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摘要：本文结合重庆轨道交通十号线重庆北站南广场站下穿火车站地下广场结构中，基于地下室既有桩基埋深浅的现状，采用人工挖孔桩+钢管桩对既有桩基进行托换的施工技术，确保既有结构的稳定和安全，提高了施工效率，具有较好的社会和经济效益，对今后的类似施工具有借鉴意义。
关键词：火车站地下室；既有桩基；人工挖孔桩；钢管桩；托换
1.前言
近年来，城市建设的步伐不断加快，城市内部空间结构日趋复杂。尤其随着城市轨道交通工程的快速发展，集各种交通方式于一体的综合交通枢纽越来越成为城市交通的重要节点。这些综合交通枢纽在极大地方便人们出行的同时，其内部各种线路及洞室错综复杂的交汇与冲突，如新建隧道（洞室）与既有（地下）结构桩基础之间的冲突，愈来愈成为一项亟待解决的工程难题，向广大工程建设者提出了新的挑战。
2.施工特点
1、盖挖托换法施工过程中无需拆除既有南广场地下车库，提高了施工效率，经济效益明显，同时保证了既有南广场结构的安全，减小了对重庆北站运营的影响。
2、采用人工挖孔桩代替爆破、冲击等成孔方法，减少了有毒有害气体及噪音的产生，同时也有利于地下广场既有结构安全及周边围岩稳定性的控制。
3、托换板施工前采用临时H型钢支撑对托换板范围内的既有桩基结构进行支撑，确保了既有柱及既有结构的稳定和安全。
4、托换板钢筋安装前对托换板与既有桩基及钢管砼柱节点进行处理，使托换板与既有桩基及钢管砼柱形成整体传力基础，从而确保后续开挖的安全。
3.工艺原理
采用被动托换机理，先施工立柱基础人工挖孔灌注桩及钢管砼柱围护桩，其次施工临时H型钢支撑对地下车库既有桩基础进行加固，最后施工托换板。待托换结构形成整体承力基础后，逐层开挖托换板下方基坑。同时逐根拆除托换板下既有桩基础，将既有地下车库的荷载从既有桩基础转移到“立柱基础人工挖孔灌注桩及钢管砼柱围护桩+临时H型钢支撑+托换板”组成的整体承力结构并传至基础持力层。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1施工工艺流程
图1 施工工艺流程
4.2操作要点
4.2.1托换桩施工
托换桩（围护桩）采用Φ1200mm、Φ1500mm的人工挖孔灌注桩，嵌固深度4m或5m，中立柱桩基采用Φ2000mm人工挖孔灌注桩，结构范围内为Φ900mm的钢管砼柱。
（1）立柱基础人工挖孔灌注桩施工
考虑到附近安全、入岩深度、施工速度等因素影响，决定排除爆破、冲击等成孔方法。根据以往施工经验，结合实际地层、地下水等情况，确定采用水磨钻人工挖孔、钢筋砼护壁结合卷扬机出碴成孔。
1）锁口平台
根据设计图纸准确放出托换桩桩位中心。开挖前按桩中心向四周引出桩心护桩，护桩应埋设在不易破坏且不影响施工的位置，并在周围用混凝土加以保护。
2）提升支架
井台施工完成后，在每个井台上搭设钢管支架，定型井架上安装卷扬机组成提升系统。桩孔开挖出的土石方等弃碴装入吊桶，用电动卷扬机提升至地面，倒入手推车运到临时存碴场，集中统一运到弃土场。
3）桩孔开挖
水磨钻开挖法是采用水磨钻结合风镐破碎开挖，分节进行。每节施工深度为0.6m。施工时以每节作为一个施工循环，强风化、中风化岩层每节施工深度为0.5-0.6m。
4）钢筋笼制作与安装
钢筋笼按设计图纸在钢筋平台上加工制作，采用孔外分段焊接，运至孔口后再吊装连接。
5）混凝土灌注
浇筑前先将孔底杂物及积水清理干净，若地下水位较低或孔内渗水较少时，采用干桩浇筑法进行施工，当渗水量大于1m3/h时，采用导管水下灌注砼法，砼坍落度控制在18～22cm.混凝土由商砼搅拌站提供，搅拌运输车运送至现场，采用自溜或泵送浇筑。
（2）钢管砼柱施工
钢管柱根据施工图纸以及相关成熟的施工工艺，采用二点定位方法安装。安装顺序为：测量定位桩孔中心→凿除桩顶超灌部分混凝土→安装定位器→钢管柱安装→吊放钢管柱内钢筋笼→灌注钢管柱内混凝土→回填钢管柱外侧细砂并用水密实。
1）钢管柱加工
钢管柱的加工按照《钢管结构工程施工及验收规程》，委托有资质的专业厂家加工。加工过程中定期到厂检查加工质量，必要时派人员驻厂监造。钢管柱加工完出厂前，指派有关人员到厂验收钢管柱加工质量，验收内容包括钢管柱的材质、物理力学性能指标、直径、构件长度、管口圆度、垂直度、弯曲矢高等项目。钢管柱的加工质量应符合设计及规范要求，验收结果记录在加工验收表格中，合格者预以验收确认并准予出厂；不合格者予以标记并拒绝接收。验收过程在出厂前进行，以防止不合格品进入工地而影响施工生产的顺利进行。
2）定位器
①浮浆及桩头凿除
底部桩基砼达到设计强度50%后，采用人工加风镐下孔凿除桩基顶面砼。
②定位器安装
待水泥砂浆强度达到50%后，安装钢管柱定位器。定位器采用吊车吊入桩孔内，将钢管柱的中心垂直投影到孔下定位器的中心上，使二者中心重合，然后用精密钢尺和精密水准仪对钢管柱定位器进行高程定位。
③钢管柱安装定位
钢管柱加工时在柱顶对称焊接一对吊耳，同时在吊耳侧加焊肋板，以确保柱体处于最不利位置时，吊耳不发生侧翻破坏现象。定位器固定后，分段将钢管柱吊装入孔。管柱上口进行定位后，根据已放出的桩位中心，用槽钢将钢管柱固定在工作平台上，并止钢管柱偏位。
④钢管柱砼灌注
钢管柱内砼采用C50微膨胀剂商品砼，坍落度控制在15cm～18cm。灌注过程中每大于0.7m3抛落灌注一次，用小型振捣器对称振捣钢管内砼。钢管内砼灌注必须连续进行，为避免开挖时挖机碰撞钢管柱，在柱内砼灌注之后，在钢护筒与钢管之间回填细砂，回填细砂应对称均匀施工，并加水使其密实。
4.2.2既有桩基临时支撑
托换板范围内共有13根既有结构桩基础，施工过程需对既有桩进行临时H型钢支撑加固，以确保既有柱及既有结构的稳定性和安全性。在原地面开挖完成后及时对既有桩基结构柱进行临时H型钢支撑加固，加固完成后对既有桩基基础进行加固处理。
图2 既有桩基平面图
（1）临时立柱和临时横梁上部短柱采用HW300×300×10×15（mm）规格宽翼缘H型钢：临时立柱基础嵌入基岩长度不得小于500mm；短柱长度小于2m，其两端节点板做法同临时立柱节点板做法一致。临时横梁上部短柱仅在临时横梁不能直接支撑既有结构主梁的情况下设置。
（2）Φ800型钢既有桩基处的临时横梁为HN700×300×13×24（mm）规格窄翼缘H型钢，临时立柱间距L<2500mm；其他既有柱处的临时横梁采用HN700×300×13×24（mm）规格窄翼缘H型钢，临时立柱间距L<3000mm。既有结构主梁应布置于临时横梁跨中位置。
（3）根据既有结构柱上的主梁数量架设临时支撑体系，及时可靠连接相邻临时立柱，以形成整体，确保施工安全。既有结构主梁应布置于临时横梁跨中部位置，临时横梁应与既有结构主梁底面顶紧。施工时不得破坏既有结构，在靠近既有桩基施工时应减小对基础的扰动。
图3 既有结构临时支撑示意 图4 既有桩临时立柱安装效果
4.2.3节点处理
（1）托换板与既有桩基节点处理
临时H型钢支撑安装完毕后，须对既有桩基基础进行加固处理。加固措施完善后进行节点既有基础部分混凝土凿除及钢筋加固处理。
1）凿除既有桩基础部分混凝土，既有钢筋保留。WZ1-WZ4型桩基凿除30cm宽混凝土，WZ5型桩基凿除45cm宽混凝土。在桩基两侧已凿除混凝土位置分别设置4根φ50吊筋。
2）托板短边方向板底纵筋由保留桩体两侧绕行通过，长边方向底板部分纵筋由保留桩体钻孔通过（钻孔直径Φ35mm）。
3）既有桩基、地梁表面须凿成凹凸差不小于10mm的粗糙面，并清理原有混凝土缺陷至密实部位，同时除去浮碴和尘土。
4）浇注混凝土前，将原混凝土表面冲洗干净保持湿润，并用水泥浆等界面剂进行处理。
图5 既有桩基节点做法立面图 图6 既有桩基节点做法平面图
图7 既有桩基节点处理
（2）托换板与钢管柱节点处理
车站托板节点施工方法及技术措施为：
1）钢管柱施作时预留桩顶钢筋，预留钢筋伸入到托板中，托板与钢管柱通过设置的预留钢筋连接成一个整体。
2）托板钢筋在节点处设置Φ28@150mm的附加筋，顶板施工时，清洗及凿毛桩顶和预留钢筋并保护好该预留钢筋。
3）节点处混凝土同托板混凝土一同灌注，并用插入式捣固器加强捣固，确保节点处混凝土质量。
4.2.4托换板施工
（1）托板概况
托换结构托换板厚1.5m，分两段施工，分段长度控制在20 m内，太长对混凝土的防裂抗渗不利，太短则施工缝设置过多。施工缝设置在梁跨的1/3~1/4处，并避开结构预留孔洞位置。
（2）钢筋绑扎
钢筋直径Φ22mm以上采用滚压直螺纹套筒连接，其它板墙直径小于Φ22mm的钢筋采用绑扎搭接或焊接。绑扎顺序依次为：矮墙侧墙钢筋→板底层钢筋→板顶层钢筋。绑扎过程中，根据图纸布设各种预埋管路、预埋铁件及预留孔洞，并对其位置进行复测，以确保定位准确。而后采取焊接、支撑、加固等有效措施将其牢固定位，以防其在混凝土浇筑过程中变形移位。
（3）模板及临时支撑拆除
混凝土板浇筑完毕一周后，便可拆除模板；结构达到强度后方可拆除临时支撑，防止既有桩基出现较大变形。
5.安全质量控制要点
5.1托换桩质量控制要点
（1）测量放样坚持自检、互检的“测量双检制”，保证偏差在规范允许范围内。
论文作者:凡彬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/10
标签：桩基论文; 钢管论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 结构论文; 节点论文; 立柱论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;