地铁地下桩基托换施工技术Word文件下载.docx
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YDK14+851.040
5
31#
20.898
ZDK14+840.670
中心左0.93m
6
39#
21.637
ZDK14+850.490
1.3工程特点、重点、难点
1.3.1特点一
工程处于广州市繁华地带，人口密集，寺右新马路车流量较大，由于地面条件的限制，而采用了地下暗挖隧洞进行桩基托换方法，这在广州地铁尚属首次。
1.3.2特点二
地面情况复杂，周围高楼密集，车流、人流动荷载给桩基托换施工带来影响。
1.3.3重点、难点一
过街楼下的绿岛供水加压站水池正处于4#、5#、6#托换支洞上方，托换隧洞的开挖对加压站水池基础的扰动、沉降必须严格控制在允许范围内。
施工监测频率及操作精度要求高。
这即是本工程的重点也是难点。
托换支洞开挖减少了原桩的摩阻力，如何在开挖托换隧洞过程中尽量减少扰动及确保即有建筑物的稳定和安全，是本工程的另一个难点。
1.3.4重点、难点二
施工项目多且复杂，各工序之间的衔接和安排必须科学合理。
受力转换施工是桩基托换体系成功实施的关键，即是本工程重点及难点。
2.工程水文地质
2.1地层特性
区间隧道穿越的地层总体上为二元类型，即上部为新生界冲～洪积和风化残积地层，下部为白垩系陆相沉积的以红色为主的泥岩、粉砂岩、含砾砂岩和砾岩等组成的基岩层。
根据广州地铁沿线岩土分层系统及沿线岩土层的成因类型、性质、风化状态等，将沿线岩土层划分为九大层，地层性状描述见表1《地层特性表》，各地层物理参数见表2《地层物理参数表》。
表1地层特性表
地层
编号
时代
成因
类别
厚度
地层性状描述
<
1>
Q4ml
人工填土
平均
2.58m
全部为杂填土，厚度变化较大，呈黄褐、灰黄等色，结构松散~稍压实，由碎石、砼块、砖块、砂土、粘性土组成，硬质物含量较高。
2-1A>
Q4mc
淤泥层
2.40m
深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，局部含少量粉砂，为海陆交互相沉积成因。
本层强度低，压缩性高。
2-1B>
淤泥质土
深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，含少量粉砂或薄层粉砂，为海陆交互相沉积成因。
2-2>
淤泥质砂
1.60m
深灰~灰黑色，呈饱和，流塑状态，以粘粒为主组成，含较多粉砂或夹薄层粉砂，含腐植物，以透镜体状分布，为海陆交互相沉积成因。
3-1>
Q4+3al+pl
粉细砂
2.80m
灰白、灰黄等色，饱和，呈松散~稍密状，局部中密状，主要为粉细砂，局部含中砂较多，含少量粘粒，局部含较多粘粒。
多呈尖灭状或透镜体分布。
3-2>
中粗砂层
3.950m
灰白、灰黄色，呈饱和，松散~稍密状，局部中密状，主要为中粗砂，含少量粘粒，局部含粉细砂。
7
4-1>
Q3al+pl
冲洪积
粘性土
2.65m
灰黄、灰白、黄红等色，以冲洪积作用而形成的粉质粘土和粘土为主，局部为粉土或含粉细砂，呈可塑状态（局部硬塑～坚硬状）。
本层强度较低，压缩性中偏高。
8
4-2>
Q3al
2.35m
深灰~灰黑色，饱和，呈流塑状态，以粘粒为主，含少量腐植质及粉细砂。
河湖相沉积成因，强度低压缩性高。
9
5-1>
Qel
可塑
粉质
粘土
4.68m
紫红、褐红或棕红色，由红色陆相沉积岩（泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等）风化残积形成，以粘粒为主，呈湿，可塑状。
本层强度中等，压缩性中等偏高。
10
5-2>
硬塑
粉质粘土
4.43m
暗紫红色、褐红色，主要由粉质粘土组成，局部为粘土，含少量风化残留岩石碎屑，呈湿，硬塑～坚硬状态。
本层强度较高，压缩性较低。
11
6>
K
岩石
全风化带
5.75m
由紫红、红褐、棕色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成，原岩已风化成土状，岩石组织结构已基本破坏，但尚可辩认，局部夹强风化岩块，岩芯呈密实土状或坚硬状，可挖性方面属于土层。
12
7>
强风化带
5.10m
主要由紫红色、棕红色的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等组成，泥质和粉砂质结构为主，泥、钙质胶结，岩石组织结构已大部分破坏，但尚可清晰辩认，矿物成分已显著变化，岩石风化裂隙发育，岩芯呈半岩半土状、碎块状或片状。
13
8>
中风化带
8.30m
主要由红褐色泥质粉砂岩和砾岩组成，粉粒结构为主，泥、钙质胶结，中厚层状构造，岩石组织结构部分破坏，矿物成份发生变化，风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状或柱状，岩质稍硬。
本层强度较高，压缩性低。
14
9>
微风化带
主要由红褐色泥质粉砂岩，局部为砾岩组成，粉粒结构为主，泥、钙质胶结，中厚层状构造，岩石组织结构及矿物成份基本未变，有少量风化裂隙，岩芯呈柱状，岩质较硬～硬。
表2地层物理参数表
岩
土
分
层
岩土名称
时
代
与
成
因
天
然
密
度
含
水
量
孔
隙
比
剪切试验
压
缩
系
数
模
变
形
抗
强
直接快剪
固结快剪
粘
聚
力
内摩
擦角
ρ
w
e
c
Φ
a0.1~0.2
Es1-2
E
qu
（g/cm3）
（%）
（kPa）
（°
）
（MPa-1）
（MPa）
冲洪积粉细砂
1.90
26.7
0.78
25
27
0.365
5.04
18
冲洪积中粗砂
26.4
0.81
26
29
0.37
5.26
20
冲洪积土层
1.98
25.4
0.70
21
23
22
0.38
4.90
15
淤泥质土层
1.70
40.0
1.06
0.83
2.53
可塑状残积土
Q3el
1.97
28.4
0.77
24
0.32
5.40
硬塑状残积土
2.00
26.2
28
0.22
7.60
38
全风化红层
21.5
0.62
33
30
0.16
10.50
70
强风化红层
2.10
19.7
0.57
55
0.13
12.00
150
1.0
中风化红层
2.40
450
7000
8.7
微风化红层
2.64
800
8000
17
残积土层和岩石全风化带在成因上属于岩石，但在物理力学性质指标方面具有土的特性，室内试验结果也是按土层提供，从可挖性方面考虑，它们与岩石强风化带有明显的差别。
为了工程实施的便利，将岩土分层<
～<
层划分为岩层，将岩土分层<
划分为土层。
即在垂直方向上白垩系岩石强风化带的上界为岩土分界线。
2.2水文地质条件
2.2.1地下水位
地下水位的变化受地形、地貌、地层岩性、地下水的补给来源等因素控制，与地下水的赋存条件、补给、径流及排泄等条件关系密切。
本区间内地下水水位埋深1.0~2.5m总体变化较小。
大气降水和地表水体（珠江、河涌）是主要补给源，地下水位受季节影响明显。
2.2.2地下水类型
地下水类型主要有以下四种：
2.2.2.1上层滞水
主要在上部的杂填土层中，富水性一般，总的储量不大。
2.2.2.2孔隙潜水或微承压水
主要分布在第四系地层中的松散砂层中，为主要含水层，透水性强，直接或间接受大气降水补给，并受地表水体的渗透补给，因此水位不仅与季节性降雨量有关，还受河涌潮汐动态水的影响。
2.2.2.3基岩裂隙水
主要分布在第四系地层之下的白垩系陆相沉积的破碎的基岩裂隙中，水量的大小受基岩的裂隙发育程度及裂隙的连通性制约及与裂隙水的补给有关。
2.2.3地下水补给
第四系砂层是典型的强透水层，直接或间接的大气降水补给，同时受附近河涌或其他地表水体的渗透补给。
基岩裂隙水的补给主要是上覆第四系地层的渗透补给和连通性裂隙的侧向补给，。
各类土层的渗透系数具体见表3《地层渗透系数表》。
表3地层渗透系数表
岩土名
人工填土层
淤泥层
淤泥质砂层
粉细砂层
冲洪积粘性土
土层
（m/d）
0.1
3.5～5.0
8.0～13.6
可塑粉质粘土
硬塑粉质粘土
全风化岩层
强风化岩层
中风化岩层
微风化岩层
0.2
0.6～0.8
0.4～0.5
0.1～0.3
托换隧洞底部地层主要为<
、<
层。
托换支洞及作业导洞主要穿越地层为<
区间隧道在该地段埋深约20m，托换桩及隧道主要穿越<
3.桩基托换综合施工技术
3.1施工程序
桩基托换施工程序见图4《桩基托换施工工艺流程框图》。
3.2竖井、托换隧洞施工
3.2.1竖井施工
施工顺序为自上而下，分三步进行：
探坑开挖、锁口梁施工和井身施工。
根据竖井工程的特点，工程量及地质情况，经比较确定施工方法为：
人工挖探坑，探明具体地下管线，如有地下管线，先对管线进行改移或调整竖井位置。
竖井位置确定后即可进行锁口梁施工，锁口梁施工完成后安装井架；
井身土方采用人工开挖，石方采用浅眼松动控制爆破，井架电葫芦出碴；
井身支护采用钢架，喷射混凝土，开挖支护循环作业，循环进尺控制在0.5m以内随挖随支护,循序渐进，直到井底。
3.2.2托换主洞与支洞施工
3.2.2.1马头门施工
竖井施工完成后，即进行托换主洞马头门施工。
首先，沿主洞顶部轮廓外侧打φ42小导管，长3.0m，环向间距30cm，仰角100，进行注浆。
注浆完成后，沿主洞轮廓线掏槽，安放马头门格栅钢架，然后破除洞口处格栅进洞，进洞后正常施工。
见图5《托换主洞马头门处施工示意图》。
注意事项：
a、马头门格栅钢架与竖井格栅钢架焊接牢固；
b、洞口处2m范围内密排钢架进行洞口加固；
c、洞口处不得进行爆破施工，采用人工开挖，保持洞口地层的完整与稳定。
图4桩基托换施工工艺流程框图
图5托换主洞马头门施工示意图
3.2.2主洞施工
主洞采用超前小导管预支护，全断面开挖，预留核心土。
尽量采用人工开挖，每循环进尺0.5m。
出渣采用手推车运至竖井，电葫芦提升出井。
在开挖过程中如遇坚硬岩层需要爆破时，爆破布孔见图6：
图6主洞钻爆设计图
图7主洞全断面开挖示意图
3.2.3托换支洞施工
托换支洞洞口处施工与马头门施工相同，但支洞施工时，横通道需超前施工3～4m，掌子面封闭。
进洞后支洞施工与横通道相同，全断面开挖，格栅钢架及喷锚支护。
3.2.4注意事项
3.2.4.1竖井及托换隧洞施工前，应布置好175#建筑物及绿岛加压站的沉降监测点。
3.2.4.2托换隧洞开挖过程中应缓慢开挖并进行桩位复测以明确原桩与托换隧洞的位置关系，不得破坏原桩。
3.2.4.3托换隧洞开挖应坚持“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤测量”的原则，尽可能减少托换隧洞施工对原桩及地面建筑物沉降的影响。
3.2.4.4施工中应采取信息化施工，加强监控量测，及时向设计反馈监测信息，以便及时调整设计参数。
3.2.4.5托换支洞应间隔开挖，减少施工过程中对相邻支洞土体及原桩的扰动和影响。
托换梁下截桩作业空间的开挖应在预顶完成后进行。
3.3托换体系
见图8托换体系示意图。
图8托换体系示意图
3.3.1人工挖孔桩（托换桩）、托换承台
托换桩采用人工挖孔桩，桩芯为Φ1500、C25S10钢筋砼，护壁采用C20钢筋砼，厚70～140mm，桩净长约8m。
桩端支承层为<
微风化岩，嵌入微风化岩≥1.0m并且超过隧道底≥1.0m。
人工挖孔桩主要施工程序为：
测量放线、土石方开挖、修筑钢筋砼护壁、终孔验收、钢筋笼制作与吊放、
灌注桩身砼、桩基检测。
托换承台断面尺寸为2400×
2500㎜，承台CT8、CT11高为1500㎜，其余为1200㎜。
首先按设计图纸及规范要求绑扎钢筋，支立模板、安装预埋件后浇筑C35砼。
每个托换承台顶上预埋两块500mm×
500mm×
20mm钢板，预埋钢板安装时必须定位准确。
人工挖孔桩和托换承台施工见图9、图10，承台详图见图11《托换承台与托换梁关系示意图》。
3.3.2托换梁
3.3.2.1托换梁与原桩之间的节点、界面处理及衔接
托换梁与原桩接头为桩基托换工程中的关键部位，根据设计图纸，在原桩和托换梁结合处的混凝土界面采用植筋和凿毛处理。
见图12《原桩与托换梁连接示意图》。
图11托换承台与托换梁关系示意图
图12原桩与托换梁连接示意图
a.界面凿毛：
在原桩上进行放样划线，定出凿毛位置，将原桩混凝土表面凿成凹凸不平状，凹深10～20mm。
凿毛后用水将桩体清洗干净。
在托换梁砼浇筑前四小时内刷一层环氧树脂乳液水泥浆作界面处理，以增强托换梁体与原桩之间的接合及握裹效果。
若凿毛时发现裂缝等异常情况则立即采取临时安全加固措施，并及时反馈信息给设计单位。
b.植筋：
植筋工艺流程见图13。
图13植筋流程框图
① 在原桩上放样定位，标示钻孔位置；
② 采用电动冲击钻进行钻孔，孔径为Ø
26，孔深200mm，钻孔必须间隔钻孔，钻孔时若碰到原桩钢筋则立即停止钻进,移动孔位后再钻；
③ 植筋施工前，应对钢筋表面进行处理，清除锈渍污泥；
④ 钢筋应作好标记，确保植入深度；
⑤ 用高压风清孔，用环氧水清洗孔壁。
将已钻好的孔再清洗二次，用水清刷干净，确保孔壁具有良好的粘者力；
⑥ 用注胶枪从孔底部慢慢注入化学锚固剂，锚固剂为VMPT系列高效锚固灰浆，该锚固剂具有非膨胀性、无毒、快速高效等特点，主要是利用粘着和锁键原理产生握持力。
注胶量不少于孔深的3/4；
化学锚固剂必须严格按配比在锚筋前试配，合格后方可配制使用，其抗压强度应不低于30MPa，粘结剪切强度不低于3.5MPa；
⑦ 将钢筋垂直准确无误地徐徐旋入孔内，使钢筋与化学锚固剂接触完全饱满，不得有空隙和气泡。
植筋顺序也是间隔植入，每一批植筋在桩的任一水平截面内不应超过两孔，且待前一批植筋胶合剂凝固之后方可施工下一批，循环至锚固完所有锚筋。
在锚固剂凝固之前不得扰动锚筋，施工后检查每孔植筋是否有松动情况，若有则补做。
原桩凿毛和植筋图见图14。
3.3.2.2托换梁施工
托换梁施工顺序为：
施作C25S6防水砼垫层、绑扎钢筋，支立模板，浇筑C35S8混凝土。
施工
时对托换梁端头预顶部位严格控制加强钢筋网的位置，且梁底纵向受拉钢筋较多，要进行分层浇筑，确保砼振捣质量。
浇筑砼时，在托换梁底预留6分导管及对应托换承台连接的预留钢筋。
由于托换隧洞最后需要进行回填，因此托换梁砼达到28天龄期后，需要涂抹2.5mm厚非焦油聚氨脂防水涂料进行保护。
由于是地下托换，施工作业空间有限，各道工序相互之间影响较大，必须合理配置人员、机具等。
托换梁施工见图15，托换支洞与托换梁平面关系见图16。
图16托换支洞与托换梁平面图
3.3.3受力转换
采用主动托换法施工，即采用托换梁结合托换新桩的方式，托换梁与人工挖孔桩各自独立施工操作，待桩基托换受力转换后再组成刚性整体结构。
当人工挖孔桩、托换承台及梁混凝土达到设计强度时才能进行受力转换施工。
受力转换时，在托换梁与托换承台之间设置千斤顶加载，使上部结构的荷载转移到托换承台及挖孔桩上，同时使新桩的大部分位移通过千斤顶顶升的预压来抵消，从而通过主动加载实现挖孔桩替代原桩受力。
3.3.3.1安装千斤顶及可调自锁装置
a.自锁顶升千斤顶的安装：
在每根桩托换承台的预埋钢板上布置2个带自锁装置的YSD5000kN千斤顶。
千斤顶高度不足时，可采用钢板垫块垫高，要求钢垫块确保足够的强度和刚度及平整度，承受荷载时有足够的稳定性。
b.钢管垫块安全装置的安装：
可调自锁千斤顶预顶到位时，及时安装钢管垫块安全装置并用楔型钢板打紧。
安装时采用对称布置与千斤顶形成交错布置，每个托换承台共布置3个，一侧放一个，另一侧放置两个，呈三角对称。
见图17所示。
三重钢管垫块安全装置实物图见图18。
钢管垫块安全装置的安装是主动托换施工中相当关键的一项步骤，也是主动托换实施中控制上部结构变形与新桩预压所产生沉降的保证。
施工工艺要求其结构形式必须满足预顶过程中具有可调性和稳定性；
并且要求在顶升结束、千斤顶卸荷后，使新桩与托换梁之间能形成整体，且能承受原千斤顶全部的顶力并保持稳定。
图17千斤顶与钢管垫块布置图
3.3.3.2预顶
预顶的作用是通过在托换桩与托换梁间施加顶力，消除托换桩变形对托换体系的不利影响，检验托换体系的承载能力。
并且通过千斤顶进行微调，确保托换的成功。
见图11。
托换预顶加载施工见图19。
a.预顶前的准备工作
①可调自锁千斤顶、钢管垫块安全装置在安装前必须进行标定和调试，确认合格后才能安装。
检查千斤顶、钢管垫块安全装置的安全可靠性，安装后保证有足够的行程，以便在整个调整时期内不需反复安装；
②建立全方位的位移、沉降、应变监测系统，并保证其数据的准确性；
③确定托换桩预顶荷载分级次数和施顶的时间。
b.施加顶力
① 托换承台与托换梁之间预留700mm的顶升加载空间，钢管垫块高680mm，剩余的20mm空间和顶升位移可通过钢楔块进行调整。
在顶升过程中，当千斤顶回油或出现故障时，钢管垫块起到临时支承的作用，另一方面，待受力转换完成后，置换千斤顶，钢管垫块在浇筑的封桩微膨胀混凝土中与承台混凝土一齐成为永久支承。
② 预顶采取“等变形、等荷载”的分级加载原则，将设计最大顶升力不等分成12级逐步施加顶升力，前80%的顶力平均按8级进行加载，每级施加时间20min，第8级持续120min；
后20%的顶力平均按4级进行加载，最后一级加载后持续12小时以上，观测新桩沉降速度小于0.1mm/h后，顶紧钢管垫块，松开千斤顶。
③ 千斤顶逐级加载至20%的设计预顶力和位移值（通过钢管垫块应力测试、梁上应力测试及位移变化侧试，与理论计算值对照双控），使原桩的荷载逐步转移到托换梁及新托换桩上，并实现对新桩和托换梁的预压。
随后，用原桩位移、托换梁的截面应力测试值分析结果，指导千斤顶逐级顶升。
④ 严格控制每级顶力，并使顶力缓慢、均匀增加，避免桩和梁的荷载突变而导致不良后果。
被托换桩的上抬量不能大于1mm，大于此值时应停止加载。
在加载过程中同时应严格监测托换梁裂缝是否产生及发展，最大裂缝宽度大于0.18mm时，停止加载。
⑤ 预顶时，必须严格控制千斤顶的顶升力和托换梁两端的位移，各千斤顶顶升力达到控制值而梁端位移未达到位移范围值以内，或梁端位移值已达到控制值而顶升力未达到控制值时，则立即通知设计单位，对施工参数进行调整。
c.预顶施工措施及注意事项
①可调自锁千斤顶及钢管安全装置具有随时无级调节托换承台与托换梁之间在顶压施工中所产生间隙的功能，是预防顶压系统故障的安全保障措施；
②2只千斤顶压力同步及自锁措施：
根据液压互给原理，采用油路系统中2只千斤顶的液压达到平衡，使托换梁在顶升中避免可减少扭矩力的作用导致的侧向位移，为达到此目的，需设立油路加压站，集中供油，保证千斤顶顶力平衡；
③托换梁两端的顶压平衡：
通过严密的监控系统，分析反馈来的信息，根据信息控制油泵的工作系统，来达到托换梁两端的顶压平衡，消除或减少托换梁在顶升过程中所产生的纵向位移；
④依据各桩位的轴力设计值，确定每个千斤顶允许顶升压力，对压力根据施压过程进行分级，在每级顶升操作中严格控制油泵的工作流量和压力；
⑤在每级顶升过程中，通过对上一级出现差值，在下一级进行调整，使每一级顶升都控制在差值范围内，防止差值累计超过规定范围；
⑥在顶升过程，连续记录监测数据和加载记录；
⑦桩的沉降变形稳定后，即完成力的转换，将钢管垫块安全装置安装好并打紧钢楔
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