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桩基托换技术总结
内容提要: 成都地铁火南区间土建工程区间隧道下穿人民南路南延线高架桥匝道桥，该桥F2-1桩基位于左线隧道内且侵入侧墙0.07 m，施工期间，需对该桩基进行主动托换处理, 主动托换法是采用托换梁结合托换新桩的方式,在托换梁与托换桩之间设置千斤顶加载,使上部结构有微量位移,同时使托换桩的大部分沉降通过千斤顶的预压来完成。本文对该工程桩基托换全过程中的施工工艺作简单介绍。
关键词:托换 主动托换法 预顶 微量位移
随着城市人口及车辆的增多,地铁建设已经成为各大城市解决交通拥挤的首选方案。尽管地下交通线路的布置在原则上尽量避免对地上建筑物的影响,但实际上总会有部分隧道要从现有建筑物下面或相邻通过,很难避免对其的影响。就成都地铁火南区间土建工程而言，区间隧道下穿人民南路南延线高架桥匝道桥，该桥F2-1桩基位于左线隧道内且侵入侧墙0.07 m，施工期间，需对该桩基进行主动托换处理. 主动托换法是采用托换梁结合托换新桩的方式,在托换梁与托换桩之间设置千斤顶加载,使上部结构有微量位移,同时使托换桩的大部分沉降通过千斤顶的预压来完成。本文对该工程桩基托换全过程中的施工工艺作简单介绍。
1. 工程概况
成都地铁1号线火车南站～南三环路区间左线全长798.848m，右线全长798.099m。区间隧道下穿人民南路南延线高架桥匝道桥，匝道桥现状为断头路，桥梁跨度约20m，为单柱单桩基础，F2-1桩基位于区间左线隧道内且侵入侧墙0.07 m，该桩基为人工挖孔摩擦型桩，桩径1.8m，桩长约28 m，承载力设计值7000kN。受隧道结构施工影响，需对F2-1桩基进行托换处理，采用2根直径1.5m人工挖孔桩和截面3.5×2.5m的托换梁进行主动托换处理. 托换梁和被托换桩之间采用界面处理剂及植筋的方式进行连接，待托换梁混凝土强度达到设计强度后，在托换桩预顶承台上安放千斤顶施加预顶力，预顶完成且全面观测沉降变形稳定后，截断被托换桩。
2. 桩基托换施工工艺
基坑开挖→施工托换桩（人工挖孔桩）及预顶承台→在被托换桩上植筋、进行界面处理→绑扎托换梁钢筋→浇注托换梁→预顶→浇注托换桩和托换梁之间的微膨胀混凝土→截桩→开挖桩基托换基坑→施工主体结构及防水→回填。
2.1 基坑开挖：
新增托换梁梁底距原地面约3.5m左右，首先将基坑放坡开挖到托换梁底，放坡比例为1：1，采用网喷支护。
2.2 托换桩施工：
测量放样确定托换桩中心位置,进行托换桩施工, 托换桩采用人工挖孔桩，护壁厚150mm，每节开挖深度1米。根据两桩与被托换桩间距离，两桩深度分别为24.5m和 31.5m。
因受桥下净空的影响，挖孔桩桩芯钢筋笼采用孔内绑扎，主筋连接方式为机械连接。该工序施工时，钢筋下料长度必须考虑后序工序施工，根据设计要求，桩钢筋需伸入托换梁内1m，但预顶时，托换梁与承台（托换桩）间不得有连接，所以桩钢筋下料长度只能到托换梁底，待托换梁施工时预埋上部钢筋，与桩钢筋对应绑扎，预顶完成后进行焊接。其中还需考虑钢筋焊接接头不能在同一连接区段。
受地下水影响，桩孔内积水较多，桩芯混凝土浇注采用水下混凝土灌注。该工艺控制关键在：导管密封性，导管密封不好，管内进水，影响混凝土质量；‚导管长度，根据规范要求，导管底部距坑底40cm，在下管过程中，根据孔深，预先进行配管，并记录每节导管长度; ƒ第一斗混凝土的浇注，导管下入井内后，管内充满积水，所以第一斗混凝土重力必须大于管内积水浮力，将管内积水一次排除干净且混凝土必须连续浇注；„每次拔管长度，每次拔管不能将管拔出混凝土面，管底距混凝土面需有60~70cm；…混凝土浇注高度，水下混凝土灌注，产生浮浆较多，混凝土顶标高至少需高出设计要求50cm。
2.3 承台施工：
凿除桩顶浮浆及浮渣，开挖承台，本工程承台（包括预顶承台和预顶空间）高度为1.9m，采用砖砌外模，根据规范要求，桩需伸入承台内5cm。预顶承台高度1m，在每个预顶承台上各预埋2块500*500*20钢板（为保证钢板下部混凝土浇注密实，在每块钢板上预留出气孔）放置千斤顶。
预顶承台混凝土浇注完成后，预顶空间范围内填砂到托换梁底，并施工梁底垫层。
2.4 原桩凿毛及植筋：
为使被托换桩与托换梁间结合好，凿毛采用锯齿性凿毛。
被托换桩与托换梁的连接采用植筋，本工程植筋施工步骤如下：
钻孔：根据植入钢筋位置用冲击钻钻孔，钻孔直径32mm。钻孔完毕后，用清孔气筒及毛刷将钻孔内灰尘清理干净。
注射锚固剂：锚固剂采用“喜利得”双组分胶，利用专业注射枪，将锚固剂注入钻孔内。
植筋：将Φ25钢筋螺旋形插入钻孔内，植入长度为15d，沿梁高方向每隔300mm，植入钢筋一圈，每圈6根钢筋，平均分布。并与6根Φ22竖向钢筋及Φ12箍筋绑扎形成整体。如下图：
2.5 托换梁钢筋笼绑扎：
为便于后期凿除托换梁垫层，在托换梁钢筋绑扎前（最好为垫层施工时），在梁底铺设一层塑料布或其他隔离材料。
本工程托换梁为型钢组合梁，型钢位置如下图：
型 钢
钢筋绑扎完成
梁底与预顶承台预埋钢板对应位置预埋同样的钢板。
2.6 界面处理及混凝土浇注：
托换梁混凝土浇注前涂刷界面处理剂。
混凝土浇注采用分层浇注，每层高度不宜超过50cm，振捣工必须下入梁内对梁底部混凝土进行振捣。
2.7 托换顶升施工：
顶升为整个托换体系中的关键工序，待托换梁混凝土强度达到100%后，掏出预顶空间内砂子，在每个承台上成三角形放入事先准备好的钢垫块，初步打紧钢楔块，在预埋钢板上放入千斤顶。
采用带自锁装置的千斤顶。千斤顶组合形心必须与桩形心重合。
托换预顶加载采用分级加载原则，共分十级加载，每级荷载增量为千斤顶加载上限值的10%，不可一次加载到最大值。每级加载需保持10min，等结构稳定后方可加次级荷载。四个千斤顶同时加载。被托换桩的上抬量不能大于1mm，大于此值应停止加载。在加载过程中同时应严格监测托换梁裂缝的产生及发展，最大裂缝宽度大于0.15mm时，停止加载。顶升时，必须严格控制承台和托换梁两端的位移，承台允许下沉量2mm，托换梁两端允许上抬量为3mm。
本工程根据设计院现场确认各千斤顶实际加载级数为八级，各级油表读数如下表：
TZ1桩 （西侧）
荷载分级值(KN)
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
269.65
539.3
808.95
1078.6
1348.25
1617.9
1887.55
2157.2
压力表读数（MPa）
表号0612097（3号顶）
2.7
6.0
9.4
12.7
16.1
19.4
22.8
26.1
表号0612056（4号顶）
3.1
6.3
9.6
12.9
16.2
19.5
22.8
26.1
TZ2 (东侧)
荷载分级值(KN)
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
193.5
387
580.5
774
967.5
1161
1354.5
1548
压力表读数（MPa）
表号0612075（1号顶）
2.2
4.6
6.9
9.3
11.7
14.0
16.4
18.7
表号0612067（2号顶）
2.0
4.4
6.7
9.1
11.4
13.8
16.1
18.5
2.8 封桩施工：
待千斤顶顶升达到设计顶升力，各项变形稳定后，打紧钢管垫块，千斤顶开始逐步卸力，加强变形观测，若出现沉降，千斤顶重新加载，继续打入钢管垫块，直到千斤顶完全卸载，各项变形稳定。为防止钢楔块之间相对滑动，将每个钢垫块上两对称楔块焊接（点焊），用C35微膨胀混凝土浇注预顶空间。
2.9 截桩施工：
截桩位置为梁底下0.5m。先沿桩周开一条深100mm宽200mm 的断口，在此过程中钢筋不断，每次切断口的深度不得超过100mm，且应遵循由外向内、层层剥离的原则，断桩的断口高度应在300-500mm范围内。
3. 施工监测
为了确保上部结构的正常安全使用，监控网络必须根据每个施工步骤可能对结构造成的影响进行布置。采用信息化施工技术，以信息指导施工，托换过程中对每个环节的监测数据进行采集、分析，发现问题及时提出，并对有关托换顶升参数进行修正。
在托换或顶升过程中对托换梁上部原桩的位移、沉降和托换新桩的沉降情况、托换梁的变形进行严密监测。
对被托换的结构物及其邻近结构物的沉降观测，是通过沉降观测点的高程测量来实施的，这些沉降观测点的布置在匝道桥被托换桩对应墩位桥面及相邻墩位桥面的角点、中点及转角处；桥梁伸缩缝的任意一侧。
对托换梁变形监测，是通过在梁体上部布设百分表来完成的，本工程沿托换梁纵向轴线，在托换梁两端及中部共布置百分表四个。百分表另一端固定在托换体系外稳定的刚体上。主要监测顶升过程中托换梁的上抬量及托换梁的挠度变形。
对原桩与托换梁间的相对位移关系，是通过在原桩与托换梁间安装百分表来完成的，监测各阶段施工过程中原桩与托换梁间位移变化关系。
对托换桩（承台）变形监测，是通过在托换桩（承台）上部布设百分表来完成的，本工程在每个托换承台上各布置百分表一个。百分表另一端固定在托换体系外稳定的刚体上。主要监测顶升过程中，托换桩（承台）的下沉量。
托换完成
参考文献: 《火车南站南行桥F2-1桩桩基托换图》
《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001 J 130-2001）
《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2004 J 407-2005）
《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81-2002 J 218-2002）
《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）
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