懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基技術(shù)在地鐵車站施工中的應用

祝全兵，李東福

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

1 工程概況

在成都軌道交通18號線火車南站對人南立交橋E8號橋樁進行既有橋樁樁基托換處理時，發(fā)現(xiàn)該橋樁位于車站頂板上方，該施工段車站寬度為22.3m，若采用傳統(tǒng)樁梁式托換法進行托換施工，存在因托換梁跨度過大而導致出現(xiàn)工期長、托換施工工序復雜、工程量大等問題。結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，通過工程實踐總結(jié)研究形成了新型懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基施工技術(shù)，創(chuàng)造了一個在城市復雜交通環(huán)境條件下大規(guī)模、高強度、高標準、高難度樁基托換工程施工實例。

2 技術(shù)原理

采用樁+承臺的方式對橋樁進行托換，結(jié)構(gòu)受力樁底進入中等風化泥巖層深度≥1m，結(jié)構(gòu)受力樁的受力形式按摩擦樁設計(見圖1,2)。

圖1 懸臂式托換平面

當結(jié)構(gòu)受力樁施工完成后，搭設臨時支撐系統(tǒng)對既有橋梁進行支撐，為橋梁提供臨時支撐體系，進而對原橋墩進行破除，完成橋梁的受力轉(zhuǎn)換，解決托換施工期間橋梁的支撐問題，最后施作托換承臺并原位還建橋墩，采用承臺將結(jié)構(gòu)受力樁和新建橋墩連成整體，形成一個不等臂單杠桿支撐體系。

支撐體系施工完成后，對新建橋墩和原橋梁接觸部位進行預頂，完成受力轉(zhuǎn)換，拆除臨時支撐系統(tǒng)。

托換完成后對托換樁樁底進行預注漿處理，以進一步減少地鐵基坑開挖對新建托換結(jié)構(gòu)的擾動，保障既有橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

圖2 懸臂式托換立面

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

新型懸臂式結(jié)構(gòu)托換樁基施工流程：施工準備→新建樁基施工→基坑開挖、支護→搭設支撐體系→E8橋墩拆除→托換承臺施工→原位還建橋墩→施工墊石、安裝支座→墩身混凝土等強→拆除支撐體系→基坑回填、恢復[1]。

3.2 操作要點

3.2.1樁基工程施工

該項技術(shù)的結(jié)構(gòu)受力樁為灌注樁。因加固樁大多位于橋梁下部，受梁下凈空影響，主要采用CZ-6D沖擊鉆機進行施工，其施工技術(shù)要點如下。

1)結(jié)構(gòu)受力樁樁頂預留90cm樁帽鋼筋，便于后期與承臺鋼筋相結(jié)合。

2)結(jié)構(gòu)受力樁鋼筋籠采用分段制作，每段長6m。

3)在鋼筋制作時預埋3根直徑60mm的聲測管用于后期檢測樁基成孔質(zhì)量。聲測管應牢固綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，且相互平行、定位準確，埋設至樁底，管口應高出樁頂30cm，且各聲測管管口高度應一致，管底采用鋼板封底焊接，管口加蓋，管內(nèi)無異物，不得漏水。

4)樁身混凝土采用C40商品混凝土并確保一次連續(xù)澆筑成樁的要求。混凝土澆筑前，將孔底沉渣清理干凈。采用導管進行混凝土澆筑，隨著混凝土不斷灌注、孔內(nèi)混凝土面也在不斷上升，故應隨時提升和拆卸導管，保證導管埋深在2～6m[2]。

3.2.2基坑開挖

基坑開挖采用放坡開挖、鋼板樁支護或者二者相結(jié)合的開挖支護方式。放坡開挖根據(jù)所揭露的邊坡情況輔助砂漿臨時噴護護坡，每邊預留0.5m操作空間，鋼板樁一側(cè)預留1m空間。

3.2.3原橋墩拆除

3.2.3.1臨時支撐系統(tǒng)搭設

1)臨時支撐系統(tǒng)設計

臨時支撐系統(tǒng)承受的荷載主要有箱梁自重、附件重、支架自重及其他荷載等。臨時支撐系統(tǒng)主要采用鋼管柱+千斤頂?shù)男问皆谑┕て陂g為橋梁提供臨時支撐。本次施工的臨時支撐系統(tǒng)由1,2號兩部分支撐體系組成。

2)1號支撐體系

鋼板的設置：兩立柱上部設置厚度為50mm的Q235b鋼板，尺寸為1m×1m。鋼板下部設φ609×16的鋼立柱管，間距4.25m，高度根據(jù)現(xiàn)場實測梁底標高進行調(diào)整。將C30混凝土澆筑成長1m、寬1m、高0.6m的形狀，基礎底高程分別為493.734m(P5號樁樁頂高程)、491.434m(新建P7樁樁頂高程)，配筋參照車站冠梁配筋布置。

利用原有P5樁和新建P7樁作為1號支撐體系的基礎樁基，P5樁樁頂高出承臺頂面30cm(標高493.734m)，P7樁直徑為1.2m，樁身長15m，樁頂標高491.434m。

在鋼板上方采用2臺液壓油缸系統(tǒng)調(diào)節(jié)梁底高度。當監(jiān)測到梁底標高下降超過5mm時，應及時采用千斤頂進行頂升以確保既有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[3]。

3)2號支撐體系

鋼板設置與1號支撐體系相同分配梁采用I20b，間距25cm擺放，主梁采用I45c雙拼。主梁下部設置φ609×16的鋼立柱管，間距2.5m，立柱之間設置剪刀撐，高度根據(jù)現(xiàn)場實測梁底標高調(diào)整。立柱基礎采用條形基礎，采用C30混凝土，寬1m、高0.6m、長度分別為6，3.5m，配筋參照車站冠梁配筋布置。

在鋼板上方采用2臺液壓油缸系統(tǒng)調(diào)節(jié)梁底高度，并在梁底與千斤頂接觸部位墊30mm厚、尺寸為40cm×40cm的Q235b鋼板，當監(jiān)測到梁底標高下降超過5mm時，應及時采用千斤頂進行頂升，防止既有結(jié)構(gòu)變形過大[4]。

4)操作平臺搭設

因鋼立柱支撐架主要為橋墩拆除過程中的主要支撐體系，在施工過程中需在鋼立柱支撐體系范圍內(nèi)搭設1個操作平臺，該平臺采用普通鋼管腳手架搭設。①鋼管架采用普通型φ48×3鋼管，鋼管與鋼管之間相互用扣件固定；②鋼管搭接長度≥0.5m，橫向步距為0.9m、縱向步距為0.7m、高度步距為1.5m。③縱向及橫向剪刀撐間隔不應大于6跨，剪刀撐接長時應采用搭接，其搭接長度不應小于800mm，并應等距離設置不少于2個旋轉(zhuǎn)扣件且兩端扣件應在離桿端不小于100mm處固定，鋼管與鋼管的角度控制在45°～60°；每5跨設置1道斜撐，斜撐上部與鋼管架固定在一起，下部固定在地面上，將其與地面的角度控制在45°～60°，在支撐結(jié)構(gòu)外圍的剪力撐應連續(xù)封閉。⑤支撐系統(tǒng)安裝順序 鋼管柱安裝→鋼管柱設置剪刀撐→操作平臺搭設→安裝I45c主梁→安裝I20b分配梁→鋪設鋼板→安裝千斤頂(根據(jù)間隙調(diào)整千斤頂伸縮高度)。⑥鋼管柱安裝方法 待鋼管柱擴大基礎施工完成后，利用吊車輔助或利用型鋼焊接臨時三腳架，通過導鏈等工具安裝鋼立柱，并完成立柱間加強桿件的焊接。

5)預頂

考慮到鋼管柱支撐系統(tǒng)在支撐橋梁時存在的彈性變形以及整體沉降，在鋼管柱支撐系統(tǒng)布置后需要進行預頂，將梁底標高調(diào)節(jié)為動態(tài)調(diào)節(jié)且需以現(xiàn)場實際情況為準，總頂升力控制值為1 500kN,頂升時應逐級增加；當梁底標高向上變動時應減慢頂升速度，梁底標高變化范圍不超過1mm，頂升時的控制標準以梁底標高為主[5]。

3.2.3.2原橋墩拆除

橋墩拆除時，考慮其對周圍環(huán)境的影響，拆除時選擇繩鋸進行切割、人工破除和機械破除相結(jié)合的方式。橋墩拆除前，采用φ48×3的普通鋼管搭設操作平臺，搭設過程中鋼管靠橋墩側(cè)緊貼墩柱，平臺步距為1.2m，縱距及橫距均為1.2m。

3.2.4承臺施工

托換承臺長9m、寬6.7m、高1.8～4.5m，呈階梯狀，承臺頂部需埋入地面以下0.356m。

1)施工流程 破除托換新樁頭的混凝土→澆筑墊層混凝土→承臺鋼筋制作安裝→承臺模板制作安裝→澆筑承臺混凝土→混凝土養(yǎng)護。

2)準備工作 ①破除托換新樁頭的混凝土，將樁頂以上90cm預留鋼筋露出并清理干凈。②用風鎬等電動工具破除托換新樁頭的含泥砂部分混凝土，破除時需注意：必須完全破除含泥砂部分的混凝土，不可有殘留泥砂；破除樁頭時不可用力過猛，防止用力過度造成鋼筋擾動，而影響樁頭混凝土與鋼筋的握力。

3)澆筑承臺墊層混凝土 托換樁樁頭混凝土破除完成，清潔樁頭，整平基坑基底，澆筑10cm厚C15素混凝土墊層。

4)鋼筋制作安裝 根據(jù)設計圖紙放線定位、安裝鋼筋。與承臺對應預埋鋼筋之間采用Ⅰ級擠壓套筒鋼筋接駁器連接。施工承臺鋼筋時，在原橋墩處預埋墩柱鋼筋，墩柱鋼筋插入承臺內(nèi)部90cm。

為加強承臺與還建墩柱的連接，承臺頂部對應E8號原樁位置需預留鋼筋，該鋼筋需進入承臺內(nèi)90cm，外露30cm，還建E8號原墩柱時與墩柱鋼筋進行機械連接。

5)模板制作安裝 側(cè)模板采用木模，支撐體系內(nèi)龍骨采用10cm×10cm方木，間距為30cm，外龍骨采用φ48mm雙向雙層鋼管，模板在安裝前涂刷脫模劑，安裝模板必須牢固。

6)混凝土澆筑 采用C40商品混凝土，汽車泵泵送混凝土入模，插入式振搗器振搗，一次性連續(xù)澆筑，對澆筑完的混凝土進行淋水養(yǎng)護。

3.2.5原位還建橋墩

待承臺混凝土達到設計強度后，在E8號原墩處還建原橋墩。墩身高度根據(jù)橋梁底高程推算，施工時應根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

1)還建樁與承臺界面的處理 調(diào)直預留搭接鋼筋，準確測量放出橋墩柱中心點、托梁中軸線并用油漆標示于承臺及樁頂面上。將承臺、樁頂與墩柱接觸部位的混凝土進行鑿毛處理并清理干凈，以便于承臺與墩柱能充分接觸，同時保護好已放樣出的中心點。

2)還建墩柱結(jié)構(gòu)施工 ①支架施工 為方便墩柱鋼筋、模板的安裝并提供澆筑混凝土的工作平臺，須搭設墩柱施工工作平臺。搭設前，對樁位周邊的地面進行清理平整、壓實，其地基承載力應>120kPa,場地整平后即可進行支架搭設。支架采用φ48×3的普通鋼管搭設，立桿縱距為0.7m，橫距為0.9m，步距為1.5m，操作平臺搭設完成后還需搭設1個上下通道，以供人員上下平臺作業(yè)時使用。②鋼筋綁扎 先與預留鋼筋進行機械連接，形成原樁鋼筋骨架，緊接著由還建樁從上到下對稱綁扎鋼筋最終形成緊密的鋼筋網(wǎng)柱，墩身鋼筋凈保護層厚度≥35mm。③模板安裝 橋墩柱模板采用廠制整體鋼模，節(jié)高按0.5～3m控制，其拉、箍等加固構(gòu)件由廠家制作，確保墩身整體和局部尺寸、受力達到設計要求。

施工墩柱的模板由5mm厚的Q235B鋼板彎曲而成，模板上、下及左、右接縫處邊框厚度為10mm，模板豎肋及抱箍為8號U型鋼，環(huán)筋為10mm厚、80mm寬的鋼板彎曲而成，模板之間的連接螺栓為M18×50。本次施工墩柱的設計高度為7.415m，其定制模板節(jié)的高為3，2m及2.415m三類。

3.2.6混凝土澆筑

墩柱混凝土采用商品混凝土，強度等級C40，經(jīng)混凝土罐車運至施工現(xiàn)場報檢合格后泵送入倉，采用一次澆筑到頂方式。為保證混凝土的自由下落高度≤2m，采用串筒進行混凝土灌注，灌注過程中根據(jù)混凝土上升速度，隨時拆除上部串筒。

3.2.7模板拆除及混凝土養(yǎng)護

墩柱模板拆除前，對試塊進行強度試驗，待墩柱同條件混凝土試塊抗壓強度達到設計強度的70%時方可拆除模板，模板利用起重機配合人工分片拆除。拆模時要求不得強行拉撬模板，以防碰傷墩身表面。

3.2.8墩頂支座墊石施工

墩柱鋼筋施工完成后，通知測量人員在墩柱頂部放樣出墊石輪廓線，之后安裝墊石鋼筋，支座混凝土采用C50商品混凝土。

3.2.9安裝支座及拆除支撐系統(tǒng)

墩身混凝土強度達到設計值后安裝調(diào)試新的墩頂支座，支座采用GYZF4-800×125四氟滑板支座。支座施工時，以梁底標高作為控制要素，可采用鋼板進行調(diào)節(jié)。待支座安裝就位后，通過千斤頂進行緩慢卸荷減至0,最后拆除千斤頂即可完成主動托換，托換完成后，從上至下依序拆除支撐體系。

3.2.10樁底預注漿

在整個托換施工完成后，需對托換結(jié)構(gòu)受力樁樁底預注水泥漿以消除樁底沉降，保證加固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定?，F(xiàn)場注漿參數(shù)為：注漿壓力0.5～1.5MPa，42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5∶1～1∶1，注漿速度為5～10L/min，注漿擴散半徑1.5m。

對于是否需要跟蹤注漿，應根據(jù)后期橋墩的變形監(jiān)測情況而定。當橋梁任意一項監(jiān)測項目的監(jiān)測值達黃色預警值時，立即啟動跟蹤注漿。

3.2.11加固體系監(jiān)控量測

為確保托換過程中橋梁上部結(jié)構(gòu)的正常使用，在施工過程中，對每個施工步驟可能對結(jié)構(gòu)造成的影響進行相應測點布置。采用信息化施工技術(shù)，以信息指導施工，在加固過程中對每個環(huán)節(jié)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集、分析，發(fā)現(xiàn)問題及時提出，并對相應的施工工藝進行優(yōu)化。

4 實施效果

4.1 經(jīng)濟效益

成都軌道交通18號線土建1標火車南站人南立交E8號橋樁樁基托換施工應用了該技術(shù)，優(yōu)化了資源配置和施工工藝，提高了施工效率，較傳統(tǒng)的混凝土樁加固技術(shù)縮短時間12d/根，節(jié)約施工成本約10萬元/根，經(jīng)濟效益良好。

4.2 社會效益

該項技術(shù)施工工藝簡便，能夠保證施工質(zhì)量、加快施工進度，解決了地鐵施工中工期偏緊的難題。采用的側(cè)挑懸臂式托換施工工藝極大減少了對環(huán)境的污染，產(chǎn)生了很好的環(huán)保效益，節(jié)約了人、機、料的投入，降低了能量消耗。避免了在地鐵深基坑開挖時對既有橋樁的擾動、減小橋梁沉降，保證了城市交通的通暢，減小了城市交通的壓力和地鐵施工對市民正常出行的影響。

5 結(jié)語

1) 對侵入地鐵車站結(jié)構(gòu)的原橋通過新建臨時鋼管柱支撐系統(tǒng)完成首次受力轉(zhuǎn)換后拆除原橋墩。

2) 在新建結(jié)構(gòu)受力樁周圍預埋灌漿管進行超前注漿，注漿深度大于樁長2m。

3) 新建承臺將結(jié)構(gòu)受力樁和新建橋墩連成整體，形成一個不等臂單杠桿支撐體系，完成對原橋二次受力轉(zhuǎn)換施工。

實踐證明，該項技術(shù)適用于當既有建(構(gòu))筑物的樁基礎侵入新規(guī)劃設計建(構(gòu))筑物(地鐵車站、盾構(gòu)區(qū)間)所用空間時，需對既有建(構(gòu))筑物侵入部分的樁基礎進行托換施工；因為某種需要而對既有建(構(gòu))筑物的基礎進行置換。