淺談樁基托換施工技術(shù)的應(yīng)用

官尹杰 官榮 梁宇航 劉培

摘 要：隨著我國市政工程的高速發(fā)展和工程建設(shè)的需要，托換技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用較多；特別是城市地鐵工程的建設(shè)，應(yīng)用更為頻繁；本文以中鐵五局深圳地鐵7號線黃木崗站華強立交橋的樁基托換為例，對橋梁樁基托換施工技術(shù)的應(yīng)用進行闡述。

關(guān)鍵詞：樁基托換；施工技術(shù)

1 概念

托換技術(shù)是指，解決對既有建筑物的地基需要處理和基礎(chǔ)需要加固的問題，和對既有建筑物基礎(chǔ)下需要修建地下工程及其鄰近需要建造新工程而影響到既有建筑物的安全問題的技術(shù)總稱（又稱為基礎(chǔ)托換）；托換技術(shù)適用于既有建筑物的加固、增層或擴建，以及維修建地下工程、新建工程和深基坑開挖的影響的既有建筑物的地基處理和基礎(chǔ)加固；按照施工方法，可分為：樁式托換法、灌漿托換法、基礎(chǔ)加固法；按照受力特點，可分為：主動托換、被動托換。

樁式托換法，為采用樁進行基礎(chǔ)托換的方法，是所有樁基基礎(chǔ)托換施工方法的總稱；它是，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的下部或兩側(cè)設(shè)置各類樁，在樁上擱置托梁或承臺系統(tǒng)或直接與基礎(chǔ)錨固，來支承被托換的結(jié)構(gòu)物；樁式托換適用于軟弱黏性土、松散砂土、飽和黃土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基；按照托換部位的不同，可分為：樁基（柱）托換、承臺托換、梁托換等幾種形式。

2 工程概況及地址水文

深圳地鐵7號線黃木崗站，受既有深圳市華強立交橋群樁基礎(chǔ)干擾（2個墩，4根孔樁，樁徑1.2m，端承樁，車輛正常通行），需要更換；樁基托換在約5.1m～5.3m深的基坑內(nèi)施工，基坑側(cè)壁安全等級為二級，采用放坡開挖，支護結(jié)構(gòu)型式均采用噴錨支護，并采用直徑600mm雙管旋噴樁止水帷幕；南橋8號橋墩和北橋8號橋墩樁基托換均采用樁基托換的方式進行施工，托換樁采用直徑1.5m鉆孔灌注樁，托換梁截面為6.0m（寬）×3.5m（高）×21.3m（跨度），按兩端簡支和托換梁內(nèi)加預(yù)應(yīng)力的形式設(shè)計；由于墩柱底荷載大，托換梁跨度大，施工單位，采用了主動托換的方式處理。樁基托換部位地質(zhì)主要為素填土、礫質(zhì)粘黏土兩種；黃木崗車站地下水主要為孔隙水、潛水及基巖裂隙水，基巖裂隙水具有微承壓性。

3 樁基托換施工

托換體系由，托換樁基礎(chǔ)、托換樁帽（承臺）及托換大梁三部分組成，將被托換樁基及被托換承臺通過植筋技術(shù)與大剛度托梁咬接成整體；主動托換，采用500噸千斤頂、機械式安全自鎖裝置（永久留置）及鋼管墊塊等裝置（根據(jù)設(shè)計需要選定）實現(xiàn)受力體系的轉(zhuǎn)換；最后把橋墩上部荷載轉(zhuǎn)移至托換樁上，讓新做的托換梁、托換樁與原結(jié)構(gòu)框架形成整體，最后完成整體托換。

3.1 托換樁基礎(chǔ)及托換樁帽（承臺）施工

托換樁基及托換樁帽（承臺）施工前，采用挖機開挖至托換梁頂標(biāo)高后，開始施工托換樁基礎(chǔ)及托換樁帽（承臺）；托換樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆全套管法施工，樁基直徑1.5m，端承樁，混凝土等級：C50，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與橋梁鉆孔樁施工一樣；托換樁帽（承臺）采用明挖現(xiàn)澆法施工，樁帽尺寸：7.5m（長）×3m（寬）×2m（高），混凝土等級：C50；托換樁帽（承臺）與樁基的連接，采用樁基鋼筋籠埋入托換樁帽（承臺）鋼筋籠1m的形式錨固。為了滿足主動托換千斤頂預(yù)頂受力的要求，每個托換樁帽頂部預(yù)埋2cm厚的鋼板16塊，4塊50cm×50cm×2cm鋼板和12塊35cm×35cm×2cm鋼板，預(yù)埋鋼板安裝時必須定位準(zhǔn)確。

3.2 托換梁施工

托換梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，托換梁尺寸為21.3m×6m×3.5m，鋼筋混凝土等級：C50；托換梁與被托換樁及承臺之間主要是通過托換梁與被托換樁和承臺之間的咬合、界面處理和植筋來實現(xiàn)，即在托換梁高度范圍內(nèi)，把原樁和承臺表面鑿毛，連接面處間隔200mm鑿一道25mm（深）×200mm（寬）的凹槽，并刷界面劑界面處理；沿被托換樁和承臺周圍植筋，植筋錨固膠采用A級植筋膠。在施工之前，兩邊托換樁帽（承臺）與托換梁之間的后澆段，采用細(xì)沙回填夯實至托換梁底高程，然后施工托換梁。

3.2.1 界面處理及植筋施工

界面處理，是在原樁和承臺上進行放樣劃線，定出鑿毛位置，將原樁及承臺混凝土表面鑿成凹凸不平狀，并要求在原結(jié)構(gòu)連接面處間隔200mm鑿一道25mm（深×200mm（寬）的凹槽；鑿毛、鑿槽應(yīng)采用人工小錘敲擊和低落距敲擊或小型機械打鑿，嚴(yán)禁大錘敲擊和連接大錘高落距作業(yè)而破壞原結(jié)構(gòu)。鑿毛后用水清洗干凈，在托換梁砼澆筑前四小時內(nèi)刷一層環(huán)氧樹脂乳液水泥漿作界面處理，以增強托換梁體與原樁之間的接合度和增加握裹力；若鑿毛時發(fā)現(xiàn)裂縫等異常情況，則立即采取臨時安全加固措施，并及時反饋信息給設(shè)計單位。

植筋嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工，植筋前標(biāo)明鋼筋錨固點的鉆孔位置，鉆孔采用電動沖擊鉆進行鉆孔（鉆孔方向、深度、角度嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工）；鉆孔必須間隔鉆孔，鉆孔時若碰到原樁鋼筋則立即停止鉆進，移動孔位后再鉆，原鉆出的未成型廢孔用1：1水泥砂漿填塞補平；鉆孔完成后，把預(yù)埋孔清理干凈，保持干燥；然后，由監(jiān)理工程師驗收，驗收合格后，開始植筋；鋼筋隨A級改性環(huán)氧樹脂膠粘劑之后植入，不得長時間的等待；所有的植筋，必須按照設(shè)計圖紙施工，且符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.2.2 托換梁鋼筋混泥土施工

被托換承臺及被托換孔樁界面和植筋施工完成后，開始綁扎托換梁鋼筋（嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工）和澆筑混泥土；施工順序為：綁扎鋼筋（預(yù)應(yīng)力安裝）→支立模板→澆筑C50混凝土→等強→養(yǎng)護→拆?！鷱埨胺忮^。

托換梁一般為大體積混泥土，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，保證鋼筋混凝土質(zhì)量；托換梁鋼筋安裝前，在托換梁底，安裝2cm厚的鋼板16塊，4塊50cm×50cm×2cm鋼板和12塊35cm×35cm×2cm鋼板，預(yù)埋鋼板安裝時必須定位準(zhǔn)確（與托換樁帽或承臺頂預(yù)埋鋼板對應(yīng)，用于主動托換的受力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，千斤頂、機械式安全自鎖裝置的受力點。）。

3.3 預(yù)頂升及截樁施工

本橋的樁基托換，采用的是主動托換法施工。

3.3.1 預(yù)頂升

當(dāng)托換梁及托換樁帽混凝土達到設(shè)計強度后，進行預(yù)頂升施工（即第一次頂升）。

主動托換法施工，是通過安裝在托換梁與托換樁帽（承臺）之間的千斤頂進行應(yīng)力加載，最終實現(xiàn)受力體系轉(zhuǎn)換的一個過程；它通過安裝在托換梁與托換樁帽（承臺）之間的千斤頂配合機械式安全自鎖裝置、鋼管支撐和鋼墊塊來施加主動應(yīng)力，使上部結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)移到托換樁基礎(chǔ)上；同時，使新樁的大部分位移，通過千斤頂預(yù)壓來抵消，最終實現(xiàn)受力體系的轉(zhuǎn)換；千斤頂軸力的加載必須采取，分步、逐級加載的方法施工；千斤頂加載過程中，要時刻觀測托換梁、托換樁、托換樁帽（承臺）及被托換結(jié)構(gòu)的變形和位移。

第一次頂升，是在截樁前的頂升；頂升的軸力必須逐級加載，嚴(yán)禁一次加載至設(shè)計軸力，當(dāng)逐級加載至100%設(shè)計軸力時，要停滯一定時間，觀測被托換結(jié)構(gòu)是否有微量抬升（控制在1mm～3mm以內(nèi)），如有微量抬升，立即停止加載；如無抬升，可逐級加載至110%設(shè)計軸力，并同步監(jiān)測抬升量，直至出現(xiàn)微量抬升時，停止加載（超過120%設(shè)計軸力時，任無抬升現(xiàn)象，立即停止加載，并報告設(shè)計單位）。停止加載后，鎖死安全自鎖裝置和安裝鋼支撐（加打鋼楔塊），并將千斤頂回油，調(diào)整軸力為現(xiàn)有軸力的50%及鎖定千斤頂（根據(jù)受力模型分析，現(xiàn)有軸力的50%接近于原結(jié)構(gòu)物的實際軸力），然后開始截樁。

3.3.2 截樁施工

截樁施工，應(yīng)分批跳開進行；斷柱位置在托換梁底約500mm至1000mm處，先用風(fēng)鎬沿柱周邊鑿出原柱箍筋，將箍筋拆除；再沿原樁截面的三個方向截斷鋼筋和破除混凝土，直到原樁全部截斷；截樁過程中，加強各項數(shù)據(jù)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)的處理，及時反饋監(jiān)測結(jié)果，特別是變形監(jiān)測、沉降監(jiān)測、內(nèi)應(yīng)力檢查、安全自鎖裝置和千斤頂?shù)逆i定監(jiān)測。

3.4 后澆段及原斷樁封閉施工（受力體系100%轉(zhuǎn)換）

截樁完成后，立即對被托換結(jié)構(gòu)物進行測量及驗收，確認(rèn)被托換結(jié)構(gòu)物的沉降和變形是否符合設(shè)計要求（沉降量控制2mm內(nèi)）；如各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，且結(jié)構(gòu)物已基本穩(wěn)定后，可進行下到工序的施工。如各項指標(biāo)超標(biāo)，不合格；則根據(jù)既有施工方案對托換梁進行第二次頂升，第二次頂升的軸力，必須建立受力模型計算確定；二次頂升過程中，設(shè)專人監(jiān)控，一旦達到設(shè)計要求，立即停止頂升。當(dāng)?shù)诙雾斏瓿桑彝袚Q樁（帽或承臺）、托換梁及原結(jié)構(gòu)已基本穩(wěn)定和無變形后，方可進行后澆段的施工。

待受各項指標(biāo)驗收合格后，在保持頂升軸力穩(wěn)定不變的情況下，將自鎖裝置鎖死（永久留置）；然后對鋼支撐，加打鋼楔塊，并與鋼支撐焊接固定；最后拆除千斤頂、接駁鋼筋、安裝模板及澆筑微膨混泥土。使新做的托換樁、托換樁（帽或承臺）托換梁與原結(jié)構(gòu)物形成整體，最終完成支撐體系的轉(zhuǎn)換。

施工順如下：二次頂升完成后千斤頂鎖定→確定無誤→自鎖裝置鎖死→鋼支撐打鋼鍥塊（焊牢）→拆除千斤頂→接駁鋼筋（清理雜物）→支?！鷿仓炷痢B(yǎng)護。

3.5 原斷樁封閉施工

原有樁基截斷后，必須對樁端進行封閉保護（即封樁，封樁結(jié)束，即托換結(jié)束。），保證原有結(jié)構(gòu)物的耐久性（鋼筋保護層滿足設(shè)計要求）；封樁可采用，同等級或高等級的細(xì)石混凝土施工（其他等強材料均可）。

4 樁基托換施工的重難點

4.1 難點

①整改樁基托換施工過程中，施工安全風(fēng)險大非常大，干擾因素多；②截止目前，我國尚未大面積使用托換技術(shù)，導(dǎo)致托換技術(shù)的掌握和普及率不高；③托換技術(shù)的要求高，且施工條件復(fù)雜；④原有結(jié)構(gòu)物性能不佳或與原設(shè)計圖紙差異較大。

4.2 控制重點

①托換樁及托換樁帽（承臺）施工質(zhì)量控制；②原有結(jié)構(gòu)物與托換梁咬合施工的質(zhì)量控制（剛性連接）；③主動托換施工的安全性和穩(wěn)定性控制；④受力體系轉(zhuǎn)過程中的各項數(shù)據(jù)監(jiān)測和處理；⑤千斤頂和安全自鎖裝置的選定及使用；⑥后澆段和封樁的質(zhì)量控制。

5 結(jié)束語

隨著我國市政工程的高速發(fā)展和建設(shè)需要，托換技術(shù)的應(yīng)用數(shù)量，將不斷增加；規(guī)模將不斷加大，施工工藝和施工技術(shù)也會日趨成熟，并得到普及。借此次探討的機會，對樁基托換施工技術(shù)進行了淺述，供大家參考。