地鐵隧道下穿既有高架橋樁基托換施工技術研究

李健華

（三維工程建設咨詢有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 工程概況

花果園西站、花果園東站區間出花果園西站后穿越獅子巖山體，隨后下穿學校、貴黃路邊擋墻、貴黃路高架橋、貴黃路排水大溝、川黔鐵路路基，側穿貴廣高鐵橋樁后下穿遵義中路樁板墻抗滑樁及音樂廳，最后到達花果園東站。區間穿越地下障礙物較多，尤其是在YDK29+250—YDK29+305 段開挖斷面范圍內與貴黃路高架橋樁基沖突。綜合考慮交通、造價、安全以及工期的影響，經多方案比選，對貴黃路高架橋15#和16#橋墩樁基采用被動托換。被托換的樁基6 根，分別為15#橋墩下的15-5#、15-6# 樁基及16# 橋墩下的16-1#、16-2#、16-4#及16-5#樁基，均為φ1.8m 鉆孔。新建托換樁16 根，均為φ1.5m 人工挖孔樁，新建托換承臺4個，新建承臺及樁基均采用C35 現澆鋼筋混凝土。

2 工程及水文地質

2.1 工程地質

＜1-2＞雜填土（Q4ml）填土分布于地表淺部，主要為建筑垃圾及人工回填碎塊石等組成，碎塊石主要為白云巖，其空隙由粘土填充，結構松散至稍密，均勻性差。

＜4-1-3＞可塑狀紅黏土（Q4el+dl）褐黃色、褐紅色等，可塑狀，局部夾硬塑狀透鏡層，局部與下伏基巖接觸帶附近多呈軟塑狀。局部分布，具有高孔隙比、高液限、高含水量、高飽和性，遇水軟化、失水強烈收縮、裂隙發育、易剝落的工程性質，局部具弱膨脹性。

＜20-2-2＞強風化石灰巖（P1m）青灰色，灰褐色，中厚層狀，隱晶結構，溶蝕裂隙及風化裂隙很發育，完整性差，鉆孔巖芯多呈碎塊狀，巖芯采取率低。

＜20-2-3＞灰巖（P1m）青灰色，灰黑色，中層狀構造，隱晶質結構，節理裂隙較發育，巖石較完整，巖芯呈柱狀、短柱狀，少許餅狀，節長5～35cm，局部溶蝕嚴重區域，巖石多呈碎塊狀。礦物成分主要由方解石、生物碎屑等組成，完整性指數一般為0.51～0.54。巖體較破碎，巖石基本質量等級為Ⅳ級。巖芯采取率約80%，RQD值約38%。本次實施的19 個補勘鉆孔中均有揭露。

2.2 水文地質條件

地表水擬建隧道區間距離花果園濕地公園和小車河水域大于1000m，區間范圍內沒有穿越較大河流，地下水類型有上層滯水、潛水和承壓水。沿線山嶺上的基巖裂隙水，水量不大，且隨季節性變化很大。根據地勘資料顯示，沿線地下水對Ⅰ、Ⅱ類環境下的混凝土結構物有硫酸鹽、鎂離子和總礦化度等微腐蝕性；對鋼筋混凝土中鋼筋有氯鹽微腐蝕性。區段地下水位較高，雨季地下水位會向上延伸至地表，故土的腐蝕性按地下水腐蝕性考慮。

3 樁基托換施工方案

樁基托換施工方案共分為5 個施工階段。

3.1 施工準備階段

（1）交通導改，圍蔽施工現場。

（2）施工過程中的人工挖孔樁、圍護、冠梁。

（3）施工托換樁。

3.2 舊承臺開挖階段

（1）在進行舊承臺開挖的過程中，基坑開挖的時候可以挖至基底位置，與此同時，應為托換樁頂鋼筋進行預留處理，可以在施工的過程中作為基坑底部的混凝土的墊層。

（2）將被托換樁及承臺的接觸面鑿毛，在被托換樁及承臺上植筋，或鑿鋼筋承臺既有豎向鋼筋，連接鋼筋采取采取焊接方式連接[1]。

3.3 澆筑新承臺

（1）為了確保托換承臺鋼筋和被托換承臺以及被托換樁、新建托換樁之間鏈接的牢固性，可以運用綁扎的方式來綁扎托換承臺鋼筋。

（2）應架設一個托換承臺的模板，在進行澆筑托換承臺的混凝土。

（3）時刻觀察托換承臺的變化，當達到標準的強度后就可以進行拆模。采取繩鋸切割方式切除沖突既有橋樁，完成受力體系轉換。澆筑新承臺如圖1 所示

圖1 澆筑新承臺

3.4 基坑回填

在以上程序安全完成后，可以將基坑進行回填，高度限制在于原地面的標高一樣，以此來回復原來的路面[2]。基坑回填如圖2 所示。

圖2 基坑回填

3.5 鑿除舊樁

施工暗挖隧道，在遇到被托換樁基時破除。鑿除舊樁如圖3 所示。

圖3 鑿除舊樁

從施工角度而言，樁基托換項目設計總體上是可行的，施工順序較為合理。

4 計算成果

在樁基托換方案中，由于上部分的橋梁結構是在正常的運行的，所以只需要對下部分的橋梁結構進行計算，計算的內容主要是對關鍵施工位置的工況受力情況，分析完后進行專業的安全性的評估檢查。由此可見，計算結果進行評估也是非常重要的一個環節。當前在施工工況需要評估的內容有一下3 種；①對舊承臺開挖階段的評估；②新承臺正常使用階段的評估；③新舊承臺交界面的受力狀況及相應的植筋方案，或者是焊接的評估。

C3D8R 單元是三維八節點縮減積分單元，它能夠反應三維實體的各項力學和變形行為，多用于土，混凝土，金屬等實體的有限元線性和非線性計算。在本項目中，使用C3D8R 單元來對墩柱、承臺、樁基進行實體模擬。計算結果顯示，1#～4#承臺在整個施工過程中的整體應力水平較小，基本都在1.8MPa 以下。有些區域存在著局部應力，對最大組合主拉應力超過1.8MPa 的局部區域分別提取x 和y 方向的拉應力，兩個方向的拉應力均較小（均＜1.8MPa）。另外新舊承臺交界面處的應力水平較小（均＜1.5MPa），且無應力集中現象[3]。

5 工程難點應對措施

為了讓區間盾構的設備更好的通過規定的范圍，使用樁梁主動托換的方案來減小隧道施工對橋梁結構的影響。將千斤頂放置在托換梁和新樁之間，在進行托換之前可先加載千斤頂，以此來消除因為托換體系長期變形產生的時間效應。與此同時，當上部分結構荷載進行轉換的過程中，通過主動加載的方法進行實現新舊受力的替換過程，可使用頂升動態調控托換結構和上部分結構的變形，有效的抵消新樁部分的沉降量，從而實現新舊力替換。在進行托換和托換樁基替換的過程中，將每一根原樁的基礎上使用兩根新樁和托換梁進行托換工作，并在此基礎上設置相應的樁帽。在樁頂的位置運用插筋的方式來連接承臺和托換裝。在進行換樁的過程中，應加強在施工的監管力度，若放松監管就會出現樁位偏差、縮徑、斜孔等問題，因此，在施工過程中應嚴格質量驗收，確保各項指標都符合驗收的標準。在灌樁作業時，應嚴格檢查商品質量，在進行灌注工作時，應嚴格按照施工方案進行，避免出現堵管等事故現象的發生。采用自動化檢測來防止變形的情況發生，對檢測數據進行搜集和整理。

6 監測情況分析

6.1 監測測點布置

監測測點布置有以下7 個項目。

（1）圍護樁頂水平、豎向位移項目。監測點可以布置在沿基坑周邊設置，基坑短邊重點設置1 個測點，長邊設置2 個測點，測點間距為10m。

（2）周邊地表沉降項目。監測點沿基坑周邊布設，基坑短邊重點設置一個監測斷面，每個監測斷面布置3個測點，基坑長邊設置兩個監測斷面，每個監測斷面設置3~4 個測點，監測斷面的間距控制在10m。

（3）周邊構筑物沉降、傾斜項目。基坑周邊的橋墩上布設監測點，每個橋柱設置一個沉降觀測和傾斜測點，總共設置12 個測點。

（4）支撐周力。在每層支撐軸上君設置支撐軸力測點，測點布置在內支撐的1/3 處。

（5）坑底隆起。布設在基坑底部，每個基坑布設一個測點。

（6）地下水位。布設在基坑周邊，每個基坑布設一個測點，測點距基坑邊距離2m 左右。

（7）地下管線，基坑周邊燃氣管、給水管、污染管安裝15m 間距布設，共安裝10 個。

6.2 針對托換新樁進行監測

在對托換新樁進行檢測的過程中，應先在新樁帽頂處安裝電子位移計，將電子位移計的精度設置為0.01mm，以此計算新樁沉將量。

6.3 托換梁監測

對托換梁進行檢測時，首先要準確找到托換梁檢測的位置，并在截面的位置粘貼應變片。在托換梁的位置安裝傾角儀，可以實時監控到各個位置，保障在頂升的過程中沒有發生偏斜。將位移計安裝在托換梁兩端位置和中間的位置，可以全方位的監測托換梁撓度及變形情況。

6.4 截樁監測

在對截樁進行檢測時，應先在根據周邊的建筑物和托換樁的位置布置監測點，并且觀察水位的情況。因為樁基托換新樁和托換梁的影響，會對橋樁基造成一定的影響，不僅如此，還會對周邊的環境造成影響，所以，在對施工監測的數據進行分析的過程中，要及時根據施工情況調整施工的參數[4]。

6.5 施工過程中出現形變、沉降監測

在對基坑圍護及開挖施工階段進行監測的過程中。要全面的考慮施工位置的地質條件、支護方法以及周邊環境等因素，來確定基坑檢測的位置，在施工的過程中，應嚴格控制時空項目，比如對現場的巡視工作、周邊建筑物、地下水位、橋面沉降等項目。

7 結語

從計算結果來看，承臺、樁基和新舊承臺界面區的總體應力水平均較低，根據規范進行的樁基承臺驗算結果顯示安全度較高，執行過程中作出5 點加強和優化。

（1）關于植筋的問題，為盡量減少對既有承臺混凝土結構整體性影響，取消植筋措施。采取鑿除既有承臺表層混凝土，增設連接鋼筋與既有承臺鋼筋焊接。

（2）關于破除既有沖突樁基的時機選擇，原設計采取洞內直接破除方式，為減少震動對橋梁受力的影響，采取繩鋸靜態切割方式先行實現受力轉換，確保了橋梁運行安全。

（3）為增加新舊承臺混凝土的連接，在既有舊橋臺四周增設構造鋼筋籠。

（4）對承臺底部縱橫向受力主筋進行適當加強處理，增設分布筋。豎向設置I18 型鋼勁性骨架，增加鋼筋的整體穩定性。

（5）新建承臺內增設降溫冷卻管，保證大體積混凝土的質量。