探討橋梁樁基托換技術在地鐵盾構穿越橋梁樁基工程中的應用

李會強

（北京昊海建設有限公司，北京 100142）

0 前言

在地面交通壓力與日俱增的情況下，地鐵交通逐漸成為人們日常出行的新選擇，地鐵工程項目也越來越多。其中，盾構施工是目前地鐵隧道開挖施工的主要技術方法，在穿越橋梁樁基的情況下，施工風險較大。采用橋梁樁基托換技術，并采取相應的質量控制措施，可以為施工過程的安全性及工程質量提供保障。

1 工程概況

由于地鐵施工是在城市主要城區地下進行，難免會出現盾構穿越橋梁或建筑物基礎的情況，此時已有基礎構件相當于地鐵盾構施工的障礙物，對其進行處理時需要充分考慮結構安全問題。比如某市地鐵2#線工程需要穿過一條市政橋梁，橋梁全長29.3m，下部結構的橋臺為樁基實配橋臺，采用樁柱式墩結構，樁基礎為φ1.2m的鉆孔灌注樁。橋孔按照（6+16+6）m布置，6m跨的通道設計情況為兩端設置上下行1:4梯道。橋梁上部結構主要為6m跨的現澆實心板梁和16m跨的預應力空心板梁。該工程中的兩個地鐵站盾構區間在市政橋梁下穿過，橋梁既有樁基處于盾構區間隧道范圍內，成為盾構施工的障礙物，需要對其進行合理處理，保證施工的安全、順利進行。其中，需要處理的橋梁既有樁基主要包括上行線的7#、12#、23#和28#樁，以及下行線的3#、4#、5#、14#、15#、20#、21#、30#和31#樁，共計13根既有樁基。根據收集到的橋梁工程資料，既有樁基為φ1200鉆孔灌注樁，樁身長度為30m，樁底標高為-26.23m。對地鐵盾構施工造成障礙的13根鉆孔灌注樁均需要拆除[2]。

2 設計方案及控制標準

2.1 設計方案

在上述地鐵工程的盾構施工中，對于需要拆除的既有橋梁樁基，擬采用半幅拆除、半幅通行的施工方案。為降低實際施工對交通的影響，僅對半幅橋梁進行封堵，同時利用西側臨時便橋作為疏解道路，將既有管線臨時改移到便橋上。總體分為兩期施工，盡可能縮短對路面交通的影響。經過實際考察決定，對于既有橋梁的障礙樁基，按照鉆孔灌注樁、主梁和次梁的組合形式進行托換施工。需要在盾構隧道施工范圍外，選擇安全區域新建托換樁基，在樁基頂部采用千斤頂設備頂托承臺。為避免在托換樁基施工后出現嚴重的沉降問題，需要在完成托換施工后，對樁土界面進行后壓降處理。在此基礎上進行承臺主次梁施工，對既有橋梁障礙樁基標高的1.0m～3.5m范圍進行鑿毛植筋，完成承臺主次梁澆筑施工，利用植筋使障礙樁、承臺主次梁形成一個整體。在本次施工過程中需要拆除的既有橋梁樁基為13根，需要新建的托換樁基為24根，采取4×6排的布置方式，并完成6條主梁和3條次梁的澆筑施工任務[2]。

2.2 控制標準

在地鐵盾構穿越橋梁基礎的施工中，對既有障礙樁的處理是施工重點部分。樁基托換技術實際上是利用新建構件結合原有基礎體系，改變既有基礎體系的傳力形式，或對既有基礎體系起到加固改造的作用，提升其整體承載力。基礎托換施工技術具體可分為主動托換、被動托換兩種，本次施工采用的是主動托換技術，具有對既有橋梁基礎結構更好的變形控制能力。具體根據《建構筑物托換技術規程》（CECS 295-2011）和工程設計文件，確定結構變形及受理要求，制定既有橋梁樁基結構位移的控制標準。其中，橋臺頂豎向沉降累計值要求控制在±5mm以內，且變化速率不能超過±1mm/d。橋臺頂水平位移累計值應控制在±5mm以內，變化速率不能超過±1mm/d。向量豎向沉降和水平位移的控制標準與橋臺頂相同，擋墻豎向沉降應控制在±25mm范圍內，變化速率不能超過±2mm，水平位移應控制在±3mm以內，變化速率不能超過±1mm[3]。

3 橋梁樁基托換技術在地鐵盾構穿越橋梁樁基工程中的具體應用

3.1 基本施工流程

在上述地鐵盾構施工過程中，為滿足穿越橋梁樁基的障礙樁基處理需求，主要設計以下的施工技術流程。首先進行基坑圍護施工，對基坑進行加固，并完成清淤等工作。其次進行新樁基施工，完成主次梁施工后，對坑底進行加固。再次進行托換施工，施加頂升荷載預壓力，進行托換連接。然后進行挖孔截樁，完成基坑回填后，還要拆除臨時排水設施、圍堰，設備退場后，需要進行河流疏通等工作。在具體的施工過程中，需要對每個施工環節進行嚴格控制，合理選擇施工技術方案，確保工程施工質量及安全性[4]。

3.2 抱柱梁施工技術

在該工程中，共有13根抱柱梁，其中3根的結構尺寸為2.8×2.8×1.2m3，另外10根的結構尺寸為3×3×1.2m3。抱柱梁的頂面標高為+3.6m，底面與承臺主次梁的距離為0.6m。在施工過程中，需要在承臺的主次梁搭建鋼管支架，并利用方木和竹膠板鋪設形成底模。主次梁鋼筋半成品在鋼筋加工棚中完成制作，利用運輸設備將鋼筋半成品運送到指定地點，完成現場綁扎[5]。根據設計要求，需要將φ45的金屬波紋管固定在鋼筋籠上，然后安裝錨墊板，穿入精軋螺紋鋼。施工模板為組合鋼模板形式，加固體系主要包括鋼管和方木支撐。在抱柱梁的混凝土施工過程中，主要采用泵送工藝，利用溜槽溜放施工，確保一次成型。施工前需要對施工位置樁基進行鑿毛處理，要求鑿出35mm×35mm的齒鍵。此外在施工前還需要對既有樁基進行檢測，確保其強度能夠達到C25以上，同時檢查鑿毛施工質量，滿足條件后才能進行施工。抱柱梁位于承臺主次梁上方，在施工時需要設置好臨邊防護設施，為施工安全性提供保證。施工完成后，等到混凝土強度達到90%以后，可進行抱柱梁張拉施工，采用兩端張拉方式，并對應力和伸長量進行控制，嚴禁張拉伸長量超過計算值的±6%。

3.3 托換頂升施工技術

托換頂升施工時整個盾構穿越橋梁部分的重點工序，直接關系到托換體系的形成效果。托換頂升施工要在托換梁的混凝土強度達到100%后進行。首先在預頂空間內將砂子掏出，然后在承臺上按三角形放置鋼墊塊，將鋼楔打緊，并在預埋鋼板上設置千斤頂。在上述工程中采用的是帶有自鎖裝置的千斤頂設備，要求千斤頂的組合形心與樁型心重合。在托換預訂加載過程中，采取分級加載原則，分十級進行加載，每級增量為千斤頂的加載上限10%，且在每級加載過程中，要保持10min左右的持續時間，等到結構穩定后再繼續加載下一級荷載，嚴禁一次加載至最大值。在施工過程中，使用四個千斤頂共同加載荷載，加載過程中需要控制托換樁上抬量不能超過1mm，否則應立即停止加載。同時應對加載過程中的托換梁裂縫現象進行嚴格監控，如果裂縫寬度達到0.15mm，也要立即停止加載。此外，在頂升加載過程中，還要對控制承臺、托換梁連段位移進行控制，其中，承臺的下沉量要控制在2mm以內，托換梁連段的上抬量要控制在3mm以內。

3.4 挖孔樁施工技術

該工程的人工挖孔樁標高設計為+2.5m～-9.3m，地層主要為淤泥層、中砂層和淤泥加砂層，中砂層厚度為7.3m，具有較好的透水性，要進行承壓井施工，并在井口周邊設計踢板，對開挖高度進行嚴格控制。在達到一定深度后，應采用鋼護筒護壁形式，并將井內的渣土利用提升設備清除。如果在施工過程中遇到孤石或硬巖層，需要利用風鎬破除，在整個施工個過程中應保證承壓井處于無水工況，避免出現突涌現象，引發塌方問題[6]。在人工開挖施工中，可以使用機械提升裝置提出井內渣土，如果發現孔內滲水問題，也可以采用抽水機進行排水。如果需要采用淺眼爆破法對孔內巖石進行爆破施工，需要做好孔底處理工作，確?？椎灼秸?、無松渣和淤泥等軟弱土層。在障礙樁拆除過程中，應采用人工風鎬施工方式，按照一定順序進行鑿除，可自上而下、從內到外進行施工，遇到無法鑿除的情況，可采用小型爆破施工技術。拆除到設計標高后，拆除鋼護筒，可分三節吊出挖孔樁。在整個施工過程中，要對施工技術進行嚴格監控，避免出現安全問題。

4 橋梁樁基托換技術在地鐵盾構穿越橋梁樁基工程中的技術質量控制措施

4.1 施工技術控制措施

在管井降水施工之前，應根據設計參數的要求，開展管井試驗施工，對滲水量等進行驗證，然后調整管井布置情況，詳細改進施工參數。在管井使用過程中，需要在基坑兩側同時抽水，嚴格控制水位差在要求限度以內，安排專人值守，記錄抽水情況。同時應采取分級降水方法，每次降低的水位應在5m以內，穩定一段時間后再繼續降水，直到設計水位要求。采用管井降水要對水位進行觀測，如果超出警戒線，應立即減少抽水，或采取回灌等補救措施。一般管井降水作業要求在開挖前20天進行，并將水位降到開挖面1m以下，從而為基坑開挖施工提供方便。在開挖施工過程中，應采取降水管井保護措施，避免施工導致管井堵塞，對降水效果造成影響。此外，井點供電系統應采用雙線電路，避免發生突然停電的情況。在潛水泵運行中，應對水位變化進行觀測，檢查電纜線與井壁相碰等情況，避免電纜線磨損后，水沿電纜芯進入電機，最大化保證施工安全性[7]。

4.2 施工技術監測方法

在地鐵盾構穿越橋梁基礎的托換施工過程中，需要對施工技術進行嚴格控制，主要利用信息化檢測手段，掌握施工動態，及時采取有效的技術調整措施。在托換施工過程中，應注意對既有橋梁結構受力及變形情況的觀測，同時應對新建托換樁基、周邊環境變形情況等進行監測，在施工現場全面布置施工技術監測方案，及時發現因施工因素引發的結構安全問題。一般在地鐵盾構托換施工過程中，由于施工作業面的空間限制較大，新建樁基與盾構機的距離較近，在盾構施工過程中，周圍土體會受到較大的水平作用力影響。因此，在盾構穿越既有橋梁基礎施工過程中，需要對鄰近樁基及土體變形情況進行及時掌握，分析其受力特性，通過對施工技術方案進行合理調整，降低盾構施工過程中的擾動影響。

4.3 重要節點施工控制

在地鐵盾構托換施工中，需要加強對重要節點的施工控制。應當消除樁基的前期沉降，讓前期沉降量穩定下來，確保荷載順利轉換到托換樁。具體地，應當采取堆載預壓和預頂升方法，在堆載1～2d之后，進行預頂升施工，逐級加大壓力，預壓至設計值，將千斤頂螺旋自鎖裝置鎖死，然后再保持2～3d，確保托換樁沉降量能夠趨于穩定。在采用主動托換技術的施工方式下，需要對每級加壓值進行嚴格控制，并對頂升位移值進行檢測，不能超過1mm，確保托換樁順利替換既有樁基。在既有橋梁樁基截斷施工之前，應先鎖死千斤頂油壓和螺旋自鎖裝置，并采用油壓傳感器對壓力進行監測，同時掌握樁基應力和應變情況。在對千斤頂油壓進行調整前，應先確定荷載已經完全轉移到托換樁，并完成輔助支撐固定。滿足條件后才能進行既有樁基截斷施工，切割過程中應墊入鋼板，防止千斤頂失效引發安全事故。

4.4 工程事故應急處理

在地鐵盾構穿越既有橋梁樁基施工過程中，即使采用托換施工技術，仍有較大的施工危險性，需要提前制定事故應急處理方案。應有項目經理直接組建應急小組，并作為應急小組組長，在項目經理的協調下，由各分管經理組成應急小組領導班子，調動多方力量及時開展應急處理工作。施工前應對施工技術方案進行仔細審核，并預測可能發生的緊急事故，在現場準備好應急處理物資。應急指揮系統應與工程信息化管理系統全方位銜接，在平時通過獲取、分析施工監測信息，判斷施工安全等級，如果超出預警值，應立即暫停施工，排除風險后再繼續進行施工。一旦發生緊急事故，應立即啟動應急處理方案，聯系有關部門參與應急救援，將事故損失降至最低?？傮w而言，在地鐵盾構穿越既有橋梁基礎的施工過程中，需要同時對施工質量和施工安全作出有效控制。

5 結語

綜上所述，橋梁樁基托換技術是處理地鐵盾構施工需要穿越既有橋梁基礎的有效方法，可以為既有橋梁基礎結構及施工過程的安全性提供保障。通過結合工程實際情況，合理設計施工流程，采取相應的施工技術質量控制措施，能夠最大化發揮橋梁樁基托換技術的優勢，提高地鐵盾構施工質量水平。