砂卵石地层桥桩受地铁车站桩基托换影响的分析

袁顺德, 徐仁中, 刘玉勇, 王 鹏

(1. 中铁西南科学研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730000)



砂卵石地层桥桩受地铁车站桩基托换影响的分析

袁顺德1, 徐仁中2, 刘玉勇1, 王 鹏1

(1. 中铁西南科学研究院有限公司，四川成都 610031；2. 中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

在成都地铁4号线地铁车站桩基托换及车站开挖施做主体结构的施工过程中，成温立交桥7#桥墩产生38.24 mm的沉降，严重超过了既有桥梁沉降的允许值。通过研究砂卵石地层地铁车站桩基托换的桥墩沉降、托换梁应力、围护桩水平位移等参数的变化规律，分析在砂卵石地层中进行地铁车站桩基托换及基坑开挖施工影响既有桥梁的原因，提出有效控制桥墩沉降保证桥梁安全的应对措施。

砂卵石； 地铁车站； 基坑开挖； 桩基托换； 监测

地铁建设中常常遇到新建地铁线路下穿既有桥梁[1]、房屋等建筑物[2]的情况，须对原来的基础进行桩基托换。目前桩基托换主要分为主动托换和被动托换两种方法[3]。主动托换法是采用托换梁结合托换新桩的方式[4]，在托换梁与挖孔桩之间设置千斤顶加载，利用千斤顶使上部结构有微量位移，同时使新桩的大部分沉降通过千斤顶的预压来完成[5]，以避免在工后的沉降对建筑物产生不良的后果。在桩基托换施工过程中建立沉降变形监测系统对既有桥梁结构进行监测，分析砂卵石地层地铁车站桩基托换施工监测的数据，研究托换施工过程中的墩台钢筋应力、桩体水平位移等参数的变化规律，得出各种因素的影响情况。

1 工程概况

西南财大站是成都地铁4号线1期工程的中间站，为地下二层的岛式车站。站点位于二环路与成温立交桥的交叉路口，车站主体沿成温路东西向布置，成温立交桥上跨西南财大站，桥面为双向4车道，桥宽为15.1 m。成温立交桥7#桥墩桩基位于车站中央与车站主体结构位置冲突，需对该桥桩托换处理。桥下净空5 m，7#桥墩基础为2根长15.5 m、直径1.5 m的摩擦桩，桩中心距6.5 m，承台厚1.5 m，平面尺寸9.0 m×2.5 m。利用车站维护结构及临时立柱作为前期托换桩基，C30钻孔灌注桩，直径1 200 mm，基底以上桩长12.63 m，基底以下5.8 m，车站基坑围护结构桩长22.8 m。托换梁分别采用3根截面b×h=1 400 mm×2 200 mm+1根截面b×h=3 500 mm×2 200 mm+2根截面b×h=1 200 mm×3 580 mm组成托换体系。托换施工先托换至托换桩及车站围护桩上，待车站主体结构完成后二次托换至车站主体结构上方，是重大风险源，托梁下方设有中间立柱，如图1所示。

2 工程地质条件

地貌单元属于岷江水系Ⅰ级阶地。

图1 桥墩、托换桩、车站结构示意

杂填土主要以新近回填的碎石、砖块、 道路垃圾及原建筑基础和地坪残迹为主。

场地土层及地下水以赋存于卵石层的孔隙潜水为主，孔隙潜水富存于细砂和卵石层中。勘察期间测得本车站地下水稳定水位埋深为4.0～6.30 m。

3 施工监测

在施做临时立柱托换桩及桩基托换过程中进行施工监测，监测项目有桥墩沉降、托换梁钢筋应力、围护桩水平位移。共埋设4个桥墩沉降测点、16个托换桩钢筋应力测点、2个桩体测斜管，如图2所示。

图2 施工监测测点埋设示意

4 监测成果分析

4.1 托换梁钢筋应力

由图3可知，在第一次托换截原桩时，托换梁顶层钢筋受压，最大达到34 kN，底层钢筋受拉，达到31 kN，两端钢筋受力很小。随着基坑的开挖引起临时立柱桩周摩擦力的降低，托换梁两端的钢筋受力增加，中间钢筋受力基本不变。托换梁内钢筋受力不均一，托换梁承受扭矩和弯矩，产生扭转变形。

4.2 桥墩沉降

桥墩沉降分两个阶段：施做托换桩和进行托换的阶段。

由图4可知在施做托换桩阶段，砂卵石地层与黏土层不一样，透水性很强，临时立柱托换桩离原桥桩太近，施做钻孔灌注桩即临时托换桩时，由于桩基周围土层受到扰动及地下水位上升导致土体抗剪强度降低，引起桩基承载力降低桩基发生沉降最大沉降值为26.7 mm。

由图5可知在进行托换阶段，开挖基坑时，临时立柱周围土体被挖走导致侧阻力降低，桩体产生沉降；截断原桥桩时，托换桩为了产生侧阻力而与土体发生相对位移导致桥墩沉降；截断临时立柱桩进行第二次托换时引起桥墩产生沉降。

图3 托换梁钢筋受力数据曲线

图5 桥墩沉降数据曲线(托换施工)

从开始施做临时立柱托换桩、托换梁到桩基托换施工结束桥墩产生的沉降：QD-1为38.24 mm，QD-2为30.25 mm，QD-3为33.02 mm，QD-4为20.08 mm，总沉降最大为38.24 mm。

4.3 围护桩水平位移

由图6可知，围护桩与临时立柱桩共同构成第一次托换受力体系，在基坑开挖过程中卸掉桩体基坑侧的土体，不仅使桩周摩擦力降低引起桩体沉降而且桩体弯曲也会导致桩轴向产生沉降。

5 结论及建议

(1)施做托换桩时，原桥桩基周围土体受到扰动以及地下水位上升导致地下水位以上部分土层的抗剪强度降低侧阻力减小，采用对土层进行预加固的措施提高桩基侧阻力避免桥墩产生过大沉降。

图6 围护桩水平位移曲线

(2)基坑分层开挖施做主体结构期间，围护桩体发生弯曲变形，围护桩及托换桩由于桩周摩擦力降低，桩基产生沉降，托换梁发生扭转变形。

(3)采用增加车站围护结构桩长和托换桩桩长来增加侧阻力的措施从而减小开挖卸荷产生的桥墩沉降。

(4)采用逆作法比采用顺作法施做车站主体结构更能约束围护桩体的水平位移，从而可降低桥墩产生的沉降。

[1] 毛雪锋， 许智焰， 胡京涛.深圳地铁3号线广深铁路桥梁桩基托换设计[J]. 铁道工程学报，2012(3): 91-95.

[2] 柯在田， 高岩.深圳地铁大轴力桩基托换模型试验研究[J]. 中国铁道科学，2003(5)： 15-24.

[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): 8-12.

[4] 吕剑英， 薛煌.利用地下导洞实现桩基托换的设计方法[J]. 现代隧道技术，2007(1)： 27-30.

[5] 胡所亭.谢叠大桥9号墩桩基托换和顶升施工控制技术[J]. 铁道建筑，2008(8):39-42.

U443.16+3

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[定稿日期]2016-05-28

[作者信息]袁顺德(1970～)， 男，硕士，高级工程师，从事地铁工程科研与咨询工作。