CN116971430B - 一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，属于桩基托换施工技术领域。本发明桩基托换施工及变形控制方法的步骤包括确定桩基托换设计方案，托换桩、桩帽及托换梁的施工，准备顶升施工前的相应工作，分级顶升，截断被托换桩，断桩托换体系稳定，沉降可控后支顶装置浇筑混凝土将托换桩与托换梁进行封固，完成桩基托换。因此，本发明设置托换梁及托换桩承受上部荷载，地梁式托换体系在施工过程中不再需要对地面以上的桥梁结构进行改造，控制方法保证变形控制在安全范围内，同时保证托换结构稳定安全。

Description

一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法

技术领域

本发明涉及桩基托换施工技术领域，尤其涉及一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法。

背景技术

地铁线路往往位于城市主干道及立交桥下方，因此地铁在既有桥梁下穿过几乎在每个城市中都不可避免，这就带来了对原桩基保护的问题。对于桩基础托换的处理办法一般为桩基托换和桩基保护：桩基托换为主动托换方法，该类保护适用于桩基与设计隧道线路冲突情况，在区间隧道施工通过前，将原桩的受力体系转换到新建桩基后，对原桩基进行截断的保护方法；桩基保护为被动托换方法，该类保护适用于桩基与隧道水平或竖向净距小，为保障安全，采用“托而不换”的措施，不对原桩进行截断处理，新增桩基及托梁达到加固作用。

目前桩基托换结构对新旧桩的不均匀沉降的适应力是相当有限的，旧桩的沉降变形应在没有新的影响因素情况下，认为已基本稳定，而新的托换梁及托换桩在受荷后必然产生沉降变形，所以如何控制托换结构的沉降变形是桩基托换的一个核心问题。托换结构的承载力与变形的问题主要是在桩基托换施工与托换完成后结构的使用期间，必须保证托换结构足够的稳定与安全，必须保证被托换桩及托换结构的变形在安全范围内，同时保证整体上部构筑物的沉降以及变形均在安全范围内。

桩基托换除了以上沉降变形的问题，对下穿的隧道等建筑土体的影响也较大，目前存在电力隧道和各种隧道穿越桩基托换群桩区域，被托换桩在截桩前，被托换桩对下穿的隧道外部具有摩擦力以及承台附近土体对下穿隧道的土压力满足原结构的抗浮设计要求，当被托换桩截桩后，新承台较大同时托换桩距离下穿隧道较远，新承台对下穿隧道附近土体的土压力以及托换桩对下穿隧道外部的摩擦力并不能满足新结构的抗浮设计，同时对下穿隧道存在被向上顶裂的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，设置托换梁及托换桩承受上部荷载，以满足盾构通过要求，地梁式托换体系在施工过程中不再需要对地面以上的桥梁结构进行改造，同时保证托换结构稳定安全，变形控制在安全范围内，解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，包括以下步骤：

S100、确定桩基托换设计方案：采用地梁式托换体系、主动托换形式，设置桩基托换结构承受上部荷载，所述桩基托换结构包括托换梁、托换桩和桩帽，所述托换梁将既有承台包裹在内，所述托换桩的顶部设有桩帽，所述托换梁与所述桩帽之间设置有支顶装置，所述支顶装置包括沿着托换桩形心从内至外依次环绕布置n组支撑调节装置和n组托换顶升千斤顶；

S200、托换桩、桩帽及托换梁的施工：钻孔施工托换桩，待托换桩达到设计强度后，进而开挖桩帽基坑和托换梁基坑，完成桩基托换工程基坑开挖施工，依次完成桩帽和托换梁施工，在托换梁达到强度要求后，准备顶升施工前的相应工作；

S300、托换桩的顶升设计力：截桩前被托换桩的顶升力与既有承台对电力隧道向下的土压力保持平衡保证原结构抗浮设计，为满足截桩前后抗浮设计不变的原则，需削减托换后托换桩的顶升设计力，托换梁分配至电力隧道的土压力就会增大，托换桩的顶升设计力应满足下列公式：

其中，F_顶为单个托换桩的顶升设计力，F₀为单个被托换桩截桩前的顶升力，F为托换梁下方土体对电力隧道的土压力，β为顶升设计力的削减系数，α为土压力分配系数，k为被托换桩的个数；

S400、顶升施工要求：托换桩上支撑调节装置所能提供的最大支撑力N_max大于最大的每桩顶升设计力F_max，其中每组支撑调节装置是由m根钢管混凝土柱均布在两压板之间，应满足下列公式：

N_max=mnN_u＞F_max

其中，N_max为单根托换桩上n组支撑调节装置所能提供的最大支撑力，N_u为钢管混凝土柱的轴心受压承载力设计值，F_max为桥墩下所有新的托换桩中最大的每桩顶升设计力，单个桩帽中心设置的钢管混凝土立柱个数为mn;

S500、分级顶升：根据步骤S300顶升施工要求对每一托换桩进行支撑力验算后，确定每一托换桩的顶升力设计值，分级加载顶升施工至顶升力设计值后进行主动托换，主动托换受力转换完成后，既有承台下方桥桩承受的力即通过托换梁转换至托换桩上；

S600、截断被托换桩：顶升达到设计要求后，待上部桥梁结构及下部托换结构全部稳定后，加固支撑调节装置，千斤顶逐级卸载至设计顶升力的60%时锁定千斤顶，截断被托换桩，在切除过程中根据墩顶的位移变化调整千斤顶顶力及支撑装置，直至顶升达到初始状态以上1mm位置，完成截断施工形成新的托换体系；

S700、断桩后新的托换体系稳定，沉降可控后将托换梁与桩帽之间的支顶装置浇筑混凝土将托换桩与托换梁进行封固，最终完成桩基托换。

作为本发明优选地，步骤S500中所述的分级加载顶升施工步骤具体为：

a)布设监测点，根据实测托换梁顶位置变形值、被托换桩沉降值，对托梁进行逐级顶升，并监测各监测点的位移、应变变化情况；顶升时采用位移、顶升力双控，顶升力按设计顶升力的40%、60%、80%、90%、100%、105%、110%进行分级加载;

b)分级加载顶升使托换桩预先承受超过托换后的荷载量，在短时间内完成大部分沉降变形，并检验托换梁及梁、柱接头受荷变形情况，确定其安全工作状态；

c)每一级加载完成后，观测顶升量，当顶升量与顶升应力不符时，调整个别千斤顶顶升应力，直至桥梁上部结构均匀上升至顶升力设计值。

进一步优选地，布设监测点具体是在托换梁完成后对被托换桩的托换受力转换施工时进行，被托换桩的桩顶及四个边、托换梁顶、托换桩顶均安装电子位移计测量各监控点的位移量，在托换桩的桩帽上、托换桩桩周垂直托换梁的方向上对称安装位移计监测托换梁与桩帽之间的位移量；在托换梁最大弯矩截面的两侧预埋钢筋应变计测量托换梁的变形量；在托换桩与托换梁之间安装电子位移计测量顶升量；在被托换桩顶安装纵横向倾角仪监测托换桩的纵横向倾斜度，在托换梁和桩帽上安装倾角仪监测托换梁及承台不均匀变化的倾角仪。

作为本发明优选地，所述桩帽与托换梁底面之间预留一定的顶升空间，所述桩帽上布置的n组托换顶升千斤顶组合形心与托换桩的形心重合，所述托换顶升千斤顶与桩帽顶面之间设有钢板垫块；每一托换桩上的托换顶升千斤顶并联顶升，由同一台液压油泵站控制，以确保千斤顶顶升力相同。顶升过程中顶升力加载需缓慢进行，支撑调节装置应随千斤顶顶升而调节高度，对托换梁体的稳定及加载千斤顶的使用起安全保险作用。

作为本发明优选地，所述支撑调节装置由三根钢管混凝土柱进行品字型布置，截断后，支撑调节装置永久置于托换梁与托换桩之间的支顶装置内。钢管混凝土柱两两焊接贴紧，确保支撑调节装置的整体性。

作为本发明优选地，在步骤S200中，所述桩基托换工程基坑开挖施工按照逆作法具体步骤分三步：

a)开挖至托换梁底标高以下10cm；

b)在步骤a)的基础上局部开挖桩帽及截水沟至底标高，并依次施作截水沟、桩帽和托换梁；

c)待千斤顶预顶后，局部掏槽开挖截断被托换桩的工作基坑，开挖深度为1.2~1.8m，提供截桩工作面。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明采用主动托换为主，在被托换桩截断前，对托换桩和桩基托换整体结构施加荷载，从而使桥梁上部荷载全部转移到托换梁上，同时通过预加载消除部分托换桩和桩基托换结构的变形，使托换桩和结构的变形控制在较小的范围，在顶升施工前对支撑调节装置进行支撑力验算，满足顶升施工要求后再进行分级加载施工，确保顶升达到设计要求，有效控制托换产生的变形；对于托换载荷较小时采用被动托换方式，新增承台和钢管混凝土柱对既有承台进行加固，达到托而不换的目的。主动托换为主，被动托换为辅，桩基托换时产生的变形得到更有效的控制，对于主动托换的桩群针对基坑开放方式不同设置群桩区和换乘区，合理安排施工步骤，主次分明，提高施工效率。本发明的桩基托换结构中支撑调节装置与托换顶升千斤顶的布置，结构稳定可靠，在托换梁达到强度要求后，通过预顶消除托换后桥梁荷载作用至新桩产生的变形对桥梁的不利影响，防止新桩桩顶沉降带动桥墩沉降，确保既有桥梁安全和桩基托换施工安全，在整个施工过程中不再需要对地面以上的桥梁结构进行改造即可完成桩基托换工程。

附图说明

图1为本发明桩基托换结构示意图；

图2为本发明桩基托换时支顶装置的A-A截面示意图；

图3为本发明桩基托换监测点布设示意图；

图中：1-桥墩、2-托换梁、3-既有承台、4-托换桩、40-桩帽、5-被托换桩、6-截水沟、7-支顶装置、80-托换顶升千斤顶、81-钢板垫块、9-支撑调节装置、90-钢管混凝土柱、91-压板、10-监测点、11-地面、12-电力隧道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

具体应用项目在成都轨道交通30号线一期工程，区间Y/ZDK28+900~Y/ZDK29+280里程范围内，下侧穿娇子立交桥桩多处，立交最西端为与新机场高速接驳的J0桩，最东段为靠近娇子立交站小里程端的A7桩（侵占隧道约1.6m），220Kv电力隧道12穿越桩基托换施工的群桩区域以及换乘区域，本段区间共需要处理的桩基具体情况如下：

（1）桩基托换：主动托换方式，本工程共4处，分别为H1-16、F-7、A6、A7，采用“新增托换梁+混凝土桩”的托换措施，如图1 桩基托换示意图所示。

（2）桩基保护：被动托换方式，除了上述外其余全部采用“新增承台+钢管桩或混凝土桩”的加固保护措施，由于部分桩基靠近隧道线路，为避免隧道施工对桥梁桩基产生不利影响，采用了“托而不换”的措施，桩基F4、H1-15、J15、G15、F6、F8等采用“新增承台+钢管桩”的加固措施进行保护。该方式不具体展开。

具体而言，本发明一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，包括以下步骤：

S100、确定桩基托换设计方案：采用地梁式托换体系、主动托换形式，设置桩基托换结构承受上部荷载，所述桩基托换结构包括托换梁2、托换桩4和桩帽40，所述托换梁2将既有承台3包裹在内，所述托换桩4的顶部设有桩帽40，所述托换梁2与所述桩帽40之间设置有支顶装置，所述支顶装置包括沿着桩形心从内至外依次环绕布置n组支撑调节装置9和n组托换顶升千斤顶80；

具体地，如图2所示，所述桩帽40与托换梁2底面之间预留500mm的顶升空间，所述桩帽40上布置的3组托换顶升千斤顶80组合形心与托换桩4的形心重合，所述托换顶升千斤顶80与桩帽40顶面之间设有钢板垫块81；每一托换桩4上的托换顶升千斤顶80并联顶升，由同一台液压油泵站控制，以确保千斤顶顶升力相同。顶升过程中顶升力加载需缓慢进行，支撑调节装置9应随千斤顶顶升而调节高度，对托换梁体的稳定及加载千斤顶的使用起安全保险作用。

具体地，如图2所示，所述支撑调节装置9由三根钢管混凝土柱90进行品字型布置，截断后，支撑调节装置9永久置于托换梁2与托换桩4之间的支顶装置7内。钢管混凝土柱90两两焊接贴紧，确保支撑调节装置9的整体性。

其中，所述托换桩4为新增混凝土桩，采用两根Փ2.0m钻孔桩，C35混凝土，托换梁2采用普通钢筋混凝土结构，C40混凝土，桩顶设置桩帽40；钢筋采用HPB300型和HRB400型普通钢筋，桩帽40顶面与托换梁2底之间50cm高度范围为支顶装置7，支顶装置和锁定器在此范围内工作。

其中，本工程使用的千斤顶型号为YZF200/100，每一个桩帽40上均配3组支撑调节装置9，每组支撑调节装置9由3个Փ200混凝土钢管柱、一块500X500X20mm钢板以及2块500X500X15/20楔板组成。每组支撑调节装置9内的钢管砼柱高度为445mm，呈三根柱品字型布置，两两柱焊接贴紧，确保支撑调节装置9的整体性，支撑调节装置9布置严格按照图2千斤顶及支撑调节装置9布置图实施。

本工程中除了步骤S100主动托换方式外，其余桩基采用被动托换方式，对原桩进行加固措施；

（1）由于部分桩基靠近隧道线路，为避免隧道施工对桥梁桩基产生不利影响，采用了“托而不换”的措施，桩基F4、H1-15、J15、G15、F6、F8等采用“新增承台+钢管桩”的加固措施进行保护。

（2）钢管混凝土桩中钢管采用Q345B级钢、Փ245x16mm无缝钢管，表面喷砂除锈、喷环氧富锌漆，含1道底漆和2道面漆；管内灌M30水泥砂浆；预埋后期桩底注浆管，采用32mm无缝铁管，钢管的连接采用法兰连接，注浆管管底口用胶布封住；后期桩底注浆管端部应做成花管形式，在管底口以上3m范围内开孔，开孔直径8mm,间距250mm ,孔眼用胶布封住。

（3）钢管混凝土桩施工工序：

①对施工范围内的管线及建构筑物进行探挖，探挖深度为3m，明确基承台基坑开挖影响范围内的地下管线的位置、埋深、管线材质、基础形式。并汇同业主、监理、设计等相关单位及管线权属部门共同协调、研究其改迁、加固、悬吊保护方案，确保管线的安全与正常使用。

②钻机定位：钢管桩桩位偏差不应大于20mm ,桩身垂直偏差不应大于1%。

③成孔：钢管桩采用潜孔钻机成孔，钢管同时跟进；钻孔至设计标高后必须清孔，沉碴厚度不大于50mm，桩身水泥砂浆注浆管随钢管下放。每桩通长预埋2根后期桩底注浆管，预埋在钢管桩内，端部应做成花管形式,采用32壁厚3mm钢管,其中第一根管在承台施工完成并形成强度后对桩底注水泥浆,第二根预埋管作为信息化施工需要，留待后期跟踪注浆使用,是否注浆应视桥墩1的变形监测情况而定。

④注浆：桩身M30水泥砂浆注浆管可在注浆过程中随注随拔，但应保证注浆管埋入水泥浆中2~3m，注浆压力为0.6~1.2MPa；在F4、H1-15、G15的基坑采用拉森钢板桩支护，钢板桩插入基坑底部地下3米，其余的基坑采用放坡的方法施工，在施工前准备好所有的支护材料以及支顶措施。桩基承台施工完成并形成强度后，进行后期桩底压浆，注浆压力1~1.5MPa，注浆材料采用水泥浆，水灰比宜为0.5~1，浆液初凝时间宜控制在120min内。

⑤钢管桩顶部深入承台250mm(含垫层150mm),并焊接锚固钢筋，锚筋长度不小于1米，钢筋与钢管的角焊缝hf=d/2，d为钢筋直径。承台施工工艺与托换梁2施工中的承台施工工艺相同。

⑥钢管混凝土桩按端承桩设计，单桩承载力不小于680kN，柱底进入中风化泥岩不小于1米。

S200、托换桩4、桩帽40及托换梁2的施工：钻孔施工托换桩4，待托换桩4达到设计强度后，进而开挖桩帽40基坑和托换梁2基坑，完成桩基托换工程基坑开挖施工，依次完成桩帽40和托换梁2施工，在托换梁2达到强度要求后，准备顶升施工前的相应工作；

具体地，在步骤S200中，所述桩基托换工程基坑开挖施工按照逆作法具体步骤分三步：

a)开挖至托换梁2底标高以下10cm；

b)在步骤a)的基础上局部开挖桩帽40及截水沟6至底标高，并依次施作截水沟6、桩帽40和托换梁2；

c)待千斤顶预顶后，局部掏槽开挖截断被托换桩5的工作基坑，开挖深度为1.2~1.8m，提供截桩工作面。

S300、托换桩4的顶升设计力：截桩前被托换桩5的顶升力与既有承台3对电力隧道12向下的土压力保持平衡保证原结构抗浮设计，为满足截桩前后抗浮设计不变的原则，需削减托换后托换桩4的顶升设计力，托换梁2分配至电力隧道12的土压力就会增大，托换桩4的顶升设计力应满足下列公式：

其中，F_顶为单个托换桩4的顶升设计力，F₀为单个被托换桩5截桩前的顶升力，F为托换梁2下方土体对电力隧道12的土压力，β为顶升设计力的削减系数，α为土压力分配系数，k为被托换桩5的个数。

顶升设计力的削减系数是一个小于或等于1的数，取值0.8~1.0，通常根据既有承台3和托换梁2长度以及它们各自的长细比来确定，土压力分配系数取值根据实际作业土体的性质按照规范选取，本实施例中被托换桩5的个数为2，即既有承台3下设有2根被托换桩5，如H1-16、F-7、A6、A7桥墩1分别对应的既有承台3下均有两根被托换桩5。托换桩4的顶升设计力的计算确保电力隧道12附近土体的变化不对其造成影响，满足整体结构抗浮设计要求。

S400、顶升施工要求：托换桩4上支撑调节装置9所能提供的最大支撑力N_max大于最大顶升设计力F_max，其中每组支撑调节装置9是由m根钢管混凝土柱90均布在两压板91之间，按照以下公式即可满足要求，

N_max=mnN_u＞F_max

其中，N_max为单根托换桩4上n组支撑调节装置9所能提供的最大支撑力，N_u为钢管混凝土柱90的轴心受压承载力设计值，F_max为桥墩1下所有新的托换桩4中最大的每桩顶升设计力，单个桩帽40中心设置的钢管混凝土立柱个数为mn;

上述步骤具体实施例中，支顶装置包括沿着桩形心环绕交错布置3组托换顶升千斤顶80和3组支撑调节装置9，每组支撑调节装置9是由3根钢管混凝土柱90均布在两压板91之间：

钢管混凝土柱90的具体参数：钢管采用Փ203×6mm型无缝钢管，材质Q235，截面面积As=3713.4mm²，29.15Kg/m，抗压强度设计值为f=215N/mm²，抗剪强度设计值为f_v=125N/mm²，C40混凝土轴心抗压强度设计值为f_c=19.1N/mm²，钢管内混凝土截面积A_c=28637.59mm²。托换桩4的每桩顶升设计力如下表所示：

由上表可知，最大顶升力存在为F7号桥墩，桥墩下所有新的托换桩4中最大的每桩顶升设计力为F_max=765t。

钢管混凝土柱90的轴心受压承载力设计值应按下列公式计算：

N_u=ψ_eψ₁N₀

钢管混凝土构件的套箍系数：

=(215×37.134×100)/(28637.59×19.1)=1.46

根据混凝土等级确定系数α的取值，参见下表：

钢管中采用C30混凝土，α取值2，可知：1/(α-1)²=1

当>1/(α-1)²时，压短柱的强度承载力设计值：

由于支撑调节装置9上下均设置压板91，钢管混凝土柱90不考虑偏心率ψ_e影响。钢管混凝土柱90长细比影响的承载力折减系数ψ₁：由于Le/D=500/203=2.5<4，因此取ψ₁=1；

综上所述：N_u=ψ_eψ₁N₀=1805.8KN=180.6t，因此单个桩帽40中心设置的钢管混凝土立柱为mn=3×3=9个，所能提供的最大支撑力为：

N_max=mnN_u =9×180.6t=1625.4t>>765t（F_max）

经过上述验算可知，满足顶升施工要求。顶升施工时，桥梁上部车辆限制≥10吨的车辆通行，车辆限速20公里/小时，在必要时应申请封锁相应顶升施工所属匝道后进行顶升施工以保证安全。

S500、分级顶升：根据上部顶升施工要求对每一托换桩4进行支撑力验算后，确定每一托换桩4的顶升力设计值，分级加载顶升施工至顶升力设计值后进行主动托换，主动托换受力转换完成后，既有承台3下方桥桩承受的力即通过托换梁2转换至托换桩4上；

S600、截断被托换桩5：顶升达到设计要求后，待上部桥梁结构及下部托换结构全部稳定后，加固支撑调节装置9，千斤顶逐级卸载至设计顶升力的60%时锁定千斤顶，截断被托换桩5，在切除过程中根据墩顶的位移变化调整千斤顶顶力及支撑装置，直至顶升达到初始状态以上1mm位置，完成截断施工形成新的托换体系；

S700、断桩后新的托换体系稳定，沉降可控后将托换梁2与桩帽40之间的支顶装置7浇筑混凝土将托换桩4与托换梁2进行封固，最终完成桩基托换。

本实施例的具体实施方式之一，参见图3，步骤S500中所述的分级加载顶升施工步骤具体为：

a)布设监测点10，根据实测托换梁2顶位置变形值、被托换桩5沉降值，对托梁进行逐级顶升，并监测各监测点10的位移、应变变化情况；顶升时采用位移、顶升力双控，顶升力按设计顶升力的40%、60%、80%、90%、100%、105%、110%进行分级加载；每级加载后稳定观察10分钟，再升级加载；顶升时不可一次性加载到最大值，顶升时被托换梁2顶端最大向上的累计位移不大于1mm，大于此值应立即停止加载；

b)分级加载顶升使托换桩4预先承受超过托换后的荷载量，在短时间内完成大部分沉降变形，并检验托换梁2及梁、柱接头受荷变形情况，确定其安全工作状态；

c)每一级加载完成后，观测顶升量，当顶升量与顶升应力不符时，调整个别千斤顶顶升应力，直至桥梁上部结构均匀上升至顶升力设计值。

具体地，如图3，布设监测点10具体是在托换梁2完成后对被托换桩5的托换受力转换施工时进行，建立监测系统，所有监测点10均采用自动监测仪器，能适时读取、观测施工过程中的数值。

被托换桩5的桩顶及四个边、托换梁2顶、托换桩4顶均安装电子位移计，用于观测各点竖向、水平位移以及托梁及既有墩柱的相对位移，在托换桩4的桩帽40上、托换桩4桩周垂直托换梁2的方向上对称安装位移计监测托换梁2与桩帽40之间的位移量；在托换梁2最大弯矩截面（被托换桩5的中心线）的两侧预埋钢筋应变计测量梁体的纵向应力；在每个托换桩4的预定承台上，在托换桩4周垂直托换梁2方向对称安装2只电子位移计，用以监测托换梁2底与桩帽40之间的距离变化，监测托换梁2的扭转变形的同时可以测试卸荷前后安全装置的压缩变形量；在托换桩4与托换梁2之间安装电子位移计测量顶升量；在被托换桩5顶安装纵横向倾角仪监测托换桩4的纵横向倾斜度，在托换梁2和桩帽40上安装倾角仪监测托换梁2及承台不均匀变化的倾角仪。

另外，在托换桩4上，选取一个测试截面，对称布置4个应变计，测试截面局部应力状态，用于被托换桩5的应力监测；被托换桩5竖向位移采用电子位移计进行监测。

应全程对托换梁2施工、车站明挖结构施工及既有桥梁进行协同监测。施工过程中对托换桩4顶沉降按如下规定进行监控和处理：U=实测值/容许值。

U<0.7：安全；

0.7<U<0.85：黄色预警，加强组织分析，加强监测和巡视；

0.85<U<1：橙色预警，立即组织四方制定专项风险处理方案，加强监测和巡视；

U>1：红色预警，立即停止托换施工，启动应急预案，加强监测和巡视。

通过监控量测了解各施工阶段地层与桥梁本身状态的动态变化，掌握施工过程中工程自身结构所处的安全状态。一方面确保桥梁结构变形在安全、可承受范围内，另一方面，根据监控量测结果及时调整托换施工参数。

由此可见，本发明成功应用在成都地铁电力隧道12桩基托换工程上，以主动托换为主，被动托换为辅，桩基托换时产生的变形得到更有效的控制，对于主动托换的桩群针对基坑开放方式不同设置群桩区和换乘区，合理安排施工步骤，主次分明，提高施工效率。桩基托换结构中支撑调节装置9与托换顶升千斤顶80的布置，结构稳定可靠，在托换梁2达到强度要求后，通过预顶消除托换后桥梁荷载作用至新桩产生的变形对桥梁的不利影响，防止新桩桩顶沉降带动桥墩1沉降，确保既有桥梁安全和桩基托换施工安全，在整个施工过程中不再需要对地面11以上的桥梁结构进行改造即可完成桩基托换工程，符合本工程的需求，可推广应用在地铁隧道桩基托换工程上。

Claims (6)

1.一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S100、确定桩基托换设计方案：采用地梁式托换体系、主动托换形式，设置桩基托换结构承受上部荷载，所述桩基托换结构包括托换梁、托换桩和桩帽，所述托换梁将既有承台包裹在内，所述托换桩的顶部设有桩帽，所述托换梁与所述桩帽之间设置有支顶装置，所述支顶装置包括沿着托换桩形心从内至外依次环绕布置n组支撑调节装置和n组托换顶升千斤顶；

S200、托换桩、桩帽及托换梁的施工：钻孔施工托换桩，待托换桩达到设计强度后，进而开挖桩帽基坑和托换梁基坑，完成桩基托换工程基坑开挖施工，依次完成桩帽和托换梁施工，在托换梁达到强度要求后，准备顶升施工前的相应工作；

S300、托换桩的顶升设计力：截桩前被托换桩的顶升力与既有承台对电力隧道向下的土压力保持平衡保证原结构抗浮设计，为满足截桩前后抗浮设计不变的原则，需削减托换后托换桩的顶升设计力，托换梁分配至电力隧道的土压力就会增大，托换桩的顶升设计力应满足下列公式：

其中，F_顶为单个托换桩的顶升设计力，F₀为单个被托换桩截桩前的顶升力，F为托换梁下方土体对电力隧道的土压力，β为顶升设计力的削减系数，α为土压力分配系数，k为被托换桩的个数；

S400、顶升施工要求：托换桩上支撑调节装置所能提供的最大支撑力N_max大于最大的每桩顶升设计力F_max，其中每组支撑调节装置是由m根钢管混凝土柱均布在两压板之间，应满足下列公式：

N_max=mnN_u＞F_max

其中，N_max为单根托换桩上n组支撑调节装置所能提供的最大支撑力，N_u为钢管混凝土柱的轴心受压承载力设计值，F_max为桥墩下所有新的托换桩中最大的每桩顶升设计力，单个桩帽中心设置的钢管混凝土立柱个数为m乘以n;

S500、分级顶升：根据步骤S300顶升施工要求对每一托换桩进行支撑力验算后，确定每一托换桩的顶升力设计值，分级加载顶升施工至顶升力设计值后进行主动托换，主动托换受力转换完成后，既有承台下方桥桩承受的力即通过托换梁转换至托换桩上；

S600、截断被托换桩：顶升达到设计要求后，待上部桥梁结构及下部托换结构全部稳定后，加固支撑调节装置，千斤顶逐级卸载至设计顶升力的60%时锁定千斤顶，截断被托换桩，在切除过程中根据墩顶的位移变化调整千斤顶顶力及支撑装置，直至顶升达到初始状态以上1mm位置，完成截断施工形成新的托换体系；

S700、断桩后新的托换体系稳定，沉降可控后将托换梁与桩帽之间的支顶装置浇筑混凝土将托换桩与托换梁进行封固，最终完成桩基托换。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于步骤S500中所述分级加载顶升施工步骤具体为：

a)布设监测点，根据实测托换梁顶位置变形值、被托换桩沉降值，对托梁进行逐级顶升，并监测各监测点的位移、应变变化情况；顶升时采用位移、顶升力双控，顶升力按设计顶升力的40%、60%、80%、90%、100%、105%、110%进行分级加载;

b)分级加载顶升使托换桩预先承受超过托换后的荷载量，在短时间内完成大部分沉降变形，并检验托换梁及梁、柱接头受荷变形情况，确定其安全工作状态；

c)每一级加载完成后，观测顶升量，当顶升量与顶升应力不符时，调整个别千斤顶顶升应力，直至桥梁上部结构均匀上升至顶升力设计值。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于：布设监测点具体是在托换梁完成后对被托换桩的托换受力转换施工时进行，被托换桩的桩顶及四个边、托换梁顶、托换桩顶均安装电子位移计测量各监控点的位移量，在托换桩的桩帽上、托换桩桩周垂直托换梁的方向上对称安装位移计监测托换梁与桩帽之间的位移量；在托换梁最大弯矩截面的两侧预埋钢筋应变计测量托换梁的变形量；在托换桩与托换梁之间安装电子位移计测量顶升量；在被托换桩顶安装纵横向倾角仪监测托换桩的纵横向倾斜度，在托换梁和桩帽上安装倾角仪监测托换梁及承台不均匀变化的倾角仪。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于：所述桩帽与托换梁底面之间预留一定的顶升空间，所述桩帽上布置的n组托换顶升千斤顶组合形心与托换桩的形心重合，所述托换顶升千斤顶与桩帽顶面之间设有钢板垫块；每一托换桩上的托换顶升千斤顶并联顶升，由同一台液压油泵站控制。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于：所述支撑调节装置由三根钢管混凝土柱进行品字型布置，截断后，支撑调节装置永久置于托换梁与托换桩之间的支顶装置内。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，其特征在于：在步骤S200中，所述桩基托换工程基坑开挖施工按照逆作法具体步骤分三步：

a)开挖至托换梁底标高以下10cm；

b)在步骤a)的基础上局部开挖桩帽及截水沟至底标高，并依次施作截水沟、桩帽和托换梁；

c)待千斤顶预顶后，局部掏槽开挖截断被托换桩的工作基坑，开挖深度为1.2~1.8m，提供截桩工作面。