深圳地铁7号线桩基托换方案平面和横断面.docx
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深圳地铁7号线桩基托换方案平面和横断面
2.5.1.2穿越建（构）筑的桩基托换
1、工程概况
（1）隧道下穿桩基概况
深圳地铁7号线全线在下穿香蜜湖人行天桥、黄木岗立交桥、彩虹桥西引桥等3处建（构）筑物时，共有26根桩基侵入隧道建筑界限，按照设计文件要求需对桩基进行托换处理。
表2.5.1.2-1桩基础托换处理汇总表
序号
地铁隧道区间
建（构）物名称
里程桩号
割除桩基础数量
1
农林～车公庙
香蜜湖人行天桥
AK12+850
1根φ1.0m钻孔灌注桩
2
华新～黄木岗
黄木岗立交桥
AK23+830～920
3处承台共9根φ1.2m钻孔灌注桩
3
笋岗～洪湖
彩虹桥西引桥
AK27+130～210
4处承台共16根φ1.2m钻孔灌注桩
（2）桩基托换设计概况
桩基托换施工采用桩梁式主动托换，香蜜湖人行天桥托换桩直径φ1.0m，桩长27.83m，托换梁尺寸为2.5×2.5×13m；黄木岗立交桥托换桩直径φ1.5m，桩长25.33m～27.83m，托换梁高为3.0m，宽分别为4.77m、7.88、9.01m，长12.29、12.32、12.33m；彩虹桥西引桥托换桩直径φ1.5m，桩长29.59m～30.5m，托换梁尺寸为2.5×2.5×14.5～14.8m。
其构造如下图所示：
图2.5.1.2-1香蜜湖人行天桥桩托换平面图图2.5.1.2-2香蜜湖人行天桥桩托换立面图
图2.5.1.2-3黄木岗立交A9桩基托换平面图图2.5.1.2-4黄木岗立交A9桩基托换立面图
图2.5.1.2-5黄木岗立交B5桩基托换平面图图2.5.1.2-6黄木岗立交B5桩基托换立面图
图2.5.1.2-7黄木岗立交C6桩基托换平面图图2.5.1.2-8黄木岗立交C6桩基托换平面图
图2.5.1.2-9彩虹桥桥台桩基托换平面图图2.5.1.2-10彩虹桥桥台桩基托换立面图
图2.5.1.2-11彩虹桥1#墩桩基托换平面图图2.5.1.2-9彩虹桥12#墩桩基托换立面图
图2.5.1.2-13彩虹桥2#墩桩基托换平面图图2.5.1.2-14彩虹桥2#墩桩基托换立面图
图2.5.1.2-15彩虹桥3#墩桩基托换平面图图2.5.1.2-16彩虹桥3#墩桩基托换立面图
（3）周边地形
香蜜湖人行天桥横跨香蜜湖路，路面交通量大，被托换桩处在绿化带中间。
黄木岗立交桥被托换桩处在桥底行车道位置，桥面及桥下交通繁忙。
彩虹桥西引桥被托换桩处在第一联引桥底下，周边建筑物密集。
（4）地质水文
本区间原始地貌为冲洪积平原，地层主要由人工堆积素填土、粉质粘土、细砂、砾砂、残积砂质粘性土及全风化、中分化、微风化花岗岩组成，稳定地下水位埋深0.70～9.70m，水位高程2.79～11.46m。
2、桩基托换施工流程及方法
（1）施工流程
桩基托换施工采用桩梁式主动托换，按“等变形、等荷载”的原则进行，先施工托换桩、托换梁，混凝土达到设计强度后在每个桩顶设置千斤顶和钢支撑并施加顶升力进行加载，托换后桩、梁之间的连接采用微膨胀混凝土。
在托换过程中，要加强对周边建筑物的监控，及时反馈信息，以指导施工。
下面以黄木岗立交桥A9承台为例说明桩基托换的具体施工流程：
序号
图示
1
1、测量桩位；
2、钻机冲击成孔；
3、分段吊装钢筋笼，钢筋笼之间采用接驳器连接；
4、灌注桩基混凝土。
2
1、建筑物监测及评定；
2、妥善处理原有建筑物下的地下管线；
3、边支护边开挖托换梁基坑至梁底标高。
3
1、施作垫层；
2、采用植筋技术，将短钢筋植入原桩基础中，并用短筋连接，与托换梁钢筋连成一体，原桩周围凿毛并涂刷界面剂；
3、绑扎托换梁钢筋，并向下预留与灌注桩连接的钢筋；
4、浇筑托换梁混凝土并养护到设计强度。
4
1、待桩与梁混凝土达到设计强度后，在桩顶用千斤顶逐级施加预顶力，顶紧托换梁；
2、顶升过程加强监控量测；
3、沉降稳定后用钢支撑替代千斤顶，并在钢支撑顶部用钢楔打紧，取出千斤顶。
5
1、桩周凿毛，连接桩头与托换梁的预留钢筋；
2、立模浇筑微膨胀混凝土并进行养护。
6
1、封桩混凝土达到强度后，截断旧桩与梁的连接；
2、对于香蜜湖人行天桥回填基坑，恢复原地坪，盾构穿越时开仓破除桩；对于黄木岗立交桥、彩虹桥西引桥，截桩后先开挖竖井破除桩，然后再回填竖井及基坑。
（2）托换桩施工
①钻机钻进成孔
桩位测量放线后下放钢护筒，冲击钻机就位后采用泥浆护壁，泵吸反循环冲击钻进成孔，钻到设计标高后立即清孔。
②钢筋笼制作吊装
钢筋笼在加工场加工成型，平板车运到现场后，采用吊机吊装就位，当钢筋笼过长而没有净空吊装，可以分节吊装钢筋笼。
③混凝土灌注
钢筋笼吊装完毕，采用导管法浇注水下混凝土，混凝土浇筑一次连续完成。
（3）基坑开挖及支护
桩基托换临时基坑深度约为5~6m，基坑安全等级为二级，放坡分层开挖，支护交错进行。
根据托换施工现场情况进行测量放线，标明基槽开挖范围。
基槽开挖采用PC300挖掘机开挖为主，人工开挖为辅，开挖出的土石方立即装车运走。
支护形式为注浆锚管、土钉墙，面层设钢筋网并喷C20混凝土。
基坑开挖过程进行施工监控。
彩虹桥西引桥桥台基坑开挖时，在桥台锥坡内用矿山法暗挖施工横通道作为托换梁施工及预顶加载的操作空间。
（4）托换梁施工
①界面处理
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，深度为1~2cm。
凿毛后用水清洗干净，在托换梁混凝土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。
②植筋施工
植筋工艺流程见下图所示：
图2.5.1.2-17植筋施工工艺流程图
a、在原桩上放样定位，画出钻孔位置；
b、采用电动冲击钻钻孔，孔径至少比植筋直径大6mm，最大孔径不得大于42mm。
钻孔必须间隔钻孔，钻孔时若碰到钢筋则立即停止钻进，移动孔位后再钻；
c、植筋施工前，应清除钢筋表面锈渍污泥，并作好标记，确保植入深度。
d、用高压风清孔，用水清洗孔壁。
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。
e、锚固胶必须严格按配比在锚筋前试配，观察凝固时间和效果，合格后方可配制使用。
f、用注胶枪从孔底部慢慢注入锚固胶，然后将钢筋准确无误地徐徐旋入，使孔内钢筋与锚固胶接触完全饱满，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，且待前一批植筋胶凝固之后方可施工下一批，循环至锚固完所有植筋。
g、植筋完成并且锚固胶凝固达到设计锚固强度后需要进行植筋抗拔力检测，检测数量为每批植筋总数量的2％，且不少于6根，选择代表性的植入钢筋进行试验，植筋抗拔力应符合设计及规范要求。
③托换梁钢筋混凝土施工
a、钢筋制安
钢筋采用加工场制作，现场人工绑扎，要保证钢筋骨架的稳定性。
b、模板安装
托换梁模板采用18mm厚的木模板，背楞均为10cm×10cm方木拼装而成，φ12对拉螺杆固定结构尺寸，模板侧面用方木与基坑侧壁支顶稳固。
c、混凝土浇筑
托换梁采用商品混凝土，用搅拌输送车运至工地。
采用分层分块浇筑，分层厚度为30cm。
采用插入式振捣器振捣，尽量避免碰撞钢筋、模板、预埋件等。
d、养护
初凝后对混凝土加以覆盖并浇水养护，保持混凝土处于湿润状态，混凝土浇水养护的时间不得少于7d。
（5）千斤顶预顶
①安装千斤顶
在每根桩预顶的预埋钢板上沿着托换梁纵轴线对称布置3台带自锁装置的YD2000千斤顶，同时布置供油泵及液压控制系统。
②安装钢支撑
可调自锁千斤顶预顶到位后及时安装钢支撑并用楔型钢板打紧。
安装时与千斤顶形成交错布置。
图2.5.1.2-18千斤顶及钢支撑布置图图2.5.1.2-19千斤顶及钢支撑照片
③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。
当托换桩、托换梁的混凝土强度达到100％后，方可进行。
a、预顶前的准备工作
☆可调自锁千斤顶、钢支撑装置在安装前必须进行标定和调试，确认合格后才能安装。
☆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。
☆确定预顶荷载分级和施顶的时间。
b、施加顶力
☆预顶采取“等变形、等荷载”的分级加载原则，按各桩位的轴力设计值将设计最大顶升力等分成10级逐步施加顶升力，每级荷载保持10min，等结构稳定后方可加次级荷载。
最后一级加载后稳压30分钟，监测托换体系构件的变形。
☆逐级加载过程中通过钢支撑应力测试、托换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。
同时根据被托换桩位移、托换梁的截面应力测试值分析结果，指导千斤顶逐级顶升。
☆严格控制每级顶力，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。
上部墩柱的上抬量不能大于1mm，柱顶端下沉最大值位移值不大于3mm，大于此值应停止加载。
在加载过程中同时应严格监测托换梁裂缝的产生及发展，最大裂缝宽度大于0.18mm时，停止加载。
c、措施及注意事项
☆可调自锁千斤顶及钢支撑装置具有随时调节预顶施工中托换桩与托换梁间隙的功能，是安全保障措施。
千斤顶的组合形心必须与桩的形心重合。
☆托换梁两端的顶压平衡：
采用液压连动系统同步控制千斤顶压力，设立油路加压站，集中供油，使多个千斤顶的液压达到平衡，避免托换梁在顶升中因扭矩力的作用而导致侧向位移或纵向位移。
☆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，让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。
☆在顶升过程，连续记录监测数据和加载记录。
④封桩处理
托换桩、梁连接部采用C30微膨胀混凝土，预顶完成后，及时安装钢支撑，拆卸千斤顶，将桩和梁底预留钢筋焊接牢固，对被包裹范围内的桩、梁表面凿毛，架立模板，浇筑微膨胀混凝土封桩。
在封桩混凝土终凝后如果托换梁底与封桩混凝土之间有空隙，则压注高标号水泥砂浆填充，灌浆压力约1MPa。
（6）截桩
在托换梁和托换桩连接点混凝土达到设计要求的强度之后方可截断原桩基，断桩的断口高度应在300~500mm范围内。
截断被托换桩时，应分批跳开进行，断桩位置在托换梁梁体底部0.5米处，先沿桩周开一条深100mm宽200mm的断口，在此过程中钢筋不断，同时应加强观测沉降变化情况，桩的沉降应在允许范围内，每次切断口的深度不得超过100mm，且应遵循由外向内、层层剥离的原则。
（7）原桩破除
①盾构开仓破除原桩
香蜜湖路人行天桥原桩采取盾构内开仓破除。
当盾构掘进至碰到原桩障碍时，关闭盾构刀盘驱动机，封闭盾构机内减压仓及密封仓，保持密封仓内空气压力恒定在0.2~0.3MPa左右以平衡土体压力，在确认绝对安全的情况下，施工作业人员经过减压仓、密封仓，通过人孔进入盾构机前端实施人工破除原桩作业。
原桩破除范围根据盾构机外轮廓，以满足盾构机正常掘进为限。
②竖井开挖破除原桩
黄木岗立交桥、彩虹桥西引桥原桩采用竖井开挖自上而下破除。
在竖井周边施工止水帷幕，然后逐层开挖土层并逐层浇筑井壁。
每一层井壁混凝土达到设计强度要求后，人工采用风镐破除桩身混凝土，采用砂轮切割机切除钢筋。
3、桩基托换施工难点及措施
（1）施工难点
①原有结构桩基与后施工的托换梁的连接，需保证原结构上部荷载与托换梁的有效传递。
②桩基托换施工工艺及施工环境复杂，需保证结构体系转换的安全。
③托换桩基的桥梁在桩基托换施工中仍继续正常使用，且桥面车流量较大必定给体系转换及截断桩安全带来影响。
④基坑、竖井开挖施工及原有桩基破除施工对托换结构及周边建（构）筑物的沉降变形控制是桩基托换的一个核心问题。
（2）措施
为保证桩基托换施工过程中建（构）筑物的的安全，根据以上所列施工难点，制订以下相应的措施。
①对原有桩基进行植筋及界面处理
a对被托换桩基及承台旧混凝土表面凿毛，去除松散部分，深度宜为1~2cm；
b凿毛后用水清洗干净，并充分湿润，保证新结构浇捣混凝土时界面湿润；
c新加结构混凝土浇捣前4h内涂刷界面处理剂；
d按照设计文件要求对原有承台底部的桩基钻孔进行植筋处理，钻孔时要尽量避开原有结构主筋，植筋达到设计强度要求之后方可绑扎托换梁钢筋。
②加强对托换预顶过程控制，并加强监控量测，采用信息化技术指导施工
a采用带有可调自锁装置的千斤顶和钢支撑、钢楔块，在桩顶对称布置，千斤顶上、下支点位置预埋20mm厚钢板；
b按“等变形、等荷载”的原则分十级加载，同一梁体进行加载作业的千斤顶通过液压连动系统同步控制；
c封桩采用微膨胀混凝土，同时在托换梁上设置预留孔，便于封桩混凝土振捣密实，预埋注浆管对封桩混凝土进行注浆压密。
d在顶升过程中采取信息化施工，对托换桩、托换梁、桥梁及其墩柱等进行监测，重点是沉降、应力、裂缝、变形和桩顶横向位移，确保荷载转换安全有效；
③在桩基托换施工过程中对桥梁采取限制或者保护措施
a香蜜湖人行天桥在桩基托换前架立钢支撑进行加固，施工中禁止使用。
b在基坑开挖、被托换桩界面处理和植筋、受力体系转换施工过程中，向交通部门提出申请，要求对本桥梁交通限速限载，必要时封闭道路，车辆绕行。
c在施工过程中桥梁发生较大沉降变形，应采取地面支撑加固措施。
通过检查分析墩、梁沉降倾斜、差异沉降、裂缝宽度、墩梁连接部位的监控量测数据，判断是否需要进行地面支撑。
如果需要增加支撑，采用千斤顶、临时支墩和工字钢对桥梁进行支撑加固。
④采用袖阀管注浆加固控制建（构）筑物沉降变形
为防止基坑、竖井施工中引起周边建（构）筑物的过大而发生破坏，施工前应对周边建筑物的基础进行预注浆加固，注浆采用φ60袖阀管深层注浆，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆。
并留部分注浆孔，根据监测的情况，进行跟踪注浆。
4、施工监测
桩基托换施工监测针对建筑物及托换结构进行，主要监测项目有建筑物沉降倾斜及托换结构的变形监测。
桩基托换施工前对被托换桩、相邻桥跨上部及下部结构，以及周围环境进行详细、周密的调查（如裂缝、沉降和倾斜情况等），拍照并做好详细记录。
①托换施工和隧道施工期间，必须对桥梁基础沉降、结构变形和裂缝开展等进行监测，并制定专门的监测措施。
②托换施工期间，监测桥梁挠度和桩竖向位移的测点布置在梁两端及梁与桩交点处。
③为了确保桥梁结构的安全正常运营，确保桥梁的安全，监控过程必须确定每个施工步骤对纵向位移所产生的影响；对托换中各个监测点的运动情况,整理出沉降与时间的关系曲线，并应用外推法预测最终沉降量；采用信息化施工技术，以信息指导施工，托换过程中对每个环节的监测数据进行分析、采纳，发现问题及时提出，并对有关托换顶升参数进行修正。
考虑到上部结构的使用，还必须对桥梁的纵横向位移进行监测。
④顶升千斤顶在顶升和卸载过程中的同步性存在差异及托换大梁的挠度变形，均可能使托换桥墩产生倾斜。
在被托换的桥墩顶安装纵横向“倾角仪”，精度为2″，对托换桥墩的纵横向倾斜进行监测。
⑤在新桩桩顶与托换大梁之间安装“电子位移计”，精度为0.01mm，测量其相对位移，结合桥墩的竖向位移值可以计算出新桩桩顶的实际沉降值。
⑥在托换大梁的1/2、1/4及1/8截面处贴应变片，对托换过程中的大梁中的内力变化进行严密监测，尤其是顶升过程中的托换大梁底面，要求在这两个阶段中，托换大梁中拉应力不得超过设计值。
⑦在托换新桩灌注之前，在桩身5m处、10m处、15m处、20m处及桩底预埋钢筋计，以监测在托换顶升过程中，托换新桩的实际受力情况，以此对托换新桩的沉降量进行判断分析。
图2.5.1.2-20桩基托换测点布置示意图
⑧沉降监测要求
a对桥梁的所有桥墩、桥台进行沉降监测。
b监测仪器的精确度不大于0.1mm。
c基准点要稳定，不受托换施工和隧道施工影响。
⑨对桥梁倾斜监测要求
a对桥梁分别在纵横轴两个方向上监测倾斜度。
b读数精确度不大于1mm。
c托换完毕两个星期内，仍要进行监测工作。
此时仅监测被托换柱的沉降，第一周，监测频率为每日一次，第二周为每两天一次，监测数据应及时反馈。
⑩从盾构机到达桥梁下部开始，到盾构机通过桥梁后两个星期内，需对地表沉降及建筑物倾斜、不均匀沉降、裂缝开展情况进行监测。
盾构通过时每天监测两次，其他时间每两天监测一次，监测数据应及时反馈。
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