既有建筑物大跨度预应力梁桩基托换施工技术研究

既有建筑物大跨度预应力梁桩基托换施工技术研究

刘佳志

广州轨道交通建设监理有限公司  广东广州  510000

摘  要：某超大直径盾构隧道下穿既有建筑物,在不能拆除既有建筑的前提下,需要对既有建筑桩基进行托换保护。从设计、施工及监测等方面系统阐述了采用钢管桩桩基加新建承台托换体系对隧道上方既有建筑桩基进行托换的施工技术,并结合现场监测数据对托换效果进行评价。可供类似工程参考。

关键词：盾构  建筑物  桩基托换

Research on underpinning construction technology of long-span prestressed beam pile foundation of existing buildings

Liu Jia Zhi

Guangzhou Rail Transit Construction Supervision Co. , Ltd. , Guangzhou, Guangdong 510000

Abstract: a super-large diameter shield tunnel underpasses an existing building, under the premise that the existing building can not be demolished, the pile foundation of the existing building needs underpinning protection. From the aspects of design, construction and monitoring, this paper systematically expounds the construction technology of pile foundation underpinning of existing buildings above the tunnel by using the steel pipe pile foundation and the newly-built bearing cap underpinning system, combined with the field monitoring data to evaluate the exchange effect. For reference of similar projects.

Keywords: Shield  building  pile underpinning

1原位保护背景、简介

位于广州市番禺区及海珠区的海珠湾隧道工程于2021年正式启动，隧道采用超大直径盾构的方式施工。隧道沿途地面有大量建（构）筑物，部分既有建筑的桩基础深度与位置正好在隧道施工范围内，造成盾构无法顺利进行。为防止隧道盾构时对既有建筑桩基础的破坏和地下土的扰动，造成对既有建筑承重结构受力破坏，从而影响原有建筑使用的安全性，位于番禺区洛浦街道的中核商务大厦以及沿沙路33号住宅楼采用桩基托换施工技术，完成既有建筑的原位保护。

2工程概况

2.1工程概况

中核商务大厦及沿沙路33号住宅楼位于广州市番禺区沿沙路，中核商务大厦为六层框架结构，分两期施工，一期临街，基础为打入桩基础，桩径0.5m，二期为独立桩孔灌注桩基础，桩径0.6～1.5m，桩长约21m～26m。沿沙路33号住宅楼为四层框架结构，采用桩基础，部分侵入红线范围；33号住宅楼南侧为南浦羽毛球馆，羽毛球馆为钢框架结构，采用独立基础，部分侵入红线范围采取拆除及支护分隔,房屋鉴定均为基本完好房。盾构始发约210m后下穿中核商务大厦和33号民房，掘进范围内桩基共73根（东线38根，西线35根），侵入隧道约7～12m。

海珠湾隧道分为东西两线，东线隧道完全从中核商务大厦底部穿过，西线隧道则从沿沙路33号住宅楼以及南浦羽毛球馆东侧下面穿过。盾构穿越时将对此部分建筑地基造成扰动，且与原建筑的桩基位置冲突，原有建筑的部位桩基已伸入到隧道内。在既要保证隧道盾构顺利进行，又要保证既有建筑的安全使用性能情况下，对该部分建筑采用了桩基托换施工技术，对既有建筑进行原位保护。具体方法为在隧道两侧另设转换承重桩，将既有建筑的上部荷载转移到转换桩基上，再切除与隧道冲突的原建筑桩基，同时对既有建筑范围内隧道上方土体采用高压旋喷桩的方式进行整体加固，保证整个地层的结构稳定性。

托换梁与承台工程概况

本工程整个托换体系通过新增托换梁和托换承台以及增大原有承台截面尺寸作为新的承重体系，完成受力转换。其中共24道预应力混凝土结构托换梁，梁高为2.2m，梁宽600mm~800mm，均为两端张拉，跨度最大50～52.5m，托换梁与旧承台采用凿毛植筋连接，托换梁与新承台整体一起浇筑。增大截面尺寸承台18个，新增承台19个。原有承台标号C30砼、尺寸长：1～1.9m、宽：1～1.9m、高：0.8m。

2.2地质概况

地层岩性自上而下可划分为杂填土、淤泥、粉细砂、中粗砂、粉细砂、全、强、中、微风化泥质粉砂岩。

2.3设计思路

本工程设计思路：在隧道两侧施工微型钢管桩作为承重桩基，桩基上方施工新承台或者原位扩展旧承台作为新的承重承台，再通过转换梁连接新承台与旧承台形成一个受力整体，作为既有建筑新的承重体系。在转换梁预应力张拉施工后，建筑物的承重体系将初步完成受力转换，由原有的承重体系转换至新的承重体系。完成受力转换后，就可以将影响隧道施工的原桩进行切除破坏，保证盾构施工的顺利进行。

3原位保护施工工艺

首层结构拆除→隔离桩施工→钢管桩施工（同步施工地面以上结构植筋）→钢板桩施工→基坑开挖→托换梁及承台施工→预应力张拉→拆除承台托架→原桩切除。

3.1 首层结构拆除

桩基托换技术是在不影响建筑物已有结构的情况下，完成建筑物整个地下基础受力的转换。此过程中，需要将建筑物首层非承重结构以及地面进行破除，桩基托换作业在首层顶面以下完成。整个桩基托换施工期间，建筑物内非作业人员需全部撤离，待隧道穿越后方可入住。

3.2隔离桩施工

由于既有建筑的地梁在地下部分纵横分布且不能破坏，为施工方便从地面开始施工隔离桩，故建筑物首层拆除后开始施工隔离桩。

隔离桩采用高压旋喷桩，分布于隧道两侧，主要起到基坑止水与地层加固的作用。高压旋喷桩采用双管法，桩径为800mm，入中风化泥质粉砂岩不少于0.5米，桩间距为0.65米。双管法的水泥浆液的压力不小于20MPa，水泥掺入量每立米不小于 600kg，水泥浆液的水灰比 1.0～1.5，水玻璃掺量 L(泥浆体积的10%)。旋喷桩加固后，土体28d无侧限抗压强度不小于2.0MPa。

3.3钢管桩（转换桩）施工

钢管桩与隔离桩的施工施工间隔应不少于20天，且隔离桩强度应达到指定强度的90%以上后方可施工钢管桩。钢管桩桩径为250mm，桩长37m,桩内钢管直径为220mm，入岩深度为6.5m。由于场地受限，中核商务大厦首层高度约为4.1m,开挖至基础作业面后，实际钻孔高度只有约6.5m左右，常规小型钻机满足不了入岩要求，大型钻孔设备无法进入楼内施工。根据现场实际作业情况，本工程拟使用最新型气动潜孔钻，改装立杆使机械作业高度约为5.5m左右，能满足室内作业要求。采用气动潜孔锤成孔可以满足作业要求，既能在高度受限时正常作业又能满足入岩要求。

3.4钢板桩施工

钢板桩的主要作用为基坑边坡围护。基坑四周采用6m长的拉森钢板桩整体围蔽，室内压桩高度不够的部分采用分段压桩的形式施工。钢板桩搭接采用小锁扣扣打施工法，转角采用大锁扣扣打施工法。

3.5基坑开挖

钢板桩施工完毕后进行基坑开挖，为施工方便采用整体式大开挖，基坑贴着钢板桩垂直下挖，基坑内外紧贴钢板桩设置两条排水沟。

3.6转换梁与承台施工

转换梁与既有结构柱下承台之间采用植筋及二次浇筑混凝土方式进行联结，需承担上部荷载的转换。考虑托换梁为大跨度转换，在托换粱与旧承台的连接前，须在首层柱下设置临时反力架利用新托换梁回顶主体，使托换梁变形稳定后，再连接托换梁与旧承台。

图3.6-1 原有桩承台与托换梁之间的锚固

3.7预应力张拉

本项目基础托换采用双梁托换法，托换梁为大跨度托换，考虑受荷过程的跨中挠度对主体影响较大，故设计采用预应力梁。

转换梁中预应力筋采用15.2mm规格高强耐磨缓粘结预应力钢绞线，高强耐磨暖粘结预应力筋石油钢绞线、外涂缓粘结胶粘剂和外包PE组成。外包PE表面必须有横肋和纵肋，15.2mm规格缓粘结预应力筋横肋高不得低于1.5mm，肋槽深不得低于1.3mm。

缓凝粘合剂的标准张拉适用期为180d，标准固化时间为540d，暖粘结预应力钢绞线须在张拉适用期内完成张拉。在环境温度低于20℃进行缓粘结预应力筋张拉时应采用持荷超张拉方式，预应力筋应力从零张拉至初应力，初应力为15%-20%conσ，再由初应力张拉至1.03conσ并应在持荷一定时间后进行锚固。当温度高于20℃时可不持荷超张拉。

预应力张拉时应按转换梁轴线张拉，从建筑物一侧依次按顺序张拉至另一侧，同一轴线的预应力梁应同时张拉。张拉完成后，建筑物的承重体系已初步完成受力转换。

3.8原桩切除

待回顶上部过程完成后，建筑物的整个受力转换已全部完成，可以开始进行原桩切除作业。原桩拆除采取静力切割法破桩，待第一排原桩切除观测检测数据变化，监测数据稳定后再进行第二排桩基切除。原桩切除采用绳锯免支撑切割。

（1）在原有承台处向下开挖1.5m,并安装好绳锯切割设备。

（2）第一刀由左到右切割到桩截面75%左右时，因结构桩受切割机切割面逐步加大，桩受力面积逐步减小，当桩受力面小于25%左右时，桩垂直受力偏心，这时桩和转换梁上部结构会释放微小下挠的力，造成绳锯卡锁，然后转换切割第二刀；

（3）上下间隔150mm开切第二刀，第二刀由右到左切割到桩截面95%左右，绳锯卡锁转换切割缝。

（4）上下间隔150mm开切第三刀，第三刀由右到左切割通整个桩截面。托换桩与上部结构剥离，分块切除掉桩1m。桩基础托换基本完成。

4总结

1、采用二重管旋喷桩进行地层加固，在强、中分化岩层钻进困难，依靠浆、气压力切割土体效果较差，导致成桩效果较差，达不到加固目的；在地下水流动性较强的富水砂层中，因砂层段渗透系数较大、受地下水流动影响，导致旋喷桩成桩效果较差，因此在砂层段的施工旋喷桩施工需先止水，注入浆液需快速初凝。

2、气动潜孔钻钢管桩施工，在富水砂层段采取跟管钻进成孔，管节连接采取套管连接，岩层段需管节连接采用坡口焊对接，成孔关键在于垂直度、管节焊接质量，采取钻杆顶部加钻杆限位器，保证钻杆的垂直度，在连接位置钢管外侧加钢管卡具，保证钢管垂直，同时利用靠尺以及激光水准仪辅助测量，确保桩身垂直度；对焊接头采取摊上检测，焊口位置需采用涂刷环氧树脂做到防腐效果。

3、监控量测至关重要，桩基拖换前需布设好既有建筑物及周边环境监测点，施工过程密切关注监测数据变化，且既有建筑物时代久远，多有出现与原设计图纸不符的情况，受力情况可能与原设计不符，因及时联系设计单位进行设计验算，同时，监测数据的收集更有利于施工过程的决策；

由于在城市内进行地下隧道施工，难免会下穿建筑物、构筑物等既有建筑，通过托换施工，能够保证隧道在下穿建筑物过程中的安全。在建筑物托换施工结束后，且盾构机通过该建筑期间，该建筑物的监测数据，进行整理、分析，分析结果为：建筑物累计沉降小于20mm，建筑物裂纹及破损基本无。

参考文献:

[1] 叶书麟，汪益基,桩基托换技术[M].北京:中国铁道出版社，1991.

[2] 李登华，桩基加固及托换工程施工技术[J].铁道建筑，2002，(12):21.

[3] 吕剑英，我国地铁工程建筑物基础托换技术综述[J].施工技术，2010，9（39）