地铁施工中的桩基托换

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摘要：随着城市建设的蓬勃发展，城市地面交通越来越繁忙，为缓解地面交通压力，修建便捷、快速的地下铁道成为众多城市交通的选择。由于暗挖施工地下铁道对地面交通影响较小，且随着暗挖施工方法的成熟，暗挖法成为目前城市地下铁道施工的主要施工方法，但不可避免的会穿越地面建筑物，这就需要对深入隧道内的基础进行托换。因此，必须根据隧道和建筑物的具体情况，对建筑物采取必要、有效的加固或托换措施，从而保证隧道顺利掘进和建筑物结构安全。采用桩基形式进行建筑物托换，能够有效地解决地基基础承载力不足或沉降失控问题。

关键词：地铁；桩基；应用

1桩基托换技术的概念及发展

1.1桩基托换的概念

采用新增加桩基础，部分或者全部替换既有基础，完全或者部分承担上部荷载，桩基托换控制变形能力好，能将沉降控制在数毫米以内，是一种最常用的基础托换方法。桩基托换常用于地铁盾构区间隧道下穿多层建筑物的情况。

2桩基托换的分类

2.1 主动托换和被动托换

主动托换技术是指原桩在卸载之前，对新桩和托换体系施加荷载，以部分消除被托换体系长期变形的时空效应，将上部的荷载及变形运用顶升装置进行动态调控。当托换建筑物的托换荷载大、变形控制要求严格时，需要通过主动变形调节来保证变形要求，即在被托换桩切除之前，对新桩和托换结构施加荷载，使被托换桩在上顶力的作用下，随托换梁一起上升，从而使被托换的桩截断后，上部建筑物荷载全部转移到托换梁上，避免造成上部建筑物产生较大的沉降，同时通过预加载，可以消除部分新桩和托换结构的变形，使托换后桩和结构的变形可以控制在较小的范围。因此，主动托换的变形控制具有主动性。

被动托换技术是指原桩在卸载的过程中，其上部结构荷载随托换结构的变形被动地转换到新桩，托换后对上部结构的变形无法进行调控。被动托换技术一般用于托换荷载较小的托换工程，相对可靠性较低。当托换建筑物托换荷载小、变形控制要求不甚严格时，依靠托换结构自身的截面刚度，可以在托换结构完成后，即将托换桩切除后，直接将上部荷载通过托换梁（板）传递到新桩，而不采取其它调节变形的措施。托换后桩和结构的变形不能再进行调节，上部建筑物的沉降由托换结构承受变形的能力控制，变形控制为被动适应。

2.2桩式托换和桩——梁托换

桩式托换的原理是通过新增承台作为转换结构，将上部荷载传递到托换桩上，其特点是托换桩有条件布置于隧道上方。适用条件：区间隧道施工对托换结构体系的影响较小，托换桩所处地层的承载力满足，由于隧道施工引起的变形可控制在很小的范围内。

桩-梁托换采用门架式布置，先将荷载传递到托换大梁上，再通过转换梁将荷载传递到托换桩上。其特点是门架式托换结构横跨隧道上方，地铁隧道施工对托换结构的影响较小，但托换大梁的尺寸较大。

3桩基托换施工技术要点

3.1预顶、稳压和顶升技术

预顶技术在当前的桩基托换中普遍应用，以消除桩的初始变形，稳压封桩技术在静压桩托换中必须应用。对于变形控制特别严格的建筑物，则要采用顶升技术，顶升量一般 1 ～ 3mm。预顶、顶升一般采用分级加载和卸载，需要自锁千斤顶和钢管垫块安全装置。

3.2新旧界面连接技术

托换结构与原结构之间的连接，从柱齿槽 + 锚筋，到凿毛 + 构造锚筋，前者用于大轴力，后者用于中小轴力的剪力传递。一般的多层建筑的托换轴力，采用后者即可，锚筋只是构造措施，新旧混凝土之间清洗并涂界面处理剂，梁采用补偿收缩混凝土。

3.3断桩与切桩方法

桩基托换完成后，一般要切断原桩与新托换结构的联系，通常采用预顶与切割依次进行，将荷载分步转移到新的结构上。对侵入隧道的桩基，当隧道范围内的桩身为素混凝土时，可采用盾构切削；当为钢筋混凝土桩，钢筋直径 < 12mm 时可以切削，否则要采用人工凿除。主要目的是切断大直径钢筋或者钢绞线，可根据地质情况，采用盾构开仓凿除，也可采用人工小竖井凿除，还可采用原桩钻孔爆破振松混凝土的方法。

4.工程概况

朝安站～桂城站区间隧道总长1659.796m，均为地下线路，区间纵断面呈V型，线路轨面埋深约为15.5～21.6m，区间线间距13m。本区间靠近桂城站有4栋建筑物对隧道施工影响较大，它们分别是大豆村委仓库、南海计生委办公大楼和南海第二建筑设计室职工宿舍，建筑物基础形式为锤击灌注桩，桩长17～20m，其房屋编号分别为151-1#、152-1#、152-2#和157-1#，其桩基均侵入隧道，其中157-1#房屋桩基整个贯穿隧道。根据沿线建筑物调查的基础形式、房屋结构类型、房屋层高和地质状况，对房屋的桩基的承载力和地层变形控制水平进行了细致研究分析，并根据分析结果，对4栋建筑物均采用桩梁托换，托换桩为钻孔灌注桩，托换纵梁采用钢筋混凝土梁。在隧道结构线外1m外主要设置为φ600、φ800钻孔灌注桩（部分为φ1000）桩长、入岩深度。151-1#这栋建筑物的桩基础对隧道的影响范围的里程桩号为ZCK7+219.090～ZCK7+228.852，YCK7+225.781～YCK7+235.364，托换桩有34根。152-1#建筑物中托换桩有51根，该建筑物的桩基础对隧道的影响范围的里程桩号为ZCK7+312.275～ZCK7+325.207，YCK7+315.769～YCK7+356.372； 152-2#建筑物中托换钢桩有9根，该建筑物的桩基础对隧道的影响范围的里程桩号为YCK7+356.372～YCK7+371.486； 157-1#建筑物中托换桩有37根，该建筑物的桩基础对隧道的影响范围的里程桩号为ZCK7+387.899～ZCK7+407.799，YCK7+404.146～YCK7+419.643。

5. 存在的问题及展望

5.1环境问题。地面托换施工造成的不便利、振动、噪声，对居民的影响较大，也阻碍了托换施工的顺利实施，今后应采用环保的托换技术，通过提升科技含量，减少施工期间的影响将是该技术的发展方向。

5.2运行问题。托换后，地铁隧道与托换结构为近距离，运营期间列车振动影响效果的评价是今后应重点研究的问题。

5.3 立法问题。随着地铁线网的加密，托换的工程越来越多，宜在政府层面加强立法，对拆迁和托换施工的相关立法规定，既保障居民的合法权利，又能确保托换顺利进行，使托换工程良性发展。

5.4经费问题。锚杆静压桩、树根桩在地铁工程应用较少，今后在浅基础多层房屋的建议尽量采用，以节约工程造价。

6. 结语

为方便市民的出行和保证客流，客运专线以及城际铁路车站大多设置在城区范围内，铁路与既有建筑、桥梁、管线的交叉问题不可避免，对既有桥梁等结构采用桩基托换处理，可解决铁路与这些既有结构的干扰，减少或避免拆迁工作量，节约工程投资。可以预见，桩基托换技术在客运专线的铁路建设中将得到越来越多的使用。

参考文献

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