砂卵石地層橋樁受地鐵車站樁基托換影響的分析

袁順德, 徐仁中, 劉玉勇, 王 鵬

(1. 中鐵西南科學研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

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砂卵石地層橋樁受地鐵車站樁基托換影響的分析

袁順德1, 徐仁中2, 劉玉勇1, 王 鵬1

(1. 中鐵西南科學研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

在成都地鐵4號線地鐵車站樁基托換及車站開挖施做主體結構的施工過程中，成溫立交橋7#橋墩產生38.24 mm的沉降，嚴重超過了既有橋梁沉降的允許值。通過研究砂卵石地層地鐵車站樁基托換的橋墩沉降、托換梁應力、圍護樁水平位移等參數的變化規律，分析在砂卵石地層中進行地鐵車站樁基托換及基坑開挖施工影響既有橋梁的原因，提出有效控制橋墩沉降保證橋梁安全的應對措施。

砂卵石； 地鐵車站； 基坑開挖； 樁基托換； 監測

地鐵建設中常常遇到新建地鐵線路下穿既有橋梁[1]、房屋等建筑物[2]的情況，須對原來的基礎進行樁基托換。目前樁基托換主要分為主動托換和被動托換兩種方法[3]。主動托換法是采用托換梁結合托換新樁的方式[4]，在托換梁與挖孔樁之間設置千斤頂加載，利用千斤頂使上部結構有微量位移，同時使新樁的大部分沉降通過千斤頂的預壓來完成[5]，以避免在工后的沉降對建筑物產生不良的后果。在樁基托換施工過程中建立沉降變形監測系統對既有橋梁結構進行監測，分析砂卵石地層地鐵車站樁基托換施工監測的數據，研究托換施工過程中的墩臺鋼筋應力、樁體水平位移等參數的變化規律，得出各種因素的影響情況。

1 工程概況

西南財大站是成都地鐵4號線1期工程的中間站，為地下二層的島式車站。站點位于二環路與成溫立交橋的交叉路口，車站主體沿成溫路東西向布置，成溫立交橋上跨西南財大站，橋面為雙向4車道，橋寬為15.1 m。成溫立交橋7#橋墩樁基位于車站中央與車站主體結構位置沖突，需對該橋樁托換處理。橋下凈空5 m，7#橋墩基礎為2根長15.5 m、直徑1.5 m的摩擦樁，樁中心距6.5 m，承臺厚1.5 m，平面尺寸9.0 m×2.5 m。利用車站維護結構及臨時立柱作為前期托換樁基，C30鉆孔灌注樁，直徑1 200 mm，基底以上樁長12.63 m，基底以下5.8 m，車站基坑圍護結構樁長22.8 m。托換梁分別采用3根截面b×h=1 400 mm×2 200 mm+1根截面b×h=3 500 mm×2 200 mm+2根截面b×h=1 200 mm×3 580 mm組成托換體系。托換施工先托換至托換樁及車站圍護樁上，待車站主體結構完成后二次托換至車站主體結構上方，是重大風險源，托梁下方設有中間立柱，如圖1所示。

2 工程地質條件

地貌單元屬于岷江水系Ⅰ級階地。

圖1 橋墩、托換樁、車站結構示意

雜填土主要以新近回填的碎石、磚塊、 道路垃圾及原建筑基礎和地坪殘跡為主。

場地土層及地下水以賦存于卵石層的孔隙潛水為主，孔隙潛水富存于細砂和卵石層中?？辈炱陂g測得本車站地下水穩定水位埋深為4.0～6.30 m。

3 施工監測

在施做臨時立柱托換樁及樁基托換過程中進行施工監測，監測項目有橋墩沉降、托換梁鋼筋應力、圍護樁水平位移。共埋設4個橋墩沉降測點、16個托換樁鋼筋應力測點、2個樁體測斜管，如圖2所示。

圖2 施工監測測點埋設示意

4 監測成果分析

4.1 托換梁鋼筋應力

由圖3可知，在第一次托換截原樁時，托換梁頂層鋼筋受壓，最大達到34 kN，底層鋼筋受拉，達到31 kN，兩端鋼筋受力很小。隨著基坑的開挖引起臨時立柱樁周摩擦力的降低，托換梁兩端的鋼筋受力增加，中間鋼筋受力基本不變。托換梁內鋼筋受力不均一，托換梁承受扭矩和彎矩，產生扭轉變形。

4.2 橋墩沉降

橋墩沉降分兩個階段：施做托換樁和進行托換的階段。

由圖4可知在施做托換樁階段，砂卵石地層與黏土層不一樣，透水性很強，臨時立柱托換樁離原橋樁太近，施做鉆孔灌注樁即臨時托換樁時，由于樁基周圍土層受到擾動及地下水位上升導致土體抗剪強度降低，引起樁基承載力降低樁基發生沉降最大沉降值為26.7 mm。

由圖5可知在進行托換階段，開挖基坑時，臨時立柱周圍土體被挖走導致側阻力降低，樁體產生沉降；截斷原橋樁時，托換樁為了產生側阻力而與土體發生相對位移導致橋墩沉降；截斷臨時立柱樁進行第二次托換時引起橋墩產生沉降。

圖3 托換梁鋼筋受力數據曲線

圖5 橋墩沉降數據曲線(托換施工)

從開始施做臨時立柱托換樁、托換梁到樁基托換施工結束橋墩產生的沉降：QD-1為38.24 mm，QD-2為30.25 mm，QD-3為33.02 mm，QD-4為20.08 mm，總沉降最大為38.24 mm。

4.3 圍護樁水平位移

由圖6可知，圍護樁與臨時立柱樁共同構成第一次托換受力體系，在基坑開挖過程中卸掉樁體基坑側的土體，不僅使樁周摩擦力降低引起樁體沉降而且樁體彎曲也會導致樁軸向產生沉降。

5 結論及建議

(1)施做托換樁時，原橋樁基周圍土體受到擾動以及地下水位上升導致地下水位以上部分土層的抗剪強度降低側阻力減小，采用對土層進行預加固的措施提高樁基側阻力避免橋墩產生過大沉降。

圖6 圍護樁水平位移曲線

(2)基坑分層開挖施做主體結構期間，圍護樁體發生彎曲變形，圍護樁及托換樁由于樁周摩擦力降低，樁基產生沉降，托換梁發生扭轉變形。

(3)采用增加車站圍護結構樁長和托換樁樁長來增加側阻力的措施從而減小開挖卸荷產生的橋墩沉降。

(4)采用逆作法比采用順作法施做車站主體結構更能約束圍護樁體的水平位移，從而可降低橋墩產生的沉降。

[1] 毛雪鋒， 許智焰， 胡京濤.深圳地鐵3號線廣深鐵路橋梁樁基托換設計[J]. 鐵道工程學報，2012(3): 91-95.

[2] 柯在田， 高巖.深圳地鐵大軸力樁基托換模型試驗研究[J]. 中國鐵道科學，2003(5)： 15-24.

[3] 呂劍英.我國地鐵工程建筑物基礎托換技術綜述[J].施工技術，2010(9): 8-12.

[4] 呂劍英， 薛煌.利用地下導洞實現樁基托換的設計方法[J]. 現代隧道技術，2007(1)： 27-30.

[5] 胡所亭.謝疊大橋9號墩樁基托換和頂升施工控制技術[J]. 鐵道建筑，2008(8):39-42.

U443.16+3

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[定稿日期]2016-05-28

[作者信息]袁順德(1970～)， 男，碩士，高級工程師，從事地鐵工程科研與咨詢工作。