咸陽國際機場航站樓主線橋樁基托換關鍵技術

李 軍 趙關華 秦 濤 于遠祥 王賦宇

(1.陜西長嘉建設工程有限公司，陜西 西安 710001； 2.陜西長嘉人工地基檢測有限公司，陜西 西安 710001； 3.西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西 西安 710054)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的持續增長，人口和車輛的不斷增加，交通建設對于地面與地下空間的優化利用就顯得十分重要。為了緩解地面交通壓力，地鐵、輕軌建設已經成為各大城市的首選方案。隨著線網的加密，選線不僅要考慮工程地質與工程經濟等影響因素，還要考慮地面建(構)筑物和線網交叉等影響因素。雖然在原則上應盡量避免地下交通線路的布設對地面建(構)筑物的影響，但是在實際中還是會存在部分隧道從既有橋梁下穿過的現象，并對橋梁造成影響。為解決這一問題，一般采用樁基托換技術。

1 工程概況

隧道托換樁位于西安咸陽國際機場T3A航站樓西北側，為西安北客站至機場城際鐵路機場站下穿航站樓主線橋的樁基托換工程。由于機場站后區間下穿T3A航站樓前主線橋22號墩，該墩于曲線內外側分別設置兩個獨立的橋墩，分別為22-1號和22-2號墩，需要對該橋墩進行樁基托換，該橋墩為矩形花瓶墩，墩身截面1.3 m×2.5 m，墩柱高度10 m，墩柱下設2 m厚承臺，承臺下部設4根φ1.5 m樁基，樁長35 m。該橋為西安咸陽國際機場T3航站樓與地面和T2航站樓聯系的重要交通設施，托換部位上部梁體為異型混凝土連續梁，跨度為(24.045+21.023+11.837+22.182) m。區間隧道為單洞雙線馬蹄形斷面，寬度11.88 m～13.08 m，高度9.81 m，雙線線間距4.8 m，該段隧道為暗挖施工。樁基托換施工場地位于已施工的機場站圍擋范圍內。在既有橋墩下施筑托換梁，把原有橋墩、承臺以及樁與托換梁連接起來，使得上部的荷載轉換到托換梁上，再通過托換梁傳遞到托換樁上，以代替原來的樁承受上部的荷載。單根橋墩在恒載和活載下設計軸力近18 000 kN，托換荷載巨大，托換梁跨度較大，工程極具挑戰性，其綜合跨度和托換噸位目前在國內首屈一指，在黃土地區并無先例可循。

2 工程特點及重難點分析

2.1 工程特點

1)機場道路疏通難度大、體系轉換工藝較復雜、安全隱患大，施工期間大橋仍在繼續使用。

2)頂升時應該嚴格控制既有22-1號和22-2號橋墩墩頂位移和托換梁的兩端位移，既有22-1號,22-2號墩頂位移控制在±3 mm，托換梁兩端上抬控制量在3 mm以內，托換梁兩端同步頂升，托換樁受力沉降穩定。

3)托換梁混凝土體積較大，屬于大體積混凝土，施工時應保證混凝土的連續性，并采用合理的混凝土配方及溫度控制措施等，防止由于水化熱過大造成混凝土出現裂縫或開裂，影響施工質量。

4)黃土地區缺乏大軸力樁基托換的相關施工經驗，并無先例可循。

2.2 工程重點

1)由于本工程為T3A航站樓主線橋樁基托換，所以對工程本身的結構質量和日后運營的安全性要求都非常高，所以施工質量，特別是各關鍵工序的施工質量和過程控制是本工程施工中的控制重點。

2)由于托換基坑開挖勢必會造成周邊地面沉降，因此必須加強施工監測以保證周邊建(構)筑物及地下管線安全，所以施工監測也是本工程的施工重點。

3 主線橋樁基托換施工方案設計

主線橋22號墩曲線內側墩及曲線外側墩托換梁基坑開挖交錯進行。先進行22號墩曲線內側墩的托換的施工，再進行22號墩曲線外側墩的施工。

3.1 托換樁施工

托換樁樁徑2.0 m，按摩擦設計，樁混凝土等級為C35，樁基均采用后壓漿施工工藝。22-1樁長分別為74 m和66 m各兩根，22-2樁長分別為73 m和64 m各兩根。

3.2 托換梁基坑開挖及防護措施

本工程場地地形較平緩，地面高程約為475.2 m。基坑深度5.44 m～6.74 m，保護等級為一級。邊坡采用全放坡開挖，邊坡坡率采用1∶0.75，坡面采用插筋+掛網+噴混凝土防護，插筋采用Φ22鋼筋，長1.5 m，間距1.5×1.5 m，梅花形布置，C25噴射混凝土厚15 cm，Φ8鋼筋網間距150 mm×150 mm。邊坡上設置泄水孔，坡中和坡腳各布置一排，間距10 m，梅花形布置。

3.3 界面處理及植筋

托換梁采用全預應力鋼筋混凝土結構，22-1號墩托換梁尺寸為長20.3 m，寬8.7 m，高3.5 m，22-2號墩托換梁尺寸為長21.5 m，寬8.7 m，高3.5 m，混凝土等級為C50P8，管道壓漿采用M45水泥漿。托換結構和既有承臺、橋墩采用“鉆孔植筋+連接面鑿毛+新舊混凝土界面膠”的連接方式，即在托換梁高度范圍內，把托換樁、橋墩和承臺與托換梁相接觸部位表面鑿毛，深度為10 mm～20 mm左右，然后植筋，最后采用界面膠對新舊混凝土進行處理。植筋平面圖如圖1所示。

3.4 托換梁施工

托換梁施工時對梁端預頂部位嚴格控制預埋鋼板的位置。由于此托換梁屬大體積混凝土，故需做降溫處理。在既有承臺兩側和托換梁內各布設降兩層φ50 mm降溫管，施工中通水降溫,并應保證托換梁出水口和入水口溫差不大于20 ℃。托換梁降溫管平面布置如圖2所示。

3.5 受力體系轉換

采用主動托換法施工。托換時，在托換梁與鉆孔樁之間設置千斤頂加載，使上部結構的荷載轉移到鉆孔樁上，同時使新樁的大部分位移通過千斤頂頂升的預壓來抵消，從而通過主動加載實現托換樁替代原樁受力。

3.6 既有樁截斷

預頂完成且全面觀測沉降變形穩定后，通過兩次卸載至0.8P，每級荷載需維持1 h。千斤頂的荷載根據在截樁過程中，每根托換樁基承受的恒載標準值確定，各千斤頂卸荷須根據預頂時荷載和截樁時的荷載確定卸荷量和卸荷分級，應盡量保持同步。

待上部橋梁結構及下部托換結構變形全部穩定后，方可截樁。每次切斷口的深度不得超過10 cm，且應遵循由外向內、層層剝離，分級切割的原則。斷樁斷口高度應在30 cm～50 cm范圍內。既有樁截斷如圖3所示。

3.7 混凝土澆封新樁

托換梁施工時，在托換梁對應樁縱向鋼筋的位置預埋鋼筋，待預頂完成后，在保持預頂力穩定不變的情況下將樁、梁預留鋼筋采用幫條焊進行連接，焊縫長度不小于5d，焊口寬度大于0.7 cm，深度滿足0.3 cm，同時同一區段內鋼筋焊接接頭面積百分率不應大于50%，連接區段長度為35d。選用初凝需要4 h～5 h的C50微膨脹混凝土進行封樁，在夜間無上橋車輛時段完成澆筑，施工時注意澆筑混凝土的密實，保證澆筑質量，完成托梁和托換樁的剛性連接。

本設計托換樁基直徑大，封樁時混凝土施工難度大，正式封樁施工前應進行封樁工藝試驗，確保封樁混凝土施工方案可靠，封樁工藝試驗按照3個直徑2.0 m封樁接頭考慮，封樁試驗完成后，鋸開樁身斷面，檢查接頭混凝土澆筑質量，確保最終封樁工藝可靠。澆筑混凝土封樁如圖4所示。

3.8 基坑回填

基坑作為樁基托換的輔助工程，只是按臨時結構進行設計施工的，托換樁施工完成后應予以回填，消除隱患。在基坑填埋之前，將基坑內積水和雜物清理干凈，符合回填的虛土應夯實，并經隱蔽工程檢查合格后方可回填。

4 施工輔助工作

由于樁基托換工程對結構受力和變形有特殊要求，樁基托換工程施工應通過全過程監測、及時反饋，保證整個施工過程在安全和可控的狀態下進行。

5 結語

1)西安北客站至機場城際鐵路機場站下穿航站樓主線橋的樁基托換工程，其橋墩樁基托換的軸力目前在國內居于首位。在整個托換過程中，上部結構的變形應控制在3 mm以內，以保障機場大橋的正常使用。

2)本工程中托換結構和既有承臺、橋墩采用“植筋+鑿毛+新舊混凝土界面膠”的新型連接方式，保證了原有樁基上部結構在托換過程和使用過程中的安全性。

3)西安北客站至機場城際鐵路機場站下穿主線橋樁基托換工程的成功，為黃土地區其他的樁基托換工程提供了相關施工經驗，讓今后黃土地區類似工程有先例可以借鑒，為復雜環境下地下空間的開發利用增加了可靠、實用、科學的技術手段。

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