摘要：文章以重庆轨道环线谢家湾站～奥体中心站明挖区间下穿谢家湾立交为例，介绍立交桥侵限桩基托换与区间主体结构合建的总体方案和关键施工技术，为今后类似工程的设计、施工提供参考。
关键词：高架桥；桩基托换；地铁结构；合建施工
1 工程概况
1.1 区间概况
重庆轨道环线谢家湾站～奥体中心站区间（以下简称：谢奥区间）明挖工程（谢家湾端）下穿谢家湾立交沿龙腾大道呈东西向布置。区间里程ZDK41+508.096～ZDK41+705.000，长196.904m（以左线计）。区间出谢家湾车站后先后下穿谢家湾立交C、D匝道、长江路、A匝道。
谢奥区间明挖工程（谢家湾端）为左右线分离式明挖区间，采用桩撑支护的围护结构形式。左线基坑标准宽度6.22m，右线基坑标准宽度6.08m，结构顶埋深0.5-2m。
1.2 侵限桥桩与明挖区间位置关系
谢家湾立交原C匝道（高架匝道）0C-2#桥墩基础底标高254.00，盖梁底标高262.166，桥墩高度8.166m，墩身直径1.2m。该桥墩于里程ZDK41+567.465侵入区间左线明挖基坑，侵入宽度0.38m，侵入高度4.67m。因桥墩下部采用尺寸3.5×3.5×0.6m扩大基础，位置刚好位于明挖区间中部，需托换改造后方可施工明挖区间。侵限桥桩与明挖区间平面位置关系详见图1、图2：
图1 侵限桥桩与明挖区间左线平面图
图2 侵限桥桩与明挖区间左线剖面图
2 侵限桥墩托换总体方案
根据运用情况及核心机理技术的不同，桩基托换主要分为主动托换及被动托换两种[1-2]。谢奥区间桩基托换采用被动托换桥墩的方式，通过对既有桥墩表面设置企口（凹凸槽）、植筋及界面处理的方式将托换梁和既有桥墩浇筑成为一个整体，上部荷载经过托换梁传递至新施工的托换桩，达到整个体系转换的目的[3-4]；后期凿除0C-2#桥墩托换梁以下部分混凝土，预留原桥墩纵筋与轨道主体结构连接后共同浇筑；最后拆除托换桩、托换梁，实现侵限桥桩与地铁主体结构合建。桩基托换系统及相关参数详见图3、图4及表1。
桥梁桩基侵限段（ZDK41+566.215～ZDK41+568.715）基坑大里程方向右侧加宽1.623m，加宽段长度2.5m，此处侧墙厚度由0.6m变为2.23m，结构顶板厚度由0.6m变为0.7m。托换后侵限桥墩通过预留钢筋与明挖区间主体合建，桥墩中轴线刚好位于侧墙加宽段中部。
图3 桩基托换系统立面图
图4 桥桩托换系统示意图
表1 侵限桥桩托换门架系统相关参数
3 桩基托换施工技术
3.1 工艺流程
本工程主要施工步骤为：托换桩、钢管桩施工→被托换桥墩截面处理、植筋→圈梁、托换梁施工→对托换梁施加预应力及管道真空压浆→开挖地铁区间基坑→截断被托换桥墩→施作地铁区间主体结构并连接被托换桥墩→基坑回填→拆除临时托换桩、托换梁→预留洞口主体结构施工→预留洞口处基坑回填。
3.2 钢管桩、托换桩施工
原明挖区间采用φ1000@2000mm的混凝土灌注桩作为基坑支护形式，因受侵限桥桩扩大基础影响（围护桩与0C-1#、0C-2#扩大基础平面位置冲突），区间左线ZDK41+566.215～ZDK41+568.715段基坑右侧扩挖段混凝土灌注桩改为φ300mm，t=12mm钢管桩，桩底嵌入基坑底以下2m，桩顶设置1000mm（1200mm）×800mm冠梁。钢管桩采用履带式潜孔钻成孔，钻杆及扶臂自立高度不超过3.5m，因表土下部为较硬岩（砂岩）且钢管桩直径较大，现场采用取芯成孔，采用C35混凝土灌注。
1#、2#托换桩采用人工挖孔施工，护壁厚度0.2m，强度等级C20。托换桩直径1.2m，混凝土强度为C35，主筋保护层厚度70mm。因2#托换桩位于明挖区间基坑内部（该部分明挖区间已开挖至设计基底），该桩实际挖孔深度3m，钢筋笼预制后吊装入孔。1#托换桩位于基坑外部，实际挖孔深度约12m，因空间高度限制，钢筋笼采用分节安装，同一连接区段内纵向受拉钢筋接头面积百分率不大于50%。水下C35混凝土采用导管进行浇筑，导管底埋入混凝土面一般2-6米。导管随着混凝土面的提升而升高，混凝土浇筑高度需超过桩顶50cm，后期凿除。钢管桩、1#、2#托换桩平面位置详见图5。
图5 钢管桩、托换桩平面位置图
3.3 原桥墩连接部位及托换梁施工
原桥桩于托换梁（圈梁）高度范围（258.923～261.923，3m）内需进行刻槽、植筋及界面处理，这是整个托换系统最为关键工序。
原桥桩连接部位企口设置：对既有桥桩连接部位进行凿毛，在既有桩身上部刻槽，刻槽宽度20cm，槽带上下中心距为40cm，刻槽深度为3.5cm，实际施工过程中以主筋露筋为深度控制原则。施工前，利用墨线将槽带在连接部位一圈一圈进行标记，后利用石材切割机根据墨线位置对桩身环向进行切割，切割前用电镐对既有桩钢筋保护层混凝土进行局部凿除，确定切割深度，避免伤及原桥墩主筋。
槽带植筋：既有桥桩植筋位于槽带中部，环向每个单元植筋8根，均匀布置，竖向间距40cm，各排植筋之间呈梅花形错开。6环共计48根。植筋采用HRB400φ25钢筋，植筋深度560mm，钢筋外露长度560mm，植筋钻孔直径28mm。植筋胶采用改性环氧类A级胶。连接部植筋详见图6。
界面处理：刻槽、植筋工序完成后采用高压风、高压水对既有桩连接部位清理干净。托换梁立侧模前对墩身连接部涂刷环氧树脂砂浆。
圈梁、托换梁施工：植筋完成后，于既有桥桩连接部位高度范围内施工圈梁、托换梁。圈梁直径2.6m，高度3m，包裹住既有桥桩；托换梁尺寸为7.1m×2.6m×2m（长×宽×高），采用现浇后张法进行施工，包裹住圈梁及既有桥桩，底标高同圈梁底标高。圈梁、托换梁采用C40混凝土同时浇筑。
图6 植筋平、立大样图
3.4 截桩施工
待上部托换梁结构混凝土达到设计强度后方可进行截桩施工。截桩起点位于托换梁下部50cm处，先采用切割机对桩身进行环切，该标高以下既有墩身及扩大基础均进行凿除，凿桩施工遵循由外向内，层层剥离的原则，避免伤及主筋，将墩身凿除后再断桥墩主筋。施工过程中需保留截桩位置以下50cm长度墩身主筋，后期与明挖区间主体结构整体浇筑到一起。
3.5 接桩施工
既有桥桩托换后桥墩置于地铁明挖区间结构顶板上，实现与地铁结构合建。因此，明挖区间主体结构侧墙混凝土浇筑前，需在既有桥桩（侵限桩）平面投影位置提前竖向预埋与桥桩主筋型号、数量相同的钢筋，预埋深度1.1m，顶板以上长度超过原桥墩主筋预留高度并满足规范要求的焊接长度。
接桩同明挖区间主体结构一同浇筑，混凝土等级为C40、P8。接桩混凝土浇筑时，提前与搅拌站联系，采用相同等级的微膨胀混凝土，混凝土浇筑完成面需高于截桩面，确保截桩位置新旧混凝土结合密实。接桩施工详见图7、图8。
图7 接桩位置示意图
图8 接桩施工大样图
3.6 托换梁及基坑内托换桩拆除施工
待接桩部位混凝土达到设计强度后方可进行托换梁、托换桩拆除施工。既有桥桩原直径为1.2m，考虑到后期既有桥桩耐久性，托换梁拆除时桥墩连接部需保留10cm混凝土厚度，该部分墩身直径后期实际为1.4m。现场使用绳锯对托换梁进行分段切割吊出。
3.7 预留孔洞及防水施工
因2#托换桩位于明挖区间主体结构范围内，对区间主体结构施工产生了一定的影响，主体结构浇筑时在托换桩位置预留临时孔洞，待托换结构拆除之后，采用与主体结构同标号混凝土对孔洞进行单独浇筑。
1）预留孔洞：主体结构底板、顶板预留孔洞尺寸为1.6m×1.6m，孔洞中心与立柱桩中心位置重合，周边施工缝设置企口，确保后浇孔洞耐久性。
2）孔洞周边钢筋及防水预留：孔底防水卷材预留宽度超过孔洞边0.1m（搭接长度）。钢筋预留长度严格按照相关规范执行。板混凝土施工缝处提前预埋中埋式钢边橡胶止水带。
3）孔洞后期混凝土浇筑：采用C40、P8微膨胀混凝土对孔洞进行封堵，顶板防水后期与其它部位同时施工。
4 施工注意事项
1）植筋施工：墩身连接部环向每单元植筋施工时，隔一植一，每根钻孔、清孔完成后立即进行植筋，严禁每单元钻孔完成后再进行植筋，避免既有墩身同一水平面产生较多的临空面，破坏墩身结构。
2）托换梁大体积混凝土浇筑时严格控制入模温度≤30℃。混凝土表面温度与大气温度差值不得大于20℃，且混凝土中心温度与表面温度差值不大于25℃。对托换梁预埋预应力波纹管两端临时封堵（预留进出水口），利用软管梁对梁体进行临时灌水降温。
3）截桩施工需保证截桩面平整，与墩身中轴线尽量垂直，禁止截桩面整体呈凹凸形状，不利于后期接桩施工，出现接桩空洞或改变截桩面受力情况，影响桥墩耐久性[1]。
4）施工前对既有建构筑物表观环境进行调查，特别是结构表面既有裂缝的观察及记录[1]。
5 监控量测
谢奥区间桩基托换系统监测包含既有桥梁变形监测、托换体系变形监测。监测项目为既有桥墩墩顶水平、竖向位移，盖梁水平、竖向位移，支座上方桥面及盖梁裂缝调查；托换体系托换桩、托换梁水平及竖向位移监测。既有桥桩、盖梁、托换桩及托换梁最大累计变形控制值为2mm，警戒值为1.6mm，因整体变形控制量较小，且监测精度要求较高，不设单日变形控制值及警戒值。
桩基托换系统施工前，在既有桥梁结构上提前预埋电子位移计。当监测值大于上述警戒值时，应立即停止现场施工，及时对既有桥梁进行支撑加固。
谢奥区间桩基托换系统施工期间监控量测结果如下：
表9 托换系统监测量测
“-”水平方向表示向基坑内侧偏移，竖向表示下降。
在既有桥桩托换及与地铁结构合建施工期间，立交匝道桥墩及盖梁累计变形控制在设计警戒值之内，既有建筑结构表面无裂缝产生。
6 结束语
本工程桩基托换施工是在不中断高架匝道行车条件下进行，最后与地铁环线实现结构共建，不仅保证了地铁建设的顺利进行，也确保了城市高架立交的安全和正常运行。
参考文献：
[1]潘健，易介明.地铁隧道穿越桥梁桩基的托换施工技术[J].广东土木与建筑，2010（2）：48.
[2]张燕霞，郑七振等.地铁隧道穿越桥梁桩基的托换施工技术[J].工程施工技术，2009（12）.
[3]祝春生.明挖隧道下穿既有桥梁桩基托换施工技术[J].铁道建筑技术，2013（7）：79.
[4]王文涛，张超，陈寿根.深圳地铁7号线彩虹桥桩基托换施工技术[J].四川建筑，2017，37（5）：99.
作者简介：
姓名：潘磊 职务：项目常务副经理 职称：工程师 项目部：中铁二十四局集团重庆轨道环线二期土建四标项目经理部
论文作者:潘磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/24
标签：桥桩论文; 桥墩论文; 区间论文; 混凝土论文; 桩基论文; 结构论文; 基坑论文; 《基层建设》2019年第7期论文;