探究城市軌道交通中的樁基托換施工技術(shù)

朱永德

（重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司 重慶 401123）

探究城市軌道交通中的樁基托換施工技術(shù)

朱永德

（重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司 重慶 401123）

為了緩解日益擁堵的地面交通壓力，國(guó)內(nèi)許多城市加大了對(duì)軌道交通建設(shè)的投入。城市軌道交通一般是在地下進(jìn)行修建的，施工中避免不了要穿過地面建筑，樁基礎(chǔ)托換技術(shù)由此得到了十分廣泛的應(yīng)用。本文首先對(duì)樁基礎(chǔ)托換的基本內(nèi)涵進(jìn)行了分析，其后就工程案例展開了具體探討。

城市軌道；樁基托換；施工技術(shù)

引言

如今，國(guó)內(nèi)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的線路越來越多，建設(shè)的規(guī)模以及施工的難度也越來越大，對(duì)于周邊的環(huán)境要求也更高。在新建線路或既有線路的改建過程中，很可能會(huì)遇到線路必須經(jīng)既有建筑物下方穿過的情況，為實(shí)現(xiàn)軌道交通各條線路的相互換乘且不對(duì)既有建筑物的安全造成造影響，必須采用新的和特殊的施工方法。

1 樁基托換技術(shù)概述

1.1 樁基托換的概述

樁基托換技術(shù)一般用于建筑物地下基礎(chǔ)改造，是進(jìn)行地基處理和加固的一種方式，將建筑物自身已有的主體與托換梁連接起來，將上部的荷載力全部轉(zhuǎn)移到托換梁上，而后經(jīng)過托換梁進(jìn)行傳遞，使荷載力轉(zhuǎn)移到托換樁上面。主要目的在于替代原有建筑物樁基所承受的上部荷載力。樁基托換技術(shù)涉及的專業(yè)較多、技術(shù)含量要求高、施工過程嚴(yán)謹(jǐn)、施工周期長(zhǎng)、施工費(fèi)用高，其施工工藝如圖1所示。

圖1 托換技術(shù)施工工藝圖

1.2 樁基托換技術(shù)的類型

樁基托換施工的核心就是轉(zhuǎn)換老樁基和新樁基之間的荷載力，要求在具體進(jìn)行托換轉(zhuǎn)換時(shí)，將原先的樁基變形控制在允許的范圍內(nèi)。如今，在國(guó)內(nèi)常使用的樁基托換技術(shù)有兩類，分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種托換技術(shù)。①主動(dòng)托換技術(shù)，此技術(shù)一般是指在卸載原有的樁基前，通過千斤頂加載對(duì)新樁進(jìn)行預(yù)壓或度新樁和托換結(jié)構(gòu)施加荷載，消除新樁（托換樁）和托換結(jié)構(gòu)的部分變形，分級(jí)分步的實(shí)施荷載轉(zhuǎn)移，使得托換后樁和結(jié)構(gòu)的變形控制在較小的范圍內(nèi)。該技術(shù)適用于被托換建筑物的托換荷載力比較大且變形控制要求嚴(yán)格的情況。②被動(dòng)托換技術(shù)。此技術(shù)是相對(duì)于主動(dòng)托換技術(shù)而言，是指在卸載原有樁基時(shí)，將原有建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載力隨著托換結(jié)構(gòu)的變形被動(dòng)的轉(zhuǎn)移到新托換的樁基上來，托換工作完成之后，上部荷載力對(duì)托換結(jié)構(gòu)所造成的變形問題無(wú)法進(jìn)行主動(dòng)的調(diào)控。被動(dòng)托換技術(shù)通常用于托換荷載力較小的托換工程。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某市地鐵4號(hào)線A站～B站區(qū)間線路在某路段處沿C橋西側(cè)引橋下穿過，C橋引橋0#橋臺(tái)、1-3#墩受其影響，左右兩幅橋在托換處為3跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。通過在樁承臺(tái)附近的鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換層和設(shè)置于盾構(gòu)外側(cè)的沖孔灌注樁組成的托換結(jié)構(gòu)體，用托換梁包裹承臺(tái)進(jìn)行托柱，待托換結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再在原承臺(tái)底斷開原樁，使上部建筑物荷載轉(zhuǎn)移到新永久性的托換結(jié)構(gòu)上的方式進(jìn)行樁基托換。

2.2 托換方案設(shè)計(jì)

在托換工程中，最為核心的一項(xiàng)技術(shù)就是進(jìn)行新舊結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)換，其要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)能夠?qū)⑿陆Y(jié)構(gòu)的變形限制在上部結(jié)構(gòu)允許的范圍之內(nèi)。所以，托換技術(shù)含量高、風(fēng)險(xiǎn)大，它涉及土木工程技術(shù)的方方面面，綜合性較強(qiáng)，對(duì)專業(yè)的要求也較高。托換法主要有四種：①坑式靜壓樁托換法。該方法是指在已開挖的基礎(chǔ)下托換坑內(nèi)，利用建筑物上部結(jié)構(gòu)自重作為支承反力，用千斤頂將預(yù)制好的鋼管樁或混凝土樁分段接長(zhǎng)后逐段壓入地基土中的頂升托換法。②灌注樁法進(jìn)行地基加固法。該方法主要是將各種有機(jī)或者是無(wú)機(jī)化學(xué)漿液注入土中，使周圍土體中通過滲透、充填以及壓密形成漿脈。這些柱狀漿體和壓實(shí)的地基土體之間形成復(fù)合地基，能夠控制建筑物沉降，提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力。③應(yīng)用樹根樁（一種具體的施工技術(shù)）進(jìn)行基礎(chǔ)托換加固。此方法是在被托換的建筑物的墻體上，用鉆機(jī)鉆進(jìn)一定數(shù)量的豎孔或者斜孔，然后在孔內(nèi)放入鋼筋或者澆灌混凝土制成樁，再將樁連成樁墻，且將托換墻和樁體在受力方面聯(lián)結(jié)，必要時(shí)還需用錨桿進(jìn)行加固。④地下連續(xù)墻或鉆孔樁墻托換。應(yīng)用地下連續(xù)墻施工技術(shù)，既可以滿足既有建筑物向下延伸到一定的深度，還能對(duì)開挖的基坑起到支護(hù)的作用。

本工程比較適用采用主動(dòng)托換體系，托換樁為沖孔灌注樁，托換樁帽、托換梁采用C50混凝土，托換梁與樁帽鏈接位置采用C50微膨脹混凝土，大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。托換梁與原承臺(tái)連接面采用深20mm齒槽+植筋方式連接，頂升采用YZF500/100型千斤頂。YZF500/100型千斤頂技術(shù)參數(shù)見表1。

2.3 樁基托換施工技術(shù)

2.3.1 托換樁、托換樁帽

0#橋臺(tái)原設(shè)計(jì)為雙排12根φ1200mm樁基礎(chǔ)，其中中間4根樁基影響A～B區(qū)間隧道，1～3#橋墩原設(shè)計(jì)均為φ1200mm樁

基礎(chǔ)，各有4根樁基影響A～B區(qū)間隧道，共計(jì)16根樁基需進(jìn)行樁基托換。

表1 YZF500/100型千斤頂技術(shù)參數(shù)

托換樁均按嵌巖樁設(shè)計(jì)，施工時(shí)樁長(zhǎng)受樁尖所在持力層和低于區(qū)間左線盾構(gòu)底板雙控，樁基嵌入微風(fēng)化巖層不小于1.5m，且樁底標(biāo)高應(yīng)低于區(qū)間左線盾構(gòu)底板不小于1.5m。托換樁均采用C35水下混凝土灌注。托換樁頂部設(shè)置2.5m×2.5m×1.5m鋼筋混凝土樁帽。

2.3.2 托換梁

0#橋臺(tái)采用加大原承臺(tái)截面法，橋墩樁基托換均采用井字型托換梁系，托換主梁截面2.5m×2.5m，按兩端簡(jiǎn)支設(shè)計(jì)，托換次梁截面2.5m×2.0m，按兩端固結(jié)設(shè)計(jì)，由于墩柱底荷載大，托換梁跨度大，采用主動(dòng)托換方式處理。

2.3.3 原橋墩、原承臺(tái)與托換梁連接

在托換梁的梁高承受范圍內(nèi)，對(duì)原有的樁表面進(jìn)行鑿毛，而對(duì)托換梁以及原橋墩、原先的承臺(tái)和托換梁之間進(jìn)行處理以及植筋連接時(shí)，則可以通過咬合、截面處理等方式，鑿毛時(shí)要先鑿出一個(gè)啟口，啟口的深度為25mm，寬為200mm，處理界面時(shí)則在界面的表面刷一些界面劑，植筋則順著被托換樁周圍進(jìn)行，并使用錨固膠對(duì)鋼筋和樁之間的縫隙進(jìn)行填充。

2.3.4 頂升施工

①托換大梁兩端、利用油路并聯(lián)，各油路安裝單向閥自鎖裝置，分別由1臺(tái)油泵，控制3～6臺(tái)自鎖千斤頂，由兩個(gè)小組進(jìn)行操作。其次，各個(gè)環(huán)節(jié)確定無(wú)誤后進(jìn)行每級(jí)加載頂升，各操作小組各就各位，由專人統(tǒng)一指揮，在統(tǒng)一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（每級(jí)加載持續(xù)10min）。②當(dāng)進(jìn)行頂升時(shí)，要對(duì)千斤頂?shù)捻斏σ约巴袚Q梁兩邊的位移進(jìn)行嚴(yán)格的控制，當(dāng)不同的千斤頂?shù)捻斏Ψ峡刂浦登彝袚Q梁兩端的位移都在位移的規(guī)定范圍內(nèi)，或者托換梁兩端的位移值已與控制值相等但卻沒有達(dá)到規(guī)定的控制值時(shí)，則要立刻展開設(shè)計(jì)工作，便于及時(shí)的調(diào)控施工的參數(shù)。

2.3.5 連接體施工

當(dāng)頂升施工完成后，要確保安全裝置以及鋼支撐的安全程度，才可以將千斤頂拆除，具體的可以采取以下幾個(gè)措施：①為了確保樁帽頂面和托換梁與混凝土連接的更為可靠，則需要對(duì)樁帽以及托換梁的底面進(jìn)行鑿毛處理，并及時(shí)的清洗。②做好鋼筋的除銹工作，并將鋼筋上的油漬以及雜物進(jìn)行清理。③施工時(shí)從內(nèi)到外進(jìn)行施工，連接體預(yù)埋鋼筋時(shí)則使用冷擠壓套筒連接法或綁條焊接法，并增設(shè)鋼筋網(wǎng)于主筋外部。④使用木質(zhì)定型弧形模板連接托換梁、新樁，并在外圍固定好一圈鋼箍，為了對(duì)混凝土進(jìn)行觀察以及振搗，則需要在模板上部預(yù)留約4個(gè)20cm且見方的孔洞，利用托換梁中預(yù)留的3根φ168mm鋼管孔道澆搗混凝土，直至澆滿并振搗密實(shí)。⑤當(dāng)連接體的混凝土經(jīng)過七天的養(yǎng)護(hù)后，可以在連接體上部周圍打V型槽埋注漿咀，注入改性環(huán)氧樹脂。

2.3.6 截樁

①做好預(yù)頂和全面的觀測(cè)變形后，待穩(wěn)定后進(jìn)行鎖定，將連接部位的混凝土封好，等到混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后進(jìn)行被托換舊樁的切斷工作。切樁要以人工截除的方法進(jìn)行，從外向內(nèi)層逐層剝離。切樁開始前需要仔細(xì)觀察原樁沉降和新舊混凝土的界面，在切樁的過程中要不間斷的進(jìn)行觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工。②切樁的過程中要分批、跳開進(jìn)行施工，斷樁位置需保證在大于托換梁底50cm的位置，采用風(fēng)鎬在樁周圍鑿出寬20cm、深10cm的斷口，在這一過程中需保證舊樁的鋼筋不被切斷，此外，要及時(shí)觀察各觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化。采用風(fēng)鎬將斷口繼續(xù)斷開，每次開斷口的深度在10cm之內(nèi)，因?yàn)樾枰欢ǖ牟僮骺臻g，可不斷的增高高度，但是最終切口的高度不可大于50cm，待將原樁混凝土全部鑿出后，繼而進(jìn)行樁身鋼筋的斷開。③在斷樁孔內(nèi)要準(zhǔn)備特定規(guī)格的鋼板和干硬性的砂漿、剛箍，一旦發(fā)生異常，立刻將鋼板塞至斷樁口內(nèi)，墊緊斷樁位置。

2.3.7 基坑回填

基坑施工在樁基托換工程中主要起到輔助的作用，只需要按照臨時(shí)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)施工，等到托換樁的施工結(jié)束后即可進(jìn)行回填，以消除工程隱患。需要注意的是，在填埋基坑前，需要清理基坑內(nèi)留存的積水與其他雜物，并夯實(shí)虛土，使其能夠符合回填要求，經(jīng)檢驗(yàn)合格后才可投入使用?；靥钍┕ねǔ２捎玫牟牧鲜巧笆趯?shí)際使用前應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行取樣檢測(cè)，測(cè)定砂石的最大干容重與最佳含水量。回填的施工過程中必須采取分段、分層的施工方式，保持一定的密實(shí)性，不能留有空隙，必要時(shí)可以進(jìn)行注漿填充，以防上面地層發(fā)生下沉變形。一般來說，要求壓實(shí)度達(dá)到90%以上，對(duì)于回填困難處，采用壓注微膨脹水泥漿液回填。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，樁基托換施工技術(shù)作為一種新的施工方法，對(duì)于解決城市地鐵施工與建筑物拆遷的矛盾提供了一種全新的方式。隨著城市的不斷發(fā)展，城市地面交通日趨擁堵，地鐵工程作為緩解地面交通的壓力方式被越來越多的城市所運(yùn)用。但是在進(jìn)行地鐵施工的時(shí)候，難免會(huì)出現(xiàn)穿越既有建筑物的情況，這時(shí)就必須采用合適的樁基托換技術(shù)，即確保既有建筑物的穩(wěn)固，又實(shí)現(xiàn)地鐵工程的順利正常施工。

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[2]丁賽華，葉建忠.基礎(chǔ)托換技術(shù)在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2010（07）：69～72.

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U231.3

A

1673-0038（2015）46-0174-02

2015-11-3

朱永德（1983-），男，中級(jí)工程師，本科，主要從事建設(shè)質(zhì)量管理方面的工作。