城市立交橋樁基托換工藝控制與技術研究

周沈華 苗永杰 王建文

    前言

    隨著城市交通壓力的增大，道路交通已向立體化、高架化方向發展。深基礎的應用越來越廣泛，快速軌道交通工程選線工作難度在逐漸增加。

    西安一號線西三環棗園路立交樁基托換工程是西安地鐵開建以來規模最大的托換工程，本文通過對該工程17#、23#樁基托換施工工藝進行研究，以期為后續類似工程提供經驗。

    一、工程概況

    西安地鐵1號線三橋站～皂河站區間長度1810.313雙線米，主要采用盾構法施工。線路下穿西三環棗園路立交橋，該立交建筑高度19.6m，為四層互通式立交，西咸方向主線橋為重要交通干道橋，橋面寬度32m，現狀為雙向8車道，施工過程中不能中斷交通。托換處橋梁上部結構為1-30m簡支空心箱梁，橋臺為樁接蓋梁式橋臺，原橋樁徑為φ1.5m，樁長35m，共需托換5根橋樁，均采用主動托換方式，14#、17#、20#均為單根樁侵入隧道結構，采用一根托換主梁的簡支托換結構，23#兩根樁侵入隧道結構，采用主次梁組合的簡支托換結構。平面布置見圖1。

圖1樁基托換平面位置圖

    二、工程地質及水文地質

    樁基托換施工場地主要為第四系松散堆積物，自上而下地層為填土、黃土、中砂、粗砂夾薄層粉質粘土，皂河橋路基部分主要為塊石廢料、建筑垃圾和大型混凝土塊等充填，厚度約3.0～6.0m，最深達8.5m。隧道拱頂距河床底10m，隧道洞身位于中砂層中。地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水潛水位埋深29.2m，位于區間結構底板下方。

    三、工程特點

    1、施工場地狹窄，位于三橋立交的橋區，場地范圍內為橋梁、河道、既有道路、管線眾多（3.85*2.25排水箱涵）。

    2、地質條件差，施工場地內填土層較厚最高達到8.5m，多為塊石廢料、建筑垃圾和大型混凝土塊；填土層下方為黃土及砂層，且受皂河水流長期滲透浸泡，地層軟弱，自穩性差。

    3、皂河寬度較小，河床較淺，平常為城市排污渠道，汛期時作為泄洪通道，排水量大。

    4、托換施工將對三橋立交東西向的交通造成一定的影響。

    四、樁基托換

    4.1圍堰施工

    為減小對皂河河道的影響，施工期間盡量縮短圍堰長度，一期施工17#、23#樁，圍堰時只圍17#、23#樁施工段河道；二期只圍14#、20#樁施工段河道，圍堰設置如圖2所示。

   圖2一期圍堰導流平面圖

    施工過程中，隨時觀測水位變化，確保圍堰頂部要高于河道水位1.0m。圍堰采兩側多層砂袋，中間澆筑C15素砼填心處理。圍堰高度為3.7m，施工中圍堰高度據實調整，臨水側土工織物袋表面縫制一層抗老化無紡土工布，規格為200g/m2，并鋪設PCV防水材料，現場圍堰如圖3所示。

    由于圍堰后，河道過水斷面不滿足汛期過水斷面要求，在主汛期時（7~9月）暫停施工，需要將河道中的圍堰臨時拆除，減少阻水障礙物，確保河道暢通。 

圖3施工圍堰現場圖

    4.2 托換樁施工

    托換樁為直徑1.5m，長25m的摩擦樁，樁頂設2.5*2.5*1.0m的承臺。托換樁樁位的確定原則為：①與既有樁基的凈距大于2.5D(原樁基直徑）；②與地鐵區間隧道的凈距大于1m；③盡量減少托換梁的長度，以減少占用皂河河道范圍；④盡量降低托換梁的高度，以控制托換基坑的深度。

    考慮到皂河橋梁底距離基坑底部凈距為8m，托換樁采用反循環鉆機成孔，采用吊車配合倒鏈葫蘆下放鋼筋籠，導管法灌注水下砼。托換樁承臺施工時，需要在承臺上埋設三管鋼墊塊支座。千斤頂及鋼墊塊平面布置如圖4所示。

圖4千斤頂及鋼墊塊平面布置圖

    4.3 托換基坑施工

    17#、23#樁基坑為接近四邊形的多邊形，基坑最深13m。基坑北側為隔離樁配合預應力錨索支護，樁間土體采用錨噴支護。基坑南側、西側、東側為原土層，采用打入砂漿錨桿并配合網噴砼支護。基坑開挖到底后，平整坑底，澆筑砼墊層。

    4.4 托換梁施工

    托換梁采用C40、P8防水混凝土，托換梁斷面尺寸為2.5*3.0m。采用橫向分段、水平分層方法澆注，在養護過程中采取水循環降溫措施，防止梁體砼開裂，循環水管路必須連接緊密，在托換梁砼內部管路不能漏水，通水必須連續進行。圖5為17#樁托換梁施工完成后照片。

圖5 17#樁托換梁

    托換梁達到設計強度后，在托換梁和托換樁承臺之間安放千斤頂，同時在鋼支座和托換梁底之間打入鋼楔塊，準備進行托換施工。

    4.5 托換梁和被托換樁的連接

    托換梁和被托換樁之間連接主要通過它們相互之間的咬合、界面處理和植筋實現。首先要把被托換樁與托換梁相接觸的部位鑿毛，并進行界面處理，再沿被托換樁周圍鉆孔植埋鋼筋，鋼筋和樁之間的縫隙用植筋膠充填。托換梁和被托換樁連接是整個樁基托換工作關鍵，而植筋工作又是保證托換梁和被托換樁連接可靠性的關鍵，必須重點控制植筋的工藝及質量。

    植筋工藝分7步控制：第1步對所需植筋的部位進行定位放線；第2步鉆孔，鉆孔前應清除樁表浮渣，檢查樁基混凝土強度（必須達到C30以上），鉆孔后的孔壁應完好，無裂縫和蜂窩等；第3步清孔，鉆孔完畢應檢查孔深、孔徑，合格后用刷子擦掃孔壁灰粉，并用壓縮空氣吹凈鉆孔內的灰粉，然后用絲棉臨時封堵封孔口，以防塵土、砂粒等雜物落入，并保持鉆孔內干燥；第4步鋼筋下料、除銹；第5步化學粘合劑灌注，粘合劑材料應精確計量、攪拌均勻，用長嘴器具深入成孔底部，通過擠壓器將化學粘合劑在孔內從里到外漸漸填孔并排出空氣。錨固膠填充量應保證插入鋼筋后，周邊有少許膠溢出；第6步鋼筋植入，應將處理好的植筋插入孔內預定深度，其質量關鍵是鋼筋必須同一方向，緩慢旋入，以使膠粘劑與鋼筋充分粘結，鋼筋固定后，在膠固化前，不能擾動鋼筋，以免影響錨固效果；第7步養護固化，已植入孔內的鋼筋在常溫下養護，養護時間不少于24h。

圖6 植筋現場照片

    4.6 托換梁預頂施工

    為消除托換新樁變形對托換體系的不利影響，防止托換新樁樁頂沉降引起橋墩的下沉，必須通過加載頂升托換梁，使橋梁上部結構的荷載轉移到托換樁上。

   （1）托換加載計算

    托換樁千斤頂的頂升力取值包括托換梁自重和上部橋梁傳至橋墩的荷載組合設計值的100%。通過計算，17#樁每個承臺預頂荷載為360t；23#樁每個承臺為540t，托換預頂加載采用分級加載原則，共分十級加載，每級荷載增量為千斤頂加載上限值的10%，不可一次加載到最大值。每級加載需保持10min，等結構穩定后方可加載下一級荷載。加載數據見表1、表2。

表1 17#樁加載數據表

表2 23#樁加載數據表

   （2）預頂加載

    預頂實施前首先要建立全方位的監測體系，對托換既有橋梁、托換梁、托換樁進行全面的監測。頂升準備工作就緒后，開啟液壓千斤頂油泵，按方案逐級加載，每級加載到達限定值時停留10 min來等待結構穩定，分析監測項目數據變化情況，同時觀察托換體系結構裂縫產生與發展，若托換梁的頂升量大于1mm或最大裂縫寬度大于0.15mm時，應停止加載。

    （3）預頂監測

    本項目在施工過程中建立了完善的基坑、橋面監測體系。預頂加載過程中對托換系統砼應力和梁頂位移進行了實時監測，在第一~第六級加載階段監測數據變化較小，第七~第十級加載階段，監測數據變化速率明顯增大，托換梁底面及側面出現多道裂縫，17#樁裂縫明顯，最長裂縫為1.4m，寬度最0.1mm。表3為托換梁梁體應力及托換梁頂位移監測結果。

表3 托換梁梁體應力及托換梁頂位移監測結果

    從監測結果可以看出，預頂達到設計值后，托換橋梁已經產生微量上升，證明橋梁受力體系已經發生轉換，通過對千斤頂及安全自鎖裝置進行鎖定，完成最終受力體系轉換。托換橋梁體系轉換完成后，需對托換體系再次進行全面監測，確認監測數據能夠滿足設計規定，同時檢查千斤頂及安全自鎖裝置穩定性。全部滿足安全要求后，開始對被托換樁進行截樁處理。

    4.7 截樁及封樁施工

    截樁斷口深100mm、寬200mm，設置在托換梁下部500mm 處，采取人工操作風鎬截除的方式，由外及內層層進行剝離，每層剝離深度不超過100mm，遇到樁體鋼筋時，暫不切斷，在斷口混凝土全部切斷時，再間隔對稱切斷樁體鋼筋。截樁過程中應進行實時監測，通過同步調節千斤頂，將由原樁基承受的荷載逐步向千斤頂轉移，使橋墩的沉降控制在允許范圍內。

    截樁完成后，采用擠壓套筒將托換梁底和托換樁頂均預留接駁鋼筋連接起來，澆注C30微膨脹混凝土，進行封樁施工，將承臺和托換梁連接成為一個整體。

    五、結語

    本項目是西安地鐵建設史上最大的樁基托換工程，通過實踐可以證明施工方案是成功的，施工工藝是合理的，在后續類似項目施工中應注意以下幾點：

    （1）托換梁與被托換樁基的結合處是托換體系的關鍵節點，此處鋼筋較多，且存在新舊混凝土的結合面，必須加強植筋工藝及質量控制，保證混凝土澆筑密實，并養護達到設計強度，才能進行預頂工作。

    （2）必須保證被托換樁的荷載可靠轉換到托換結構上以后，才能進行截樁工作，避免截樁過程中托換梁突然受力，影響托換體系的穩定。

    （3）預頂過程中，須密切監控橋梁上部結構及托換結構的變形情況，以監控量測數據指導托換施工。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡工程項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)