为桩基托换的辅助工程，托换桩施工完成后应予以回填，消除隐患。回填采用砂石回填，使用前取样测定其最大干容重和最佳含水量。回填坚持分段、分层回填，要求回填密实，不留空隙，必要时要注浆加固填充，防止以后上面地层出现下沉变形。压实度要求大于90 %，对于回填困难处，采用压注微膨胀水泥浆液回填。

4 结束语

城市地铁建设方兴未艾，地铁工程下穿城市原有建(构)筑物的情况不可避免，基础托换工程必不可少，特别是对于重要建(构)筑物深基础(主要为桩基础)的托换工程成为地铁施工中的一项重要环节。合理的设计方案、施工方法、施工组织管理以及有效的监控量测是保证施工质量、施工安全并确保相关建(构)筑物不产生影响其安全使用的位移和倾斜等的关键。深圳地铁7号线下穿彩虹桥桩基托换工程的顺利实施，为地铁盾构隧道下穿既有桥梁桩基托换施工积累了宝贵的经验。

[1] 叶书麟，汪益基，涂光祉, 等.基础托换技术[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[2] 卜建清，孙宁，柯在田.桩基主动托换技术进展[J].铁道建筑，2009(4):73.

[3] 彭芳乐，孙德新，袁大军, 等.地下托换技术[J].岩土工程界, 2003，12(6):38.

[4] 谢婉丽，张林洪，阮莉.地基处理中的托换技术及应用[J].昆明理工大学学报，2001，26(2):77.

[5] 祝春生.明挖隧道下穿既有桥梁桩基托换施工技术[J].铁道建筑技术,2013(7):79.

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[定稿日期]2017-04-14