李 軍 趙關(guān)華 秦 濤 于遠(yuǎn)祥 王賦宇

(1.陜西長(zhǎng)嘉建設(shè)工程有限公司，陜西 西安 710001； 2.陜西長(zhǎng)嘉人工地基檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710001； 3.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，人口和車輛的不斷增加，交通建設(shè)對(duì)于地面與地下空間的優(yōu)化利用就顯得十分重要。為了緩解地面交通壓力，地鐵、輕軌建設(shè)已經(jīng)成為各大城市的首選方案。隨著線網(wǎng)的加密，選線不僅要考慮工程地質(zhì)與工程經(jīng)濟(jì)等影響因素，還要考慮地面建(構(gòu))筑物和線網(wǎng)交叉等影響因素。雖然在原則上應(yīng)盡量避免地下交通線路的布設(shè)對(duì)地面建(構(gòu))筑物的影響，但是在實(shí)際中還是會(huì)存在部分隧道從既有橋梁下穿過的現(xiàn)象，并對(duì)橋梁造成影響。為解決這一問題，一般采用樁基托換技術(shù)。

1 工程概況

隧道托換樁位于西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3A航站樓西北側(cè)，為西安北客站至機(jī)場(chǎng)城際鐵路機(jī)場(chǎng)站下穿航站樓主線橋的樁基托換工程。由于機(jī)場(chǎng)站后區(qū)間下穿T3A航站樓前主線橋22號(hào)墩，該墩于曲線內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的橋墩，分別為22-1號(hào)和22-2號(hào)墩，需要對(duì)該橋墩進(jìn)行樁基托換，該橋墩為矩形花瓶墩，墩身截面1.3 m×2.5 m，墩柱高度10 m，墩柱下設(shè)2 m厚承臺(tái)，承臺(tái)下部設(shè)4根φ1.5 m樁基，樁長(zhǎng)35 m。該橋?yàn)槲靼蚕剃?yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓與地面和T2航站樓聯(lián)系的重要交通設(shè)施，托換部位上部梁體為異型混凝土連續(xù)梁，跨度為(24.045+21.023+11.837+22.182) m。區(qū)間隧道為單洞雙線馬蹄形斷面，寬度11.88 m～13.08 m，高度9.81 m，雙線線間距4.8 m，該段隧道為暗挖施工。樁基托換施工場(chǎng)地位于已施工的機(jī)場(chǎng)站圍擋范圍內(nèi)。在既有橋墩下施筑托換梁，把原有橋墩、承臺(tái)以及樁與托換梁連接起來(lái)，使得上部的荷載轉(zhuǎn)換到托換梁上，再通過托換梁傳遞到托換樁上，以代替原來(lái)的樁承受上部的荷載。單根橋墩在恒載和活載下設(shè)計(jì)軸力近18 000 kN，托換荷載巨大，托換梁跨度較大，工程極具挑戰(zhàn)性，其綜合跨度和托換噸位目前在國(guó)內(nèi)首屈一指，在黃土地區(qū)并無(wú)先例可循。

2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

2.1 工程特點(diǎn)

1)機(jī)場(chǎng)道路疏通難度大、體系轉(zhuǎn)換工藝較復(fù)雜、安全隱患大，施工期間大橋仍在繼續(xù)使用。

2)頂升時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制既有22-1號(hào)和22-2號(hào)橋墩墩頂位移和托換梁的兩端位移，既有22-1號(hào),22-2號(hào)墩頂位移控制在±3 mm，托換梁兩端上抬控制量在3 mm以內(nèi)，托換梁兩端同步頂升，托換樁受力沉降穩(wěn)定。

3)托換梁混凝土體積較大，屬于大體積混凝土，施工時(shí)應(yīng)保證混凝土的連續(xù)性，并采用合理的混凝土配方及溫度控制措施等，防止由于水化熱過大造成混凝土出現(xiàn)裂縫或開裂，影響施工質(zhì)量。

4)黃土地區(qū)缺乏大軸力樁基托換的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，并無(wú)先例可循。

2.2 工程重點(diǎn)

1)由于本工程為T3A航站樓主線橋樁基托換，所以對(duì)工程本身的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和日后運(yùn)營(yíng)的安全性要求都非常高，所以施工質(zhì)量，特別是各關(guān)鍵工序的施工質(zhì)量和過程控制是本工程施工中的控制重點(diǎn)。

2)由于托換基坑開挖勢(shì)必會(huì)造成周邊地面沉降，因此必須加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)以保證周邊建(構(gòu))筑物及地下管線安全，所以施工監(jiān)測(cè)也是本工程的施工重點(diǎn)。

3 主線橋樁基托換施工方案設(shè)計(jì)

主線橋22號(hào)墩曲線內(nèi)側(cè)墩及曲線外側(cè)墩托換梁基坑開挖交錯(cuò)進(jìn)行。先進(jìn)行22號(hào)墩曲線內(nèi)側(cè)墩的托換的施工，再進(jìn)行22號(hào)墩曲線外側(cè)墩的施工。

3.1 托換樁施工

托換樁樁徑2.0 m，按摩擦設(shè)計(jì)，樁混凝土等級(jí)為C35，樁基均采用后壓漿施工工藝。22-1樁長(zhǎng)分別為74 m和66 m各兩根，22-2樁長(zhǎng)分別為73 m和64 m各兩根。

3.2 托換梁基坑開挖及防護(hù)措施

本工程場(chǎng)地地形較平緩，地面高程約為475.2 m?；由疃?.44 m～6.74 m，保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。邊坡采用全放坡開挖，邊坡坡率采用1∶0.75，坡面采用插筋+掛網(wǎng)+噴混凝土防護(hù)，插筋采用Φ22鋼筋，長(zhǎng)1.5 m，間距1.5×1.5 m，梅花形布置，C25噴射混凝土厚15 cm，Φ8鋼筋網(wǎng)間距150 mm×150 mm。邊坡上設(shè)置泄水孔，坡中和坡腳各布置一排，間距10 m，梅花形布置。

3.3 界面處理及植筋

托換梁采用全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，22-1號(hào)墩托換梁尺寸為長(zhǎng)20.3 m，寬8.7 m，高3.5 m，22-2號(hào)墩托換梁尺寸為長(zhǎng)21.5 m，寬8.7 m，高3.5 m，混凝土等級(jí)為C50P8，管道壓漿采用M45水泥漿。托換結(jié)構(gòu)和既有承臺(tái)、橋墩采用“鉆孔植筋+連接面鑿毛+新舊混凝土界面膠”的連接方式，即在托換梁高度范圍內(nèi)，把托換樁、橋墩和承臺(tái)與托換梁相接觸部位表面鑿毛，深度為10 mm～20 mm左右，然后植筋，最后采用界面膠對(duì)新舊混凝土進(jìn)行處理。植筋平面圖如圖1所示。

3.4 托換梁施工

托換梁施工時(shí)對(duì)梁端預(yù)頂部位嚴(yán)格控制預(yù)埋鋼板的位置。由于此托換梁屬大體積混凝土，故需做降溫處理。在既有承臺(tái)兩側(cè)和托換梁內(nèi)各布設(shè)降兩層φ50 mm降溫管，施工中通水降溫,并應(yīng)保證托換梁出水口和入水口溫差不大于20 ℃。托換梁降溫管平面布置如圖2所示。

3.5 受力體系轉(zhuǎn)換

采用主動(dòng)托換法施工。托換時(shí)，在托換梁與鉆孔樁之間設(shè)置千斤頂加載，使上部結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)移到鉆孔樁上，同時(shí)使新樁的大部分位移通過千斤頂頂升的預(yù)壓來(lái)抵消，從而通過主動(dòng)加載實(shí)現(xiàn)托換樁替代原樁受力。

3.6 既有樁截?cái)?/h3>

預(yù)頂完成且全面觀測(cè)沉降變形穩(wěn)定后，通過兩次卸載至0.8P，每級(jí)荷載需維持1 h。千斤頂?shù)暮奢d根據(jù)在截樁過程中，每根托換樁基承受的恒載標(biāo)準(zhǔn)值確定，各千斤頂卸荷須根據(jù)預(yù)頂時(shí)荷載和截樁時(shí)的荷載確定卸荷量和卸荷分級(jí)，應(yīng)盡量保持同步。

待上部橋梁結(jié)構(gòu)及下部托換結(jié)構(gòu)變形全部穩(wěn)定后，方可截樁。每次切斷口的深度不得超過10 cm，且應(yīng)遵循由外向內(nèi)、層層剝離，分級(jí)切割的原則。斷樁斷口高度應(yīng)在30 cm～50 cm范圍內(nèi)。既有樁截?cái)嗳鐖D3所示。

3.7 混凝土澆封新樁

托換梁施工時(shí)，在托換梁對(duì)應(yīng)樁縱向鋼筋的位置預(yù)埋鋼筋，待預(yù)頂完成后，在保持預(yù)頂力穩(wěn)定不變的情況下將樁、梁預(yù)留鋼筋采用幫條焊進(jìn)行連接，焊縫長(zhǎng)度不小于5d，焊口寬度大于0.7 cm，深度滿足0.3 cm，同時(shí)同一區(qū)段內(nèi)鋼筋焊接接頭面積百分率不應(yīng)大于50%，連接區(qū)段長(zhǎng)度為35d。選用初凝需要4 h～5 h的C50微膨脹混凝土進(jìn)行封樁，在夜間無(wú)上橋車輛時(shí)段完成澆筑，施工時(shí)注意澆筑混凝土的密實(shí)，保證澆筑質(zhì)量，完成托梁和托換樁的剛性連接。

本設(shè)計(jì)托換樁基直徑大，封樁時(shí)混凝土施工難度大，正式封樁施工前應(yīng)進(jìn)行封樁工藝試驗(yàn)，確保封樁混凝土施工方案可靠，封樁工藝試驗(yàn)按照3個(gè)直徑2.0 m封樁接頭考慮，封樁試驗(yàn)完成后，鋸開樁身斷面，檢查接頭混凝土澆筑質(zhì)量，確保最終封樁工藝可靠。澆筑混凝土封樁如圖4所示。

3.8 基坑回填

基坑作為樁基托換的輔助工程，只是按臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，托換樁施工完成后應(yīng)予以回填，消除隱患。在基坑填埋之前，將基坑內(nèi)積水和雜物清理干凈，符合回填的虛土應(yīng)夯實(shí)，并經(jīng)隱蔽工程檢查合格后方可回填。

4 施工輔助工作

由于樁基托換工程對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形有特殊要求，樁基托換工程施工應(yīng)通過全過程監(jiān)測(cè)、及時(shí)反饋，保證整個(gè)施工過程在安全和可控的狀態(tài)下進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

1)西安北客站至機(jī)場(chǎng)城際鐵路機(jī)場(chǎng)站下穿航站樓主線橋的樁基托換工程，其橋墩樁基托換的軸力目前在國(guó)內(nèi)居于首位。在整個(gè)托換過程中，上部結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)控制在3 mm以內(nèi)，以保障機(jī)場(chǎng)大橋的正常使用。

2)本工程中托換結(jié)構(gòu)和既有承臺(tái)、橋墩采用“植筋+鑿毛+新舊混凝土界面膠”的新型連接方式，保證了原有樁基上部結(jié)構(gòu)在托換過程和使用過程中的安全性。

3)西安北客站至機(jī)場(chǎng)城際鐵路機(jī)場(chǎng)站下穿主線橋樁基托換工程的成功，為黃土地區(qū)其他的樁基托換工程提供了相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，讓今后黃土地區(qū)類似工程有先例可以借鑒，為復(fù)雜環(huán)境下地下空間的開發(fā)利用增加了可靠、實(shí)用、科學(xué)的技術(shù)手段。

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