橋梁明挖基坑施工中樁基托換技術研究

【摘? ? 要】：針對橋梁施工中存在的差異性沉降，引入橋梁明挖基坑樁基托換技術，通過托換橋梁基坑開挖、防護處理、基坑托換樁、大梁施工、植筋及界面處理、體系轉換、切樁、接樁及千斤頂拆除工藝，實現(xiàn)橋梁基坑明挖施工。通過工程實踐表明：新的施工方法能夠實現(xiàn)對差異性沉降值的有效控制。

【關鍵詞】：橋梁；明挖基坑；樁基；托換

【中圖分類號】：U443.163【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）01-24-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.007

Research on Piling Underpinning Technology in Bridge Open-cut Pit Construction

MA Wanjun

（China Construction Second Engineering Bureau Co. Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】：The piling underpinning technology in open-cut pit could solve the high differential settlement value problem in the current bridge construction. Through underpinning bridge pit excavation and protection treatment；pit underpinning pile， cap and beam construction； planting reinforcement and interface treatment； system conversion； pile cutting， pile connecting and jack demolition. The practical application proves that the new construction method can effectively control the differential settlement value in practical application.

【Key words】：bridge； open-cut pit； piling； underpinning

我國城市基礎設施建設發(fā)展迅速，在這一過程中新建的各類工程項目難免會與既有橋梁樁之間沖突，為了保障建筑物的安全運營，使用樁基托換技術將建筑上部分結構轉移至新建樁基上，達到建筑物的荷載需求，可以最大程度上保障建筑物安全使用、降低施工成本[1～2]。托換可分為主動托換和被動托換兩種，其中主動托換更適用于托換各類荷載較大且對建筑結構變形有著更高要求的橋梁建筑；而被動托換更適用于托換荷載較小或上部荷載較小且對變形要求較低的建筑項目[3]。橋梁與其他建筑項目相比，存在道面疏解難度大、安全隱患大、體系轉換復雜等問題，本文就橋梁明挖基坑施工中樁基托換技術進行研究，明確各個施工工序，以提高施工效率，確保既有橋梁安全。

1 工程概況

某橋梁呈南北走向，基坑采用明挖法施工，深度10.250～12.240 m。施工中會影響到周圍相鄰既有橋梁，因此需要對既有橋梁進行加固或改造施工?？紤]結構特殊性，分二期完成施工，將分隔墻設置在K0+560里程位置上，具體位于既有橋梁下，需對橋梁樁基進行托換。見表1。

2 樁基托換施工流程

2.1 基坑開挖

明確施工區(qū)域周圍的地質、地下管線布設等基本情況并對建筑周圍環(huán)境進行監(jiān)測，如裂縫、傾斜、沉降、位移等項目[4]。根據(jù)實際情況進行分層開挖，將每一層開挖高度控制在1.2 m左右。為了確保橋梁基坑結構具有更高的穩(wěn)定性，應將基坑放坡挖掘至托換梁的底部且控制放坡比例為1∶1。為避免在后續(xù)施工中橋梁兩端結構受到交通的影響，需要在施工區(qū)域周圍設置圍護樁，起防護作用，以網(wǎng)噴支護為宜。

2.2 托換樁與承臺施工

測量與放樣托換樁的中心位置并根據(jù)橋梁明挖基坑施工下部結構的凈空條件，采用沖擊鉆機的方式進行托換樁施工。盡量保證護壁厚度在150 mm左右，每節(jié)的挖掘深度為1 m，將樁鋼筋探入托換梁內部1 m處，在每一根托換樁結構上都預埋兩個鋼筋計，以確保能夠在后續(xù)托換過程中更精準測定樁基內力變化情況[5]。施工時應注意樁基底部位置沉渣的厚度，避免因沉渣過厚造成頂升沉降過大，影響整體施工質量和結構精度[6]。見圖1。

承臺施工前應清理樁頂?shù)母{、浮渣，對于頑固部分可做鑿除處理，承臺高度包括預頂承臺及預頂空間兩部分，具體根據(jù)實際情況確定。通過磚砌外模的方式進行承臺施工，確保樁在承臺內5 cm處，每個承臺應埋設2塊鋼板并預留出氣孔，能保證混凝土澆筑的密實度。

托換大梁施工中，采用砂子作為填充材料，回填到換梁底部的設計標高位置并對托換梁底部的墊層進行施工。選擇將2根?155 mm的鋼管和4根規(guī)格為?25 mm鍍鋅鋼管安裝在托換樁上方并在各個結構連接位置上進行混凝土澆筑。當混凝土的強度超過75%且不超過10 d時，張拉預應力鋼束結構并對其結構變形情況進行實時監(jiān)測。

2.3 植筋及界面處理

為確保被托換樁與托換梁結合的更加緊密，進行植筋處理，首先根據(jù)要植入的鋼筋位置鉆孔，跳鉆施工，禁止出現(xiàn)同一側同時鉆孔的情況。利用沖擊鉆進行鉆孔，鉆孔的深度設計要求，通常情況下鉆孔孔徑不得小于10 d（d為鋼筋直徑）且不得超過15 d。用毛刷或空壓機對鉆孔內部的殘渣進行清理，將殘渣掃除或吹出并在鉆孔內注入錨固劑。采用錘擊的方式植入鋼筋，植筋過程中需要確保每一批鋼筋在樁結構中的水平截面保持一致，最多不能超過2個孔的距離。待前一批植筋完畢且錨固劑充分凝固后，開始下一批施工，以此不斷循環(huán)。

植筋后，在托換梁抱柱位置上放樣并作出明顯標記，規(guī)劃出需要處理的界面。施工過程中，通過手持釘錘，將托換樁表面混凝土鑿入到25 mm深位置上并將還沒有開啟的口全部鑿除，使其內部新鮮的混凝土界面裸露在外。針對鑿除位置上的混凝土碎屑清理干凈，可使用鋼絲刷進行清理。同時，在托換梁混凝土結構澆筑前，還需要在界面上涂抹處理劑。

2.4 上部結構體系承載轉換

在托換梁結構和托換樁帽結構之間設置千斤頂，通過測算得出加載量，分級加載，以克服由于托換梁剛度不足造成的橋梁整體結構差異性沉降較大的問題，避免影響施工質量和施工進度。加載頂升過程中，為了能夠進一步消除托換樁自身產生的沉降量，還應當將加載上部結構的荷載進行轉移，將所有加載力轉移到托換樁上，避免托換梁受力過大發(fā)生破損或斷裂。根據(jù)不同橋梁建設施工的托換樁頂升要求，選擇千斤頂和自鎖裝置的型號和規(guī)格；使用時還需要對千斤頂進行標定和調整，確保具有足夠的行程，支撐其完成加載工作。自鎖裝置的安裝也需要嚴格按照頂升著力計劃布置在精準位置上，每個托換樁帽上安裝多臺千斤頂以及配套自鎖裝置，需要保證各裝置全部位于厚度為2.5 cm的鋼板結構上。頂升過程中，自鎖裝置會與千斤頂同步提升和下降，完成整個體系轉換后，自鎖裝置會永久安裝在托梁結構和托換樁帽之間，實現(xiàn)二者在混凝土內部的連接。

在體系轉換過程中，需要對既有橋梁結構沉降和變形情況進行全方位監(jiān)測。頂升過程中，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，需要對頂升施工參數(shù)進行調整或修正，從而確保托換樁施工的順利進行。預頂前，還需要結合施工設計圖規(guī)定的頂升軸力，對預頂荷載進行分級、分次數(shù)加載，共劃分為10個層級。見表2。

每層級加載達到上限數(shù)值時，需要停留10 min，待結構穩(wěn)定后再完成下一層級的加載。加載過程中，若出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出上限值、托換體系內部出現(xiàn)新的裂紋、頂升力未達到設計要求數(shù)值的情況，應立即停止加載并對相應的施工參數(shù)進行調整。

2.5 切接樁及千斤頂拆除

待所有監(jiān)測結果均符合規(guī)定要求后，開始切樁。按照從外到內的順序完成剝離，每一層剝離深度不得超過8 cm，若此時監(jiān)測數(shù)據(jù)仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，則可完成后續(xù)的接樁和千斤頂拆除施工。在拆除前，需要確保千斤頂內部的自鎖裝置處于鎖定的狀態(tài)，在拆除千斤頂?shù)耐瑫r，用于連接托換梁結構和帽結構的鋼筋也需要一并拆除并完成立模施工。節(jié)點位置上的混凝土澆筑可以充分利用原有托換梁預留的鋼管孔道，待澆筑完畢后，完成對橋梁明挖基坑的施工。

3 施工效果

為驗證施工效果，將差異性沉降作為評價本文施工方法的指標，差異性沉降量越大，說明基坑承載力越差，在施工和后期橋梁運營階段越容易出現(xiàn)基坑變形現(xiàn)象；反之，差異性沉降量越小，說明基坑承載力越強，在施工和后期橋梁運營階段越不容易出現(xiàn)基坑變形現(xiàn)象。

[m=n-δM] （1）

式中：[m]為橋梁明挖基坑差異性沉降量；[n]為通過測量得到的基坑沉降變化量，在計算過程中[n]取絕對值；[δ]為基坑在正常狀態(tài)下產生的沉降變化系數(shù)；[M]為正常沉降變形均值。

在施工區(qū)域內隨機選擇8個點作為測點，根據(jù)式（1）計算得出8個測點的基坑差異性沉降量。見圖2。

由圖2可以看出：本文提出的施工方法在實際應用中能夠將差異性沉降值控制在1.00 mm左右，其中差異性沉降值最低的是1測點，為0.58 mm，差異性沉降值最高的是2測點，為1.26 mm；本文提出的施工方法各測點上的差異性沉降值明顯比對照條件中其他相似工程的差異性沉降值低。

本文提出的基于樁基托換技術的橋梁明挖基坑施工方法在實際工程項目中應用時，能夠實現(xiàn)對基坑沉降的有效控制。

4 結語

橋梁明挖基坑施工時，樁基托換技術能夠提高工程整體施工效果并解決以往橋梁施工中對周圍既有建筑結構的影響問題，確保工程順利進行。在實際應用本文時，還可結合對稱開挖的方式對基坑土方進行開挖，進一步減小不平衡土壓力對樁基的不利影響。

參考文獻：

[1]陳鑫磊，張學民，趙? ? 勇，等. 軟弱地層地鐵隧道洞內托換施工對樁基影響研究[J]. 鐵道科學與工程學報，2021，18（12）：3294-3302.

[2]梁粵華，翟利華，史海歐. 洞內大軸力大跨徑拱式樁基托換在地鐵建設中的研究與應用[J]. 隧道建設（中英文），2020，40（12）：1765-1774.

[3]李東福. 新型懸臂式結構托換樁基技術在地鐵車站施工中的應用[J]. 四川水力發(fā)電，2021，40（6）：33-37+60.

[4]陳福斌. 深圳市東部過境高速公路高架橋樁基托換工程設計[J]. 城市道橋與防洪，2021，（3）：113-116+119.

[5]吳春冬，鄔? ? 澤，周金錄. 軟弱淤泥質地層暗挖區(qū)間樁基托換技術研究及應用[J]. 工程技術研究，2020，5（7）：87-88.

[6]馬鵬飛，趙? ? 霞，李? ? 鶴，等. 北京地鐵19號線涼水河橋樁基托換工程防洪分析[J]. 內蒙古水利，2020，（6）：47-48.

收稿日期：2022-03-16

作者簡介：馬萬軍（1987 - ）， 男， 四川德陽人， 工程師， 從事工程技術管理工作。