厦门地铁3号线车站下穿商业街桩基托换优化设计

李少波

(厦门轨道交通集团有限公司 福建厦门 361004)

0 引言

随着我国城市轨道交通高速发展，新建地下工程穿越既有建筑的频率越来越高，往往成为高风险的控制工程。而设计方案是否科学合理，直接关系到工程的实施难度、工期和投资，并成为控制自身风险和环境风险的最为关键的因素[1]。基于此，本文拟以厦门地铁3号线车站下穿地下商业街为例，介绍该工程如何采用上下部结构纵向分节托换的设计优化方案。

1 工程概况

厦门地铁3号线厦门火车站，位于铁路厦门站北广场和湖滨东路下方，东侧为华星大厦，西侧为世贸商城和罗宾森广场，南侧为国铁厦门站站房，北侧为湖滨东路。

车站分为南站厅、北站厅、下穿段3部分。下穿段位于BRT高架桥、厦禾路及梧村地下街下方，南北站厅采用明挖法施工，其底板浇筑完成后暗挖下穿段。平面布置如图1所示。

地下街顶板为单向梁体系，宽约36m，长约405m，五柱四跨地下一层结构，顶板覆土2m～2.5m，底板埋深约9m。地下街为逆作法施工，采用钢管柱，柱下单桩基础，端承桩，持力层为中风化花岗岩。桩径1000mm～1400mm，桩长6.6m～18.7m，底板600mm厚抗浮板+抗浮锚杆。

图1 车站平面布置图

BRT桥墩位于下穿段两线之间，桥墩采用桩基础，桩径1500mm，持力层为微风化花岗岩。桩长约11m，桩底位于3号线地铁车站底板以下约4m。BRT桥墩与商业街底板为刚性连接，与顶板脱开。

下穿段为双线双洞矩形框架结构。地下商业街有25根桩位于下穿段结构范围内，需进行托换。基坑位于地下商业街下方，采用盖挖法施工。

下穿段开挖范围穿越地层有：残积亚粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。下半部分处于中风化岩层中。

地下水主要为土层孔隙水及基岩裂隙水，碎裂状强风化花岗岩透水性好，富水性好，水量较丰富。地下水位埋深0.5m～1.5m[2]。

立面如图2所示，横断面如图3所示。

图2 立面图

图3 横断面图

2 原设计情况

原设计采用被动托换方式，对垂直线路方向的桩进行一次性托换。左线采用H型托换体系，一梁托三桩；右线采用T型托换体系，一梁托两桩。托换平面如图4所示，横断面如图5所示，三维模型如图6所示。

图4 桩基托换平面图

图5 桩基托换横断面图

图6 桩基托换三维模型图

为了满足新旧混凝土之间的衔接，原设计采用对旧桩桩身开设企口，然后植入钢筋的方式，并制作1∶1实体模型进行受力试验，承载性能达18 000kN，满足设计要求。节点设计如图7所示，实体模型如图8所示。

基坑两边采用放坡开挖+土钉的支护方式，中部约5m宽岩体采用直壁开挖，设置对穿锚杆挡墙。 基坑支护如图9所示。

基坑开挖分两个阶段：第一阶段开挖深度约5m的施工通道，在通道内进行挖孔桩施工，施作立柱和托换梁；第二阶段开挖至坑底。人工挖孔桩采用方形桩，共29根，尺寸分别为1.4m×1.2m、1.4m×1.4m、1.4m×2.0m；桩端持力层为中风化花岗岩，桩长10.5m～13m。托换梁尺寸为2.7m×2.8m、2.2m×2.8m。

施工步骤如表1所示。

表1 施工步骤表

图7 新旧混凝土衔接节点设计图

图8 新旧混凝土衔接试验模型图

图9 基坑支护图

3 原设计不足之处

(1)上台阶开挖完成后，施作35根方形挖孔桩，施工难度大，风险高；挖孔桩穿过中风化花岗岩，需要爆破，不可能按设计形成理想的方孔，孔壁参差不齐，方形钢筋笼也难以下放。

(2)由于既有旧桩采用人工挖孔桩，有钢筋混凝土护壁包裹桩身，原设计要求对旧桩桩身雕刻出理论设计的企口，几乎不可能做到；留下的凸出部分易破碎、损伤，也不可能维持原强度；植筋采用化学灌浆，易老化失效。

(3)桩基和立柱完成后，在上台阶空间浇筑工字型和T字形主梁，工序多，立模和混凝土浇筑困难。

(4)上下台阶开挖过程，中部约5m宽的直壁土体采用对拉锚杆加固保留，施工难度大，既导致作业空间更狭小，又起不到任何支撑作用。

(5)除底板可以连续浇筑成整体外，侧墙、顶板均采用柱梁间植筋、嵌入式浇筑混凝土，形成27块板，工序复杂，施工缝多，质量难以保证，防水效果差。

4 优化设计

采用被动托换方式对既有桩进行托换，每次托换一排桩。

分上下台阶开挖：上台阶一次开挖完成，高度约6m，然后浇筑上半段结构(含托换梁、板及侧墙)， 侧墙落在强风化或中风化花岗岩上，形成支撑纵梁体系；下半台阶分9段开挖，每段开挖出一排桩，并浇筑一段结构，依次施工，最终完成全部下台阶结构施作，且始终保持既有桩基完整；最后逐一截断桩基，完成全部托换[3]。立面如图10所示，横断面如图11所示。

图10 优化后的立面图

图11 优化后的横断面图

下半台阶每段开挖时，该段荷载通过上部纵梁传递至两侧：一侧为已完成框架结构，一侧为支撑于良好地基上的墙梁基础。下台阶分段开挖，前一段混凝土达到设计强度后，开挖下一段土石[4]。分节开挖如图12所示。

图12 纵向分节开挖图

为降低进出洞风险，进出洞范围设置8m长Φ159管棚，9～10榀钢架。管棚及钢架横断面如图13所示。

图13 管棚及钢架横断面图

上下台阶开挖过程，中部土体挖除，基岩保留，取消对拉锚杆。

新旧混凝土之间衔接，采用先剥除衔接范围内旧桩护壁和桩身保护层，增设φ28粗箍筋与旧桩主筋焊接牢固，将需要穿过旧桩的顶板钢筋焊接在粗箍筋上，旧桩桩身清洗干净后，再浇筑新混凝土。

5 施工要求

(1)进出洞位置管棚施工，严格控制管棚注浆压力<0.5MPa，并实时监测商业街底板变形情况，避免管棚注浆造成商业街底板变形过大。

(2)土方分层、分段、均匀、对称开挖，土方开挖面高差不宜过大，以确保开挖过程土体自身稳定。

(3)下穿段左右线开挖进度尽量保持一致。

(4)基岩开挖采用机械切割或静态破碎等振动较小的方法。梧村地下街既有桩基以及BRT桥墩承台、桩基四周不小于300mm范围为土石方，采用人工凿除，避免对既有桩基、承台碰撞损坏。

(5)土石方开挖过程，施工单位派专人巡查基坑侧壁的渗漏情况。如发现渗漏点，及时堵漏。大渗漏点及时处理完后继续开挖。

(6)土石方开挖过程，对整个支护体系的变形、受力情况进行严密监测，一旦发现异常情况，立即停止开挖，查明原因并采取有效措施后继续开挖。

6 结语

通过优化设计后，大大简化了施工工艺，节省造价，加快进度，更好地保证了施工的质量和安全。工程于2018年9月5日开工，于2019年10月10日实现洞通。整个施工过程中，商业街正常营业，既有桩基最大沉降值为9.6mm，商业街底板最大沉降值为9.75mm，均在设计预警值内。

该工程的建成，为隧道下穿建筑物和桩基托换提供了新的思路，为类似工程的设计施工积累了经验。