摘要：在进行轨道交通项目建设时，极易面临车站侵入既有桥梁的问题，对此通常借助受力桩与托换梁技术直接托换既有的桥梁桩基来处理。考虑到这一方法操作难度高、成本大、施工周期长，为了有效弥补上述缺点，结合东莞市城市轨道交通1号线一期项目，提出借助桩+承台的形式实现桥桩的托换。设计出悬臂式结构托换桩基施工方案，并对技术要点展开了探讨。
关键词：轨道交通；桩基托换；悬臂式结构；施工技术
0引言
东莞市城市轨道交通1号线一期项目中，立交桥E8号桥桩具体位于车站顶板位置，宽约22.3m，如果借助普通的托换法开展施工，极易拉长施工周期，提高施工难度，增大施工成本。本文根据项目实际特征，设计了新型悬臂式结构托换桩基施工方案，不仅适用于复杂的施工环境，还大大提升了施工效率与施工质量。
1技术原理
项目主要借助桩+承台的形式实现桥桩的托换，施工时需将结构受力桩伸入中等风化岩层以下1m以上。摩擦桩结构如图1所示。待结构桩安设完成后，为其搭设临时的支撑系统，以确保其不受后续施工的影响。待支撑结构搭设完成，即可拆除原先的桥梁结构，实现桥梁的受力转换。然后施做托换承台，在承台作用下实现结构受力桩和桥墩的连接，构成一个不等臂单杠杆支撑结构。整个支撑体系建造结束即可进行预顶，实现受力转换，之后拆卸临时支撑系统。最后，在桩底部位进行预注浆，减轻基坑开挖给托换结构带来的影响，保障桥梁结构的整体安全与稳定。
2施工工艺流程及操作要点
2.1施工工艺流程
新型悬臂式结构托换桩施工步骤如下：进行施工前的各项准备，并准备好新建桩基；开挖基坑并为其搭设支撑结构；拆除原有的E8桥墩，开始托换承台；原位还建桥墩、安装支座；浇筑混凝土，拆卸支撑结构，回填基坑。
2.2桩基工程施工
本项目将结构受力桩设计为灌注桩，考虑到加固桩的位置大多安设在桥梁下方，极易受到梁下净空的影响，因此本项目选用CZ-6D型冲击钻开展施工。施工时预先在桩顶处留出90cm桩帽钢筋，以便后续连接承台钢筋。受力桩的钢筋笼需分段预制，每段长度控制在6m。施工时提前预埋3根直径60mm长的声测管，以便后续监测桩基成孔的质量好坏。需要注意的是，声测管安设在钢筋笼内侧，且必须与钢筋笼保持平行，管口必须超出桩顶0.3m左右的距离，所有管口高度必须齐平。管底用钢板焊接，保证管内无异物、不出现漏水等问题。本项目选用C40型混凝土进行浇筑，保证一次浇筑成型。开始浇筑之前，施工人员需要彻底清理孔内杂物。借助导管完成混凝土浇筑工作，灌注过程中实时观察混凝土面高度，随着高度的变化缓慢抬高导管，始终保证导管埋深在2~6m。
2.3基坑开挖
2.3.1开挖方式
本项目采取放坡开挖、钢板桩支护相结合的方式。放坡开挖时，施工人员应提前勘测边坡状况，根据需求预制临时护坡。在边坡处预留出0.5m的距离，在钢板桩一侧预留出1m的距离，以便后续施工的开展。
2.3.2临时支撑系统设计
临时支撑系统所承受的荷载主要包含箱梁自身质量、附件质量以及支架自身质量等，因此同时选用钢管柱与千斤顶作为施工原材料，以便在整个施工期间提供强大的支撑力。本项目临时支撑系统主要包含1、2号两部分支撑结构。在1号支撑体系中，钢板应安设在两个立柱上方，其厚度控制在5cm，尺寸为1m×1m，本项目选用的是Q235b型钢板。钢板下方安设Φ690×16型钢立柱管，相邻立柱管之间的距离控制在4.25m，立柱管的高度则根据项目实际情况确定。立柱管安设完成后开始浇筑，本项目选用C30混凝土，将其浇筑成长、宽、高分别为1m、1m、0.6m的长柱形，将其中的P5桩基础底高程控制为493.734m，P7桩基础底高程控制为491.434m。将原有的P5桩基与新建的P7桩基共同作为1号支撑体，其中P5桩基的桩顶高出承台顶面0.3m左右，P7桩直径为1.2m，长度为15m，桩顶标高为491.434m。在钢板上方安置2台液压缸顶升系统，以便随时调控梁底高度，一旦发现梁底标高下降距离＞5mm，立即启动千斤顶以维持整体结构稳定。在2号支撑体系中，选用与1号支撑体系相同的钢板，但分配梁选用I20b型，且相邻分配梁之间的距离需间隔25cm，主梁则选用I45c双拼。在主梁下方安设Φ609×16型钢立柱管，相邻钢立柱管之间同样保持2.5m的间隔。立柱之间安设剪刀撑，其高度根据施工现场实际情况确定。项目使用的所有立柱基础均属于条形基础，由C30型混凝土制成，长度有6m、3.5m两种选择，宽度、高度分别为1m、0.6m。同样要为2号支撑系统安设2台液压缸顶升系统，以实时调控梁底的高度。2号支撑系统中，梁底和千斤顶之间加垫一个3cm厚、尺寸为0.4mm×0.4m的Q235b型钢板，一旦下降幅度＞0.5cm，立即启动千斤顶，避免结构出现明显变形。搭建工作平台时，考虑到钢立柱支撑架承担着整个桥墩拆除环节绝大多数支撑，因此项目团队需专门在钢立柱支撑体系区域内建造操作平台。操作平台的主要施工材料为钢管脚手架，其采用普通型Φ48×3钢管，相邻钢管之间使用专门的扣件进行固定。钢管之间的搭接长度应≥50cm。横向、纵向步距分别为0.9m、0.7m，高度步距设定为1.5m。横向、纵向剪刀撑间距应≤0.6cm，剪刀撑使用搭接的方式接长，其搭接长度≥80cm。等距离之间安设2个以上的旋转扣件，所有旋转扣件与杆端之间的距离应控制在10cm以上。每5跨单独安设1道斜撑，将斜撑上端与钢管架相连接，下端与地面相连接，下端角度维持在45~60°之间。施工过程中严格参照如下顺序开展施工：先安装钢管柱与剪刀撑，再搭建整个操作平台、安设I45c主梁与I20b分配梁，为其铺设钢板，最后安装千斤顶。施工人员在安装钢管柱时应注意，当钢管柱扩大基础施工结构后，需使用起重机或型钢搭建临时的三脚架，以便于施工人员借助其完成立柱间所有加强杆件的焊接。施工人员认真分析钢管柱支撑系统，是否会在支撑桥梁的过程中发生弹性变形。待钢管柱支撑系统布置结束后，必须进行预顶。动态调节梁底标高，根据项目实际情况将总顶升力度控制在1500kN以内，随着顶升的推进，缓慢抬高顶升力度。待梁底标高上升之后，施工人员必须适当降低顶升速度，确保标高变化最大不超出0.1cm。其具体控制标准可结合实际施工情况进行微调。
2.4原桥墩拆除
开始拆除桥墩之前，项目单位依照尽可能不对周围环境带来破坏的原则进行施工设计[1-2]。通常选用切割绳锯、人工破除以及机械破除等方式施工。开始拆除之前，施工人员利用Φ48×3型钢管建造出专门的施工平台。整个搭建过程中，必须保证钢管与桥墩紧密贴合，平台步距、纵距、横距等均设定为1.2m。
2.5承台施工
项目设定托换承台的长、宽分别为9m、6.7m，高度控制在1.8~4.5m之间，整体呈阶梯状分布，承台顶端需深入地下0.356m。承台施工具体流程如下：首先拆除托换新桩头部位的混凝土，重新浇筑垫层部位；其次安装承台钢筋与模板；最后浇筑混凝土并按要求养护。施工人员先破除新桩头部位的混凝土，提前将桩顶上方90cm区域内的钢筋预留出来。在风镐等工具的辅助之下，破除新桩头区域内所有含砂混凝土，并将其清理干净。破除过程中严格把控施工力度，避免因力度过大造成钢筋松动，影响到整体结构的稳定性。待桩头混凝土彻底被破除、清理干净之后，即可开始浇筑承台垫层混凝土，本项目选用的是C15型素混凝土充当基底垫层。制作钢筋时严格参照设计图纸放线、定位。所有和承台相对应的预埋钢筋，应使用I级挤压套筒钢筋接驳器相连接。开始承台钢筋施工后，施工人员先在既有桥墩位置预埋好墩柱钢筋，令其伸入承台内侧0.9m。同时为了增强承台和墩柱之间连接的紧密性，在承台顶端E8号原桩位置提前预留好钢筋。该钢筋不仅需要伸入承台内侧0.9m，还需预留0.3m的外露距离，以便还建E8号原桩时其与墩柱钢筋相连。本项目所使用的模板由木模制成，支撑体系中龙骨的原材料为0.1m×0.1m的方木，相邻方木之间的距离设计为0.3m。外龙骨则由Φ4.8cm的双向双层钢管制成，安装之前均匀涂抹脱模剂，模板安装必须确保稳固。本项目选用C40型混凝土作为施工材料，在混凝土泵车的作用下将混凝土输送至模板中，同时配合振捣器同步振捣，实现一次性连续浇筑。
2.6原位还建桥墩
待先前浇筑的混凝土强度超出设计标准后，才能开始后续施工，即在E8号原墩位置建设桥墩。其中墩身的高度视桥梁底高程决定，施工之前进行测试。处理还建桩和承台界面时，施工人员先调直提前预留好的钢筋，测量防线。再找出墩柱中心点、托梁中轴线，并借助油漆标注出来。仔细清理承台、桩顶以及墩柱部位的混凝土，确保其表面光滑无杂质，以便墩柱与承台之间紧密连接在一起。还建墩柱结构时，首先为其搭设专门的操作平台，以降低墩柱钢筋、模板等构建的安装难度，便于后续浇筑混凝土。在搭设操作平台之前，项目单位需要仔细清扫施工现场，并检测该位置的地基承载力是否超出120kPa，确保各项指标全部合格之后开始搭设支架。本项目选用的是Φ48×3型普通钢管，相邻立杆纵距、横距以及步距分别为0.7m、0.9m、1.5m，平台搭设完成后建造专门的上下通道，以便施工人员施工过程中通行。施工过程中应将所有预留钢筋和机械设备连接起来，构建出原桩钢筋骨架后，再开始自上而下对称绑扎钢筋，使其形成一个紧密的钢筋网柱。由专门的工厂提前预制好整体钢模，节高维持在0.5~3m之间。其所使用的所有拉、箍等加固构件同样需要出自专门工厂，以确保其各项性能指标均符合设计标准。项目所使用的墩柱模板主要由Q235b型钢板制成，其厚度约为5mm，其中模板的上、下左、右接缝处厚度均为1cm。模板竖勒、抱箍等由8号U型钢制成，环筋则主要由1cm厚、8cm宽的钢板制成，相邻模板之间使用了M18×50型螺栓进行连接。经测量，该墩柱设计高度达到7.415m，模板节高有1.5m、2.4m、3.2m等三种。
2.7混凝土浇筑
使用C40型混凝土进行浇筑，施工之前提前使用混凝土罐车，将其运送至施工现场接受检测，待各项指标全部验收合格后开始浇筑。整个浇筑过程中，混凝土自由下落的高度控制在2m以内（借助串筒辅助施工）。拆卸模板之前，需要对试块进行强度测试，确保试块的抗压强度超出设计标准的70%后才能开始拆卸。拆卸过程中可借助起重机配合施工，不可人为强行拉撬，不可破坏其表层结构。待混凝土强度超出设计标准后，开始安装墩顶支座，本项目选用GYZF40-800×125型四氟滑板支座进行施工。整个施工过程中，施工人员必须实时控制梁底标高，及时借助钢板进行调节，待支座整个安装结束后，再在千斤顶的作用下缓慢消除荷载，实现托换，最后拆除支撑结构。
3结语
在进行轨道交通项目建设时，极易面临车站侵入既有桥梁的问题，对此通常借助受力桩与托换梁技术直接托换既有的桥梁桩基来处理。考虑到这一方法操作难度高、成本大、施工周期长，本文以东莞市城市轨道交通1号线这一实际案例为背景，详细分析了桩基托换技术施工要点，同时分析了桩基项目、基坑项目以及混凝土项目的施工技术，可为类似项目提供参考。
参考文献
[1]祝全兵,李东福.悬臂式结构托换桩基技术在地铁车站施工中的应用[J].施工技术（中英文）,2021(19):110-113.
[2]吴乐.地铁矿山法隧道内桩基托换施工技术措施关键要素探究[J].工程建设与设计,2019(19):192-193+196.
作者：张丽娟 单位：中铁十九局集团轨道交通工程有限公司