深圳地铁皇岗站桩基主动托换施工技术

深圳地铁皇岗桩基主托换施工技术

（中铁五局工程管理心）摘要本结合深圳地铁桩基主动托换工程施工实例，简要介绍桩基主动托换施工技术，为类似工程提供参考。关词桩主托换施技术前言在城市地铁等地下工程建设中线路走向常常要穿过既有建筑桥梁等的基础桩基托换是必须面对和解决的问题桩的托换机理可以分为主和被动托换技术主托换技术是在原桩切桩之前对新桩和托换结构施加荷载，新桩,,同消部分新桩和托换结构的变形，使得托换桩和结构的变形限制在较小的范围，该技术运用于大吨位、结构物对变形要求严格的情况。被动托换技术是在原桩切桩的过程中，将荷载传递到新桩换后的桩和结构的变形往往难以控制技适用于小吨位和结构对变形不甚严格的情况。本文以深圳地铁皇岗站福田保税区一号通道桥桥墩A4B4桩采用二次主动托换施工为实例，介绍桩基主动托换施工技术以及取得的经验，为今后类似工程提供借鉴。工程况2.1工程简介：皇岗车站位于深圳河北岸，与深圳河呈47.5夹角，为一联接香港的口岸车站。车站与通关联检楼合建，地下一层，地面四层，全长219.102m。车站采用明挖法施工，围护结构以地下连续墙为主。车站自有效站台端往北穿过保税区一号通道立交桥桩桩基，其A4、B4两根桩基需进行托换。2.2工地质水文及水文地质条件该段上第四系全新统人工堆积层、第四系全新统海积层、第四系全新统冲积层、第四系残积层、燕山期花岗岩。第四系孔隙潜水主要赋存在第四系粘性土层、砂层（中、粗、狸砂）和残积层，砂层、圆砾为主要含水层，具有强透水性，具承压性；软土、粘性土、砾质粘性土具有透水性，为相对隔水层。地下径流方向一般由北向南，透水层和附近的深圳河有一定的水力联系。地下水埋深，位高程1.59~2.23m，水位变幅0.5~2.0m。桩基托施方车站与保税区一号通道平面交汇，一号通道A4、B4桥桩基侵入车站界限，设计每个桥墩有两根钻孔灌注桩,桩承载力设计[P]≥4000KN工现墩有3根φ钻孔灌注桩，为保证一号通道桥的安全和车站主体的施工，采用二次主动托换方案对A4、B4桥墩桩基进行托换采用人工挖孔桩包柱式砼厚板组成托换结构做为第一次荷载临时转换承重结构体系一次荷载转换后再开挖车站基坑除响车站主体结构施工的原承台和桩施工车站的主结构进行第二次荷载转移以车站顶板做为荷载转移永久承重结构出时承载桩整个荷载转换过程中均通过主动加载千斤顶的预加载消除托换结构的变形并通过高精（全自动的测系统反馈凿除桥墩承台和桩过程中桥墩的沉降及桥面构件的应力应情根据监测情况调节主动托换千斤顶的顶力使整个托换过程中被托换构件的沉降、应力、应变可控，确保被托换结构万无一失。车站1/01-3轴基托换段总体施工顺序及步骤如图1所示：施工范围临建设施拆迁B3A5、桥墩拉结保

施工影响范围内的建构筑物现状调查监测系统建立并进行全面监测信息化指导施工

对、B4墩时连接保护测理监

测

人工挖孔桩桩周止水帷幕及基坑周边

旧箱涵拆除及回填止水帷幕施工托换人工挖孔支承桩施工B4桥墩临时托换结构施工第一次加力Q1~Q6受车站基坑开挖及内支撑架设凿除原桥墩侵入车站主体的承台及承台支承桩3轴换段主体施工顶板上设千顶第二次加力、B4墩车站顶板永久连接

围护结构旋喷桩及钻孔桩贯梁及第一道钢筋砼支撑凿除侵入车站范围内的托换桩、临时托换板及托换桩处顶板、底板的处理防水施工回填土方恢复路面竣工交验2525桩基托换段总体施工顺序及步骤图1托换结主的工法施工4.1托支承桩施工由于托换支承桩位于车站主体的隔墙位置证侵入车站净空和不在顶板和底板上开过大的孔洞计支承桩由φ1500人工挖孔桩φ钢管砼桩组成底板以下为人工挖孔桩，以上为600钢管砼桩，人工挖孔桩砼标号C，耐蚀系数0.8φ600钢砼桩标号C，砼蚀系数。壁采用钢筋砼，厚度200mm，底入微风化岩0.5m。4.2托换板施工托换板是桩基托换的关键结构，其强度、刚度、与新旧承重结构的可靠连接等都决定了桩基托换施工的安全和成败，施工中必须认真组织和精心操作。4.2.1锚施工桥墩柱截面凹槽施工,凹施工前进行放样划线，利用砼切割机在划线位置将砼锯入25mm，后人工间隔将砼凿除25mm形成凹槽，最后人工打毛处理，打毛深度为10mm，并修平清洗干净。锚筋施工前对锚孔定位放样桥柱的锚筋分侧面分排进行一侧面锚筋锚完后再锚另一个侧面的锚筋，前一排锚筋锚好后才进行下一排锚筋的施工。4.2.2托厚板钢筋工程钢筋安装前，先测量定位定换厚板底模，在底模放样定出普通钢筋、预埋件分布大样然严格按设计及规范要绑扎钢筋保证钢筋有足够的保护层同时严格控制钢筋绑扎和焊接的质量4.2.3托厚板砼工程托换厚板砼采用搅拌站制作的品砼，砼坍落度控制在182mm。拌运输车运输采砼泵送浇筑因托换厚砼浇捣属大体积砼浇捣施工采取措施降低水化热和加强砼的养护以确保不出现温度裂缝。4.2.4托厚板预应力钢筋张拉托换桩砼达到设计要求的强度及龄期后开始张拉预应力钢筋力筋张拉时对称同时张拉。预应力钢筋张拉时共分五级，各级荷载见下表级数

荷载KN)

备

注第一级第二级第三级第四级第五级

51.3205.2102.6102.651.3

第一级张拉完后开始计录千斤顶行程初始值每级张拉后计录千斤顶行程每级张拉后计录千斤顶行程每级张拉后计录千斤顶行程每级张拉后计录千斤顶行程预应力张拉时采用双控法张拉中张拉力误差不超过2%总伸长量不超过±总伸长量的计算公式应为：ΔL=Δ+Δ+Δ++δδ其中Δ、、、第次至第五次加载时相邻两次千顶的行程连续之差δ为第一级加载推算伸长值，根Δ、、和力线性关系推算。δ为两端锚垫板的内陷值，按规范一为每端1mm如总伸长量超限应查明原因再张拉。预应力张拉完后用板手拧紧螺母，再分级对千斤顶卸载。千斤顶卸载完成后注水泥浆封孔，水浆的水灰比为0.4~0.5，注浆压力一般为0.7~0.8Mpa，注浆时另外一端看有浆液流出后再注浆1~2钟才能停止注浆。注浆完成后再进行两端封锚处理，封锚时先在预应力钢筋两端处的托换梁侧面凿毛，并充分湿润，再浇150~200mm厚细石砼。托换实：5.1第一次主动托换根据设计要求采取二次主动托换工的流程图前面章节已叙述施工中主要是以监测来信息化施工此顶前的测方案测控制标准及监测数据的传递和试顶信息化施工的要求先经各相关单位审完毕图分别为托换支承桩的平面和立面位置图中::GZ1、GZ2、GZ3、、、GZ6为根托换支承桩，其中GZ1、GZ2、桩闭在车站主体隔墙内作为永久支承桩GZ4GZ5桩待第二次主动托换完成后截出。第一次主动托换(荷载转)下图为托换千斤顶布置示意图5.1.1千顶的安装托换支承桩和托换厚板达到强度要求后开始安装Q1~Q6实施第一次荷载转换，即将桥墩荷载通过千斤顶Q1~Q6转到GZ1~GZ6六根托换支承桩上，经过监测分析认为可靠后实施开挖土方并施工主体结构。5.1.2加前准备工作检查千斤顶油站、油管、压力表的安全可靠性，做到万无一失。建全方位的位移、沉降应变监测系统并证其数的准确性对操作监控及现场等有关人员进行充分的细致的技术交底和思想动员工作排好各油站斤顶测组录组的人员并落实到位，由专人统一指挥先算好各斤顶加载的压力及相对应的油压读数出一级加载的时间，每级一般为2~3分钟。5.1.3荷载移实施各次荷载转移顺序及方法如下：千斤顶第一次荷载转换分二个步骤进行，第一个步先平衡掉托换板的自重，第二个步实现桥墩荷载的第一次转移换板的自重平衡分三级进行一次桥墩柱的荷载转换分十五级进行每加载完成后都要锚定千斤顶的机械锁每次加载均按信息化施工流程图所示步骤实施加全过程进行息化控制直至加载完成一级至第十一级每级加载完成后持续荷载稳压二分钟项监测数据达到监测控制标准后方才进行下一级荷载加载十二级至第十八级的荷载在每级加载完成后的持荷稳压时间为5分钟平衡托换结构自重时Q1~Q6千顶各级荷载详见下表（第一级至第三级及各千斤顶的荷载值）千斤顶编号

每级加载（KN）

备

注Q1Q2Q3Q4Q5Q6

90.9223.697.666.0209.8105.15

每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成桥墩荷载第一次转换时千斤顶各级荷载详见下表：（第四级至第十一级各千斤顶的荷载值）千斤顶编号

每级加载（KN）

备

注Q1Q2Q3Q4Q5Q6

134.11299.0781.5970.77315.53136.96

每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成（第十二级至第十八级每级及各千斤顶荷载值）千斤顶编号

每级加载（KN）

备

注Q1Q2Q3Q4Q5Q6

67.05149.5440.8035.40157.7668.48

每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成每级加载均同步同时完成加载过程中各项监测数据的监测标准详见下表项目

标

准新桩沉降稳定新旧节点出现滑移桥墩柱受偏压被托换柱的上托量

沉降速度小于0.1mm/h滑移变形量大于2mm,滑量和加载在线斜率出现突变箍筋应变值达到（ε以上）锚筋应变有突变。柱上四侧面上的应变不均匀，甚至出现拉应变3mm停止加载标准按双控标准进行控制。在加载过程中如桥墩柱的上抬量已达到mm，但总加载级数未达十八级时即可停止加载；桥墩柱的上抬值未达到3mm，总加载值级数已达到十八级时即可停止加载加为）如停止加载时总荷载级数未达到十八级时，桥墩柱的上抬值已达到时应持荷分钟并隔5分对桥墩柱的沉降及托换结构的应力进行监测在过程过程中发现桥墩柱的位移有下沉，可以再对千斤顶进行加载，并循环监测和加载直至满足按条件。如30分钟内监测的数据没有变化则可以开始卸载并锁定千斤顶。卸载时可按原分级加载的要求对千斤顶进行分级卸载载时应卸回到第八级荷载级卸载时应保证三管垫块和托换板底部有一定空隙，并保证千斤顶上的机械锁处于打开状态每卸完后先锁定千斤顶的机械锁察各项监测数据对卸载过程进行信息施工直至卸载完成每级卸载后稳压时间相应级加载时的稳压时间完载后可以锁定千斤顶的机械锁，并楔紧三管垫块，完成。在千顶加载完成桩降稳定后站基坑通过信息化指导进行基坑土方开挖到一定深度后，开始截除A4B4墩墩，墩柱截除并开挖完后施工底板、侧墙和顶板。逐级截除过程中同时进行严密连续的监测信息化截柱并根据监测信息适时调整加载系统，保证各项监控指标在允许范围。5．第二主动托换的实施车站顶板结构达到一定强度后，安装Q7~Q14千顶，在千斤加载的同时给Q1~Q6千顶卸载，加载均匀分级进行。卸载分八级进行，每级卸载的荷载同第一次荷载转换时Q1~Q6加载的荷载相同载和卸载必须分级间隔进行即先加载一级观监测数据达到控制标准后持荷2分钟卸载一级同样观察监测数据达到控制标准要求后持2分，又再加载一级如此循环直至加载卸荷完成。加卸载的信息化施工要求相同，完成后进。Q7~Q14各荷载值详见下表千斤顶编号Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13

每级加载（KN）223.64175.90169.44135.70134.47175.50180.68

备注每级同步均匀施加每级同步均匀施加每级同步均匀施加每级同步均匀施加每级同步均匀施加每级同步均匀施加每级同步均匀施加Q14242.74

每级同步均匀施加Q7~Q14加载和停止加载的条件同第一次主动托换一样按双控标准进行控制。实现桥墩柱与车站顶板的永久连接车站顶板达到强度后，可以实现桥墩柱和车站顶板的永久连接。在顶板施工前已顶板钢筋与墩柱凿除的钢筋用冷挤压套筒连接未挤压第二次主动托换实现后过主动调整桥墩柱的位置和一段时间的观测确结构稳定后实施挤压套筒挤压，并浇灌连接砼。桥墩柱和车站顶板永久连接砼达到强度要求后，卸载Q7~Q14千斤顶荷载，但不拆除千斤顶，接着拆除临时托换结构，最后修复桥墩柱，并拆除千斤顶。桥墩托施监深圳地铁皇岗站保税区一号通道高架桥墩A4B4桩基托换是在一号通道桥正常使用的情况下截桩托换为保证桩基托施工过程中高架桥的安全制被托换结构的变形必须采取严密的监控措施对托换过中主要构件的应力形桥墩的沉降及环境状态进行跟踪监测，实施监控。6.1托换施工过程的监测主要是下几个方面：一是托换新桩的监测托施中对托换桩的沉降进行监测是托换桥墩及施工影响范围内桥墩的监测；三是在托换施工过程中对A3、B3A4、、、桥墩行沉降监测；四是在托换过程中对、B4桥墩柱在托换厚板顶面标高以上的部分进行附加应力监测。五是在托换过程中托换厚板进行的全过程监测包括最大弯距截面的应力监测、斜截面应力监测跨最大挠度变监测托厚板和被托换桥墩柱间节点滑移监测被托换桥墩上高架桥箱形梁附加应力监测等6.2监方法6.2.1在人挖孔桩施工过程中，采用精密水准仪对A3、B3A4、、、B5桥柱进行沉降观察并绘画出沉降曲线根沉降量降度降曲线是否收敛指导挖孔桩施工。6.2.2在托施工中采用百分表对托换支承桩的桩顶沉降进行监测据观察结果判断支承桩沉降是否稳定。6.2.3在荷转换和凿除原桥墩承台过程中用力式水准仪监测A4桥墩的沉降，静力式水准仪的测试精度为0.01mm6.2.4新旧界面的相对滑移监测厚板和桥墩柱的板柱结点是整个托换结构的关键部位，整个托换过程中都要密切监测旧桥墩和托厚板间的可能滑移情况，方法如下：在托换厚板的中性轴附近选一条箍筋置应变计测托换过程中箍筋对节点砼的约束，依据经验分析节点受力情况，预报滑移的可能性。在托换板中轴线附近选四条TN锚筋，各安装布置一个钢筋应变计来监测销栓钢筋的应力状况，通过应力状态预报节点滑移的可能性。在旧桥墩柱侧面与托换厚板顶面安装百分表监测节点滑移量。6.2.5被托桥墩柱的应力监测。在托换板顶面标高以上桥墩柱选取一个截面置4个砼变片控托换过程中桥墩柱的附加应力根应力监测情可以判断被托桥墩是处于均压还是偏压偏严重则调整千斤顶加载消除偏压现象，以免墩柱受偏压过大产生开裂。6.2.6托换的应力监测在托换板最大弯矩截面上梁侧面高度各布置5个砼变片侧托换厚板的工作应力状态和抗裂性能过梁侧应力状态还可以判定托换板有否受到平面外扭矩作用有可通过调整千斤顶给予消除。6.2.7托换板斜截面应力监测依据以往的试验结果换板破坏最大可能表现为桥墩柱附近板腹的剪切破坏厚板侧面，沿厚板腹剪应力方向各布置四个砼应变片，监测大梁斜截面的应力变化。6.2.8托换板挠度监测托换厚板挠度的监测用梁面双侧放置足够刚度的简支工字钢梁个梁与板面之间布置五个百分表监厚的挠度变形一边采用位移传感器一采用人工读数的方法