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摘要：结合福州地铁2号线第8标段紫阳站-五里亭站区间桥梁桩基托换特点，通过现场实际运用情况，总结介绍浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换施工技术，分析其在桩基托换施工中的特点及推广价值。
关键词：浅基坑；体系转换；桥梁；桩基托换
1引言
桩基托换技术起源较为久远，真正发展是在20世纪30年代美国纽约的轨道交通修建时。近几年来，盾构隧道随着我国城市地铁建设的全面展开而迅速发展，桩基托换随之出现的频率越来越高，桩基托换涉及到多种地基及结构施工技术，需要灵活、可靠的糅合各种施工工艺。目前在我国较为常规的桩基托换技术为将新建的托换结构固结于原有桥梁承台或桩基，利用设置于两层托换梁或承台间的千斤顶完成托换，盾构机通过前施工竖井破桩或者磨桩通过。
根据福州地铁二号线紫阳站——五里亭站区间的工程特点，综合常规桥梁下部施工工艺及全回转拔桩、绳锯、同步顶升及型钢贝雷梁等技术，克服诸多工程难点，形成了全新的浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换施工技术。
2工程概况
福州地铁2号线紫阳站——五里亭站区间沿主干道福马路布设，穿越五里亭立交桥，因为避让五里亭立交隧道左右线分开。右线以 R-350 曲线下穿五里亭立交一处桥墩，后经 R-450曲线接至五里亭站，全长874.24m。在里程 YCK31+784.5附近五里亭立交 D 匝道桥141#桥墩桩基侵入隧道，隧道顶埋深约 14m，需托换的桥墩所在上部结构为 3x15.75m 钢筋砼连续箱梁，下部结构为薄壁墩配承台预制方桩基础，预制方桩的截面尺寸是 40cmx40cm，桩长 32m。
图2-1：托换平面示意图
根据区域地质资料及前期勘察成果，场地附近存在前第四纪以来的不活动断裂和晚更新世纪的活动性较微弱断裂，场地为可液化场地，场地内存在地面沉降、地面塌陷发生的可能。地层从上到下主要为：<1-2>杂填土、<2-4-1>淤泥、<2-4-4>淤泥夹砂、<2-4-5>淤泥质中细砂、<2-5>中细砂、<3-1>粉质粘土、<3-3>中粗砂、<3-8>卵石。
地下水主要赋存在上述杂填土及淤泥外的各层，该六层之间在局部存在直接的水力联系，且承压水头高、埋深浅。
图2-2：D匝道141#桥墩示意图
需托换的桥墩北侧距离老承台约1.5m为DN1800的污水干管，埋深3.1m；东侧距离老承台0.5m为直径5.7m的污水沉井，埋深1.2m。
3托换实施难点
难点一：新建的托换结构与即有桥梁固结困难，原有桥梁桩基为40cmx40cm预制方桩，不具备固结条件；原有承台埋深约1.5m，位于污水干管上方，无固结空间；托换位置位于人行道及机动车道，固结原有桥墩妨碍交通。
难点二：常规两层的托换梁及托换承台实施困难，受污水干管及污水沉井限制不具备所需的开挖条件，且高承压水淤泥情况下深基坑施工风险大、费用高。
难点三：因区间盾构掘进范围基本为全断面的淤泥质粉细砂，设备选用土压平衡盾构配软土刀具，且承台下共有9根桩基，桩间距小，需提前处理掘进范围内的遗留障碍桩基。常规桩基托换完成后，处理障碍桩基一般采用施工竖井破桩，施工风险与费用均较大。
4浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换施工技术
4.1工艺流程
浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换主要步骤为：在区间隧道外新建钻孔灌注桩及承台，利用搭设于新建承台的型钢贝雷梁临时支撑体系顶升梁体实现体系转换，拆除原有桥梁下部结构，拔除障碍桩基，原状恢复下部结构（含承台后浇段），拆除临时支撑体系，完成整个托换施工。
其主要工艺流程、施工风险及控制措施如下：
托换工艺
浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换综合各种施工工艺，其中的新建桥梁下部结构、型钢贝雷梁临时支撑体系安拆等与常规施工一致；绳锯、全回转拔桩工艺等较常规施工基本一致，区别在于施工空间变小、工效变低；同步顶升体系转换工艺如下：
4.2.1同步顶升体系转换
4.2.1.1 顶升设备
①主要设备控制系统：采用PLC同步顶升控制系统，由液压系统、位移数显传感器、力传感器、供油管路、千斤顶等几个部分组成，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示。通过对油缸进行特殊处理，使千斤顶独特的支撑设计可承受油缸承载能力10％的侧向负载。
②位移控制及设定：针对本桥梁情况，设计确定的相对位移限值为10mm。
③千斤顶布置：千斤顶采用YZL150-100型自锁式千斤顶，行程10cm，最大吨位150T。每个桥墩采用4个千斤顶顶升，千斤顶支撑于桥梁斜腹板处，与箱梁间设置橡胶垫。
4.2.1.2 顶升体系转换
（一）顶升体系转换流程
整个顶升体系转换过程为：同步顶升至主梁脱空——利用自锁式千斤顶支撑梁体——安装临时橡胶支座（安全备用支撑）——既有桥梁下部拆除——拔桩——新建桥梁下部结构——安装永久支座——拆除临时橡胶支座——千斤顶回落——完成体系转换。
（二）顶升
顶升装置检验合格后进行试顶加载，千斤顶必须按设计的行程同步顶升，起梁速度控制在每1mm在3min左右，同时观测梁体起顶高度和千斤顶的起顶力，实施双控。根据设计抬升吨位，按要求检查抬升系统线路是否按线路图连接好，逐个环节进行检查，确认无误后方可进行操作。
称重预压：打开电源箱，启动系统开始初步抬升，并通过油泵对千斤顶停止供油，这时应通过压力传感器传到压力表的数据来判断各个千斤顶的受力情况，根据记录的结果，通过控制器设置，调整不同的千斤顶的位移值。预顶按压力和位移双向控制，并以压力控制为主，分三个阶段。每次预顶后，对架子支承系统的沉降、变形进行检查和记录，对各个千斤顶的位置、支撑架、传力设施的固定和位置情况进行逐项检查，如有问题立刻调整，再重复上一步操作。直到支座不再受力，整个上部结构处于悬浮状态时，停止抬升，根据压力值（可通过显示器度数或根据油压值计算确定），得出梁体实际重量，再根据梁体实际重量确定顶升力。
顶升：根据称重的结果，确定准确的顶升吨位，重新确定千斤顶的个数和吨位。确定顶升力和确定支架及系统连接万无一失后，正式抬升。完成顶升前的作业后，启动油泵，通过控制器和换向阀，调整双作用千斤顶，使千斤顶再缓慢上升后。
为消除新加托换桩的变形，并检验新建承台承载力及节点连接性能，对托换体系分级施加预顶荷载，通过分析同步监测数据，动态化指导预顶力的荷载施加。托换桩支架千斤顶同步分级加载，每级加载持荷10min，预顶力达到设计值后稳压30min，并打紧钢楔，监测托换体系构件的变形及梁体裂缝发展。预顶施工完成且监测数据反映托换体系稳定后，方可抽出原有支座，并落梁至临时支座。
（三）安装临时支座
顶升完毕后，关闭千斤顶锁定阀门，安装d400×69橡胶临时支座。在安放支座前，还应对支座位置进行十字定位，保证支座更换后位置准确。
（四）回落
新的永久支座安装完成后，控制顶升系统逐渐下落，落梁控制与顶升相同。
打开千斤顶锁定阀门，同步缓慢回落梁板至安装好的支座，详细检查垫石及支座，确认压紧密贴、位置正确后，撤除顶升系统。在各部工序中，应派专人对起顶梁体等有关构件进行观察，发现任何异常，均应立即停止操作，找出原因并解决问题后方可继续操作。
永久支座安装时需考虑支座的弹性压缩，安装前再次顶升1-2mm（累计抬升量在限值内），放入永久支座，再同步回落。
图4-4：第一次体系转换前后示意图
图4-5：第二次体系转换前后示意图
5浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换特点分析
5.1 安全风险可控
浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换只需开挖施工单层托换承台，开挖深度由常规托换的6m—8m减少为3m-4m，降低不良地质条件下深基坑施工风险。且能较为彻底的处理遗留障碍桩基，不需要盾构机磨桩通过或施工竖井破桩，规避了盾构机带压开仓或竖井地下破除作业风险。
5.2 施工方便
本托换技术主要为地上及浅基坑施工，不需要复杂的基坑支护；主要的临时支撑体系构件可以制作完成后进场拼装，施工便捷，占地范围小。
5.3 节约投资
浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换不需要深基坑施工，能节省大量深基坑支护或竖井费用；尤其在类似福州地铁二号线紫五区间的高承压水软土地质、存在不可迁改障碍物，不宜实行破桩时，区间盾构选型由土压平衡盾构增强为复合土压平衡盾构机，掘进成本差距将超过千万；且本托换技术主要的临时体系构件为定型钢结构，可重复利用。
6浅基坑结构体系转换法桥梁桩基托换效益分析
以福州地铁2号线紫阳站——五里亭站区间右线桩基托换工程为例，对比浅基坑结构体系转换法桩基托换与常规桩基托换详见表6-1所示。
7结论
桩基托换工程的施工环境一般相对复杂，地质水文条件、周边管线及建构筑物、场地条件等变化多样，具有工序多、场地受限、干扰大等特点，施工时往往在安全风险、工期、成本等方面要求较高。通过福州地铁二号线紫阳站——五里亭站区间右线托换案例形成的浅基坑结构体系转换法施工技术，较好的解决了有交通要求及构筑物干扰情况下高承压水淤泥质地层托换中的各种问题，为类似工程提供了一种新的选择，具有较好的借鉴意义。
参考文献：
[1] 潘健，易建明.地铁隧道穿越桥梁桩基的托换施工技术.广东土木与建筑[J].2010（2）：48-50.
[2] 谢婉丽，张林洪等.地基处理中的托换技术及应用.昆明理工大学学报［J］.2001（2）.
论文作者:吴文亮,孙凡皓
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/21
标签：桩基论文; 千斤顶论文; 支座论文; 体系论文; 转换法论文; 桥梁论文; 基坑论文; 《基层建设》2017年第35期论文;