西安地铁八号线丈八东路主线桥桩基托换设计

西安地铁八号线丈八东路主线桥桩基托换设计

杨松伟

中铁第一勘察设计院集团有限公司    陕西省西安市   710043

摘要：西安地铁八号线暗挖隧道下穿丈八东路主线桥时与既有桥梁桩基相冲突，采用钻孔灌注桩+托换梁的手段对桥梁桩基进行托换。本文介绍了主动托换技术的设计及施工方案，可为类似工程提供参考。

1  工程概况

1.1工程简介

西安地铁八号线为西安市的第一条环线地铁，线路全长49.896km，均为地下敷设线路。区间在下穿丈八东路主线桥及太白南路与丈八东路立交匝道桥时，隧道采用暗挖法施工，隧道轨面埋深约20m。丈八东路宽18.5m，匝道宽8m，设计活载为公路一级，双向四车道，匝道为单向双车道。区间在ZDK48＋949处与丈八东路正线桥10#桥桩干扰，线路夹角34°，本次工程对丈八东路主线桥10#桥桩进行桩基托换。该桥上部为3×30m预应力混凝土连续箱梁结构，采用单箱三室结构，梁宽18.5m，梁高1.7m，悬臂长2.0m。其中10#墩为连续梁中墩，1.4m×1.6m矩形双柱墩，基础采用1.5m钻孔灌注桩基础，桩长35m。

图1 八号线地铁与丈八东路平面位置关系图（单位：cm）

1.2工程地质及水文概况

区间场地地势较平坦，地面高程介于413.70～416.09m。地貌单元属皂河一级阶地。场地所处地层从上至下依次为杂填土及素填土（Q4ml）、黄土状土及中砂( Q4al+pl)、古土壤（Q3el）、粉质黏土及中砂( Q3al) 、粉质黏土及中砂( Q2al+l)。除中砂夹层外，其余各层土在该场地内均连续分布，且成层厚度较均匀。场地内湿陷性土层为黄土状土。湿陷性土层在场地内局部分布，区间沿线场地属非自重湿陷性黄土场地。

实测地下水稳定水位埋深为15.70～18.70m。据西安市多年水位观测资料，拟建场地低水位期为7～9月，高水位期为12月至翌年3月，水位年变幅2m左右。潜水补给主要由大气降水等地表水渗入及地下径流补给。

2桩基托换方案

丈八东路主线桥为丈八东路与太白南路立交的主要交通干道，需保证在桩基托换期间该桥梁的正常使用，考虑到被托换的10#墩为连续梁中墩，上部结构对位移沉降较敏感，故在实施托换时需将基础沉降控制在容许的范围之内。本工程采用主动托换[1,2]，将上部荷载通过托换梁传递到新的桩基上，同时实施预顶，以消除新桩的沉降变形。

2.1 托换梁布置方案

根据工程实际经验，一般保证托换桩基础至隧道外轮廓净间距大于1m，即可满足暗挖施工的要求[3]。托换结构垂直于左线区间隧道时，托换梁结构跨度最小，需拆除既有匝道及其挡墙，并在匝道南侧还建。托换梁长度14m，宽3m，高3.5m。根据现场勘察及竣工图资料收集，匝道挡墙高度5m，拆除还建工程量大，丈八东路车流量大，占据匝道南侧道路还建实施难度大。为不拆除既有匝道，托换梁布置平行与既有承台轴线方向布置。桩与隧道结构外侧最小距离不小于1m。布置托换梁结构如图2所示。该方案托换梁结构与匝道基础之间间距为1.9m，且存在一根DN800的球墨铸铁管，基坑开挖时需在匝道挡墙与托换梁之间插打钢板桩。

图2 托换结构平行于既有承台（单位：cm）

2.2 托换梁结构方案

托换采用主动托换，托换梁按全预应力混凝土结构设计，采用C50防水混凝土，抗渗等级P8。托换梁尺寸为23m×4m×3.5m（长×宽×高），托换桩采用直径1.8m的钻孔灌注桩，按摩擦桩设计。托换梁立面布置如图3所示。

图3 托换梁立面布置图（单位：cm）

2.3托换梁与既有结构的连接方案

托换结构和既有承台、桥墩间的连接节点承受剪力大，受力复杂，设计采用“植筋+凿毛+新旧混凝土界面胶”的连接方式，即把被托换桩、桥墩和承台与托换梁相接触部位表面凿毛，深度宜为10~20mm左右，然后植筋，最后采用界面胶对新旧混凝土进行界面处理。

植筋采用直径25mm钢筋，钻孔深度400mm，钻孔直径为32mm。植筋前，为保证新旧混凝土协同作用，对新旧混凝土界面进行处理，将旧混凝土表面凿毛10mm左右，并用水充分润湿，清洗干净，并喷涂界面胶[4]。植筋前在既有结构上划出植筋孔位置，钻孔时必须跳钻，并且钻好一面锚一面的钢筋。锚筋前必须将孔内灰尘用风吹干净。植筋注胶应从孔底向外均匀、缓慢进行，应注意排除孔内的空气，注胶量应以植入锚栓后略有胶液被挤出为宜。

3  桩基托换施工

3.1主要施工步骤

为控制施工质量和保证托换安全有序的进行，施工过程中必须明确具体施工步骤，主要施工步骤如下：

1）前期准备及辅助工程：建立既有桥梁结构沉降、变形监测系统，详细调查并记录现有主线桥的全面状况，包括：沉降、裂缝、变形情况、布置测量准点等。

2）既有主线桥10#墩墩顶布置薄型千斤顶。在9#、11#墩承台上布置钢支架，钢支架需设于既有桥梁下，支架上放置钢平台，平台上放置薄型千斤顶，千斤顶用于后期的梁底位移控制和应急顶升，保证既有桥梁在托换施工过程中受力稳定。

3）开展钢板桩施工，开挖托换梁所需基坑，做好既有管线的防护。按桩基后压浆技术进行托换桩基施工。

4）托换梁基坑施工：开挖范围是以整个托换梁外边缘为界，并预留预应力张拉机具的位置。基坑开挖时要做好挡护，同时应监控上部结构的变化。

5）既有桥墩、承台和桩基表面进行凿毛、界面处理和植筋。

6）托换梁施工：整个托换梁混凝土连续浇筑，不留施工缝，施工时应保证预应力钢绞线孔道位置准确，同时对托换桩与梁间进行支撑处理。

7）分批张拉预应力钢束。

8）在托换桩上设置千斤顶，实施分级预顶，对托换新桩反压。

9）破除既有桩，待沉降稳定后，浇筑托换梁桩间微膨胀混凝土，实施体系转换[5]。

3.2施工组织安排

1）托换与隧道施工关系

设计隧道为暗挖施工，基坑防护桩应在托换结构施工之前施工。

2）施工场地

该桥的基础托换主要在该桥的桥面下进行，施工期间将占用桥下部分路面。千斤顶加载和截桩的施工应在夜晚封闭桥上交通后进行。

3）管线及其它构筑物的改移

基础托换进行之前必须查明周边地下管线及构筑物的情况，如发现管道及电缆等，需对其进行迁移或采取其他有效保护措施。

4  结语

随着我国城市轨道交通建设的快速发展，地铁线路会不可避免地穿越既有建筑物，桩基托换技术的应用将会越来越多。桩基主动托换技术在西安地铁八号线的成功应用，证明了该技术的可行性与合理性，值得进行大力推广，为今后此类型地铁隧道的设计施工提供了参考。

参考文献

[1]刘阳.地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究[J].智能城市,2021,7(12):133-134.

[2] 刘春杰,刘永祥.多种桩基托换技术在深圳地铁9号线中的应用[J].现代城市轨道交通,2020(12):79-83.

[3] 郝文海.盾构隧道穿越高架桩基础的支撑方案研究[J].中国设备工程,2022(08):193-195.

[4] 吴佩.盾构隧道下穿城市桥梁桩基托换技术施工与监测[J].运输经理世界,2022(23):71-74.

[5]吕显福,毕经东.明挖法下穿通道涉既有桥梁桩基托换施工技术分析[J].建筑技术开发,2022,49(03):30-32.