咸阳国际机场航站楼主线桥桩基托换关键技术

李 军 赵关华 秦 涛 于远祥 王赋宇

(1.陕西长嘉建设工程有限公司，陕西 西安 710001； 2.陕西长嘉人工地基检测有限公司，陕西 西安 710001； 3.西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054)

0 引言

近年来，随着我国经济的持续增长，人口和车辆的不断增加，交通建设对于地面与地下空间的优化利用就显得十分重要。为了缓解地面交通压力，地铁、轻轨建设已经成为各大城市的首选方案。随着线网的加密，选线不仅要考虑工程地质与工程经济等影响因素，还要考虑地面建(构)筑物和线网交叉等影响因素。虽然在原则上应尽量避免地下交通线路的布设对地面建(构)筑物的影响，但是在实际中还是会存在部分隧道从既有桥梁下穿过的现象，并对桥梁造成影响。为解决这一问题，一般采用桩基托换技术。

1 工程概况

隧道托换桩位于西安咸阳国际机场T3A航站楼西北侧，为西安北客站至机场城际铁路机场站下穿航站楼主线桥的桩基托换工程。由于机场站后区间下穿T3A航站楼前主线桥22号墩，该墩于曲线内外侧分别设置两个独立的桥墩，分别为22-1号和22-2号墩，需要对该桥墩进行桩基托换，该桥墩为矩形花瓶墩，墩身截面1.3 m×2.5 m，墩柱高度10 m，墩柱下设2 m厚承台，承台下部设4根φ1.5 m桩基，桩长35 m。该桥为西安咸阳国际机场T3航站楼与地面和T2航站楼联系的重要交通设施，托换部位上部梁体为异型混凝土连续梁，跨度为(24.045+21.023+11.837+22.182) m。区间隧道为单洞双线马蹄形断面，宽度11.88 m～13.08 m，高度9.81 m，双线线间距4.8 m，该段隧道为暗挖施工。桩基托换施工场地位于已施工的机场站围挡范围内。在既有桥墩下施筑托换梁，把原有桥墩、承台以及桩与托换梁连接起来，使得上部的荷载转换到托换梁上，再通过托换梁传递到托换桩上，以代替原来的桩承受上部的荷载。单根桥墩在恒载和活载下设计轴力近18 000 kN，托换荷载巨大，托换梁跨度较大，工程极具挑战性，其综合跨度和托换吨位目前在国内首屈一指，在黄土地区并无先例可循。

2 工程特点及重难点分析

2.1 工程特点

1)机场道路疏通难度大、体系转换工艺较复杂、安全隐患大，施工期间大桥仍在继续使用。

2)顶升时应该严格控制既有22-1号和22-2号桥墩墩顶位移和托换梁的两端位移，既有22-1号,22-2号墩顶位移控制在±3 mm，托换梁两端上抬控制量在3 mm以内，托换梁两端同步顶升，托换桩受力沉降稳定。

3)托换梁混凝土体积较大，属于大体积混凝土，施工时应保证混凝土的连续性，并采用合理的混凝土配方及温度控制措施等，防止由于水化热过大造成混凝土出现裂缝或开裂，影响施工质量。

4)黄土地区缺乏大轴力桩基托换的相关施工经验，并无先例可循。

2.2 工程重点

1)由于本工程为T3A航站楼主线桥桩基托换，所以对工程本身的结构质量和日后运营的安全性要求都非常高，所以施工质量，特别是各关键工序的施工质量和过程控制是本工程施工中的控制重点。

2)由于托换基坑开挖势必会造成周边地面沉降，因此必须加强施工监测以保证周边建(构)筑物及地下管线安全，所以施工监测也是本工程的施工重点。

3 主线桥桩基托换施工方案设计

主线桥22号墩曲线内侧墩及曲线外侧墩托换梁基坑开挖交错进行。先进行22号墩曲线内侧墩的托换的施工，再进行22号墩曲线外侧墩的施工。

3.1 托换桩施工

托换桩桩径2.0 m，按摩擦设计，桩混凝土等级为C35，桩基均采用后压浆施工工艺。22-1桩长分别为74 m和66 m各两根，22-2桩长分别为73 m和64 m各两根。

3.2 托换梁基坑开挖及防护措施

本工程场地地形较平缓，地面高程约为475.2 m。基坑深度5.44 m～6.74 m，保护等级为一级。边坡采用全放坡开挖，边坡坡率采用1∶0.75，坡面采用插筋+挂网+喷混凝土防护，插筋采用Φ22钢筋，长1.5 m，间距1.5×1.5 m，梅花形布置，C25喷射混凝土厚15 cm，Φ8钢筋网间距150 mm×150 mm。边坡上设置泄水孔，坡中和坡脚各布置一排，间距10 m，梅花形布置。

3.3 界面处理及植筋

托换梁采用全预应力钢筋混凝土结构，22-1号墩托换梁尺寸为长20.3 m，宽8.7 m，高3.5 m，22-2号墩托换梁尺寸为长21.5 m，宽8.7 m，高3.5 m，混凝土等级为C50P8，管道压浆采用M45水泥浆。托换结构和既有承台、桥墩采用“钻孔植筋+连接面凿毛+新旧混凝土界面胶”的连接方式，即在托换梁高度范围内，把托换桩、桥墩和承台与托换梁相接触部位表面凿毛，深度为10 mm～20 mm左右，然后植筋，最后采用界面胶对新旧混凝土进行处理。植筋平面图如图1所示。

3.4 托换梁施工

托换梁施工时对梁端预顶部位严格控制预埋钢板的位置。由于此托换梁属大体积混凝土，故需做降温处理。在既有承台两侧和托换梁内各布设降两层φ50 mm降温管，施工中通水降温,并应保证托换梁出水口和入水口温差不大于20 ℃。托换梁降温管平面布置如图2所示。

3.5 受力体系转换

采用主动托换法施工。托换时，在托换梁与钻孔桩之间设置千斤顶加载，使上部结构的荷载转移到钻孔桩上，同时使新桩的大部分位移通过千斤顶顶升的预压来抵消，从而通过主动加载实现托换桩替代原桩受力。

3.6 既有桩截断

预顶完成且全面观测沉降变形稳定后，通过两次卸载至0.8P，每级荷载需维持1 h。千斤顶的荷载根据在截桩过程中，每根托换桩基承受的恒载标准值确定，各千斤顶卸荷须根据预顶时荷载和截桩时的荷载确定卸荷量和卸荷分级，应尽量保持同步。

待上部桥梁结构及下部托换结构变形全部稳定后，方可截桩。每次切断口的深度不得超过10 cm，且应遵循由外向内、层层剥离，分级切割的原则。断桩断口高度应在30 cm～50 cm范围内。既有桩截断如图3所示。

3.7 混凝土浇封新桩

托换梁施工时，在托换梁对应桩纵向钢筋的位置预埋钢筋，待预顶完成后，在保持预顶力稳定不变的情况下将桩、梁预留钢筋采用帮条焊进行连接，焊缝长度不小于5d，焊口宽度大于0.7 cm，深度满足0.3 cm，同时同一区段内钢筋焊接接头面积百分率不应大于50%，连接区段长度为35d。选用初凝需要4 h～5 h的C50微膨胀混凝土进行封桩，在夜间无上桥车辆时段完成浇筑，施工时注意浇筑混凝土的密实，保证浇筑质量，完成托梁和托换桩的刚性连接。

本设计托换桩基直径大，封桩时混凝土施工难度大，正式封桩施工前应进行封桩工艺试验，确保封桩混凝土施工方案可靠，封桩工艺试验按照3个直径2.0 m封桩接头考虑，封桩试验完成后，锯开桩身断面，检查接头混凝土浇筑质量，确保最终封桩工艺可靠。浇筑混凝土封桩如图4所示。

3.8 基坑回填

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，消除隐患。在基坑填埋之前，将基坑内积水和杂物清理干净，符合回填的虚土应夯实，并经隐蔽工程检查合格后方可回填。

4 施工辅助工作

由于桩基托换工程对结构受力和变形有特殊要求，桩基托换工程施工应通过全过程监测、及时反馈，保证整个施工过程在安全和可控的状态下进行。

5 结语

1)西安北客站至机场城际铁路机场站下穿航站楼主线桥的桩基托换工程，其桥墩桩基托换的轴力目前在国内居于首位。在整个托换过程中，上部结构的变形应控制在3 mm以内，以保障机场大桥的正常使用。

2)本工程中托换结构和既有承台、桥墩采用“植筋+凿毛+新旧混凝土界面胶”的新型连接方式，保证了原有桩基上部结构在托换过程和使用过程中的安全性。

3)西安北客站至机场城际铁路机场站下穿主线桥桩基托换工程的成功，为黄土地区其他的桩基托换工程提供了相关施工经验，让今后黄土地区类似工程有先例可以借鉴，为复杂环境下地下空间的开发利用增加了可靠、实用、科学的技术手段。

[1] 周志伟.深圳地铁大轴力桩基托换技术[J].隧道建设，2003(4)：39-41.

[2] 李 琳，李青宁，张 立，等.咸阳国际机场大轴力桥梁桩基托换技术试验研究[J].土木建筑与环境工程，2015(S2)：159-163.

[3] 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)：78-81,86.

[4] 郭高杰.桥梁桩基托换施工技术探讨[J].福建建设科技，2014(4)：1-3.

[5] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[6] TB 10303—2009，铁路桥涵工程施工安全技术规程[S].

[7] TB 10106—2010，铁路工程地基处理技术规程[S].

[8] TB 10218—2008，铁路工程基桩检测技术规程[S].

[9] GB 50204—2015，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].