地铁施工中桩基托换技术研究

地铁施工中桩基托换技术研究

周全

中铁三局集团广东建设工程有限公司广东广州511400

摘要：随着城市建设的蓬勃发展，城市地面交通越来越繁忙，为缓解地面交通压力，便捷、快速的地下铁道成为众多城市交通的选择。桩基托换即利用新的加固、支撑体系改变等措施对基础进行处理，以达到建筑物在结构的受力平衡和建筑物的稳定等效果，在地铁施工中得到了很好的应用，本文对地铁施工中桩基托换技术进行了研究。

关键词：地铁施工；桩基托换；技术研究

随着城市地下空间的开发和利用，工程实践中常会遇到地下构筑物及其影响范围内存在既有建筑物基础的情况，必须采取合理可靠的技术处理措施，其中，基础托换尤其是梁式托换作为一种科学经济的方法，在工程中的应用越来越多。

一、地铁下穿建筑物桩基础托换工程特点

地铁下穿建筑物而进行的基础托换工程与一般的建筑物基础托换工程相比，具有两个显著不同的特点：第一是由于地下铁道的施工基坑开挖深度一般都较深，基坑开挖以后就存在基坑侧边的水平位移与稳定问题。因此，对于向下延伸的建筑物这部分基础结构，往往还要在一段时间内兼作地铁施工基坑的护壁墙（挡土墙）。这就要求托换结构物不仅能承受建筑物的荷载，还要能抵抗基础水平土压力。第二个特点是进行托换的基础结构要考虑与今后建成地铁结构的相互关系。也即需从经济合理的角度考虑，被托换的基础结构物能否在以后兼作为隧道结构物的一部分。因此，对基础托换结构物的尺寸和位置等设计，就不能单纯地从托换建筑结构荷载方面进行考虑。

地铁下穿建筑物基础托换工程的复杂性，不仅来自各种工程技术上的困难，还要受到其它各方面条件的制约。地铁下穿建筑物基础相应的托换工程一般是临时性的，但由于基坑深度深，基础托换工程就需要经历较长的施工周期，所以就必须充分考虑到由此而可能碰到的各种情况和问题。另外由于基础托换工程要与地铁工程同时考虑，有时一个技术上合理的托换方案会由于实施的工期太长，遭到居民和房主的强烈反对或提出很高的赔偿要求，从而导致该方案无法采用。

二、地铁施工中的桩基托换技术

桩基托换技术涉及专业类别多、技术含量高，桩基托换把已建成建筑物中的柱与托换梁连接起来，将建筑物上部的荷载传递到托换梁上，再传递到托换桩上。桩基托换技术的核心是已建成建筑物中的柱和新建桩基间的荷载传递，在托换施工过程中，结构变形限制在设计允许的范围。地铁桩基托换技术主要有主动和被动托换技术两种类型：

（一）主动托换技术

主动托换的结构变形控制更主动。主动托换技术是施工前，运用顶升装置动态调调整上部荷载及变形，对新建桩和托换体系施加荷载，部分消除已建成建筑物结构长期变形的效应。托换建筑物的托换荷载大、变形控制要求严格，被托换桩随托换梁一起上升，使上部建筑物荷载全部转移到托换梁上，通过顶加载，部分消除新桩和托换结构的变形，使结构变形控制在较小范围。

（二）被动托换技术

被动托换技术一般用于托换结构荷载较小的建筑物，在施工安全上可靠性较低。被动托换技术的原桩上部结构荷载在施工过程中，随托换结构的变形被动地转换到新桩，托换后无法调控上部结构的变形。当托换建筑物荷载小、变形要求不高时，在托换结构的托换桩切除后，可不采取其它调节变形，直接将上部荷载通过托换梁传递到新桩。不调节托换后桩和结构变形，由托换结构承受变形的能力控制上部建筑物的沉降。

基础托换技术难度高、造价较高、工期长，必须精心设计、安全施工，施工前要详细勘察建筑物的地基情况，详细了解已建成建筑物的桩基的类型和结构受力情况，以便确定合适的托换桩和技术。为保障工程顺利实施，需要特别重视以下几个问题：

（1）对整体结构性能的充分了解。结构现状的调查与分析十分重要，特别是对结构目前受力性能和主材性能分析。

（2）根据已建成建筑结构和周围建筑物的环境，确定托换结构类型及托换施工方法。

（3）保障已建成建筑物和新施工建筑物结构的托换点处连接。在基础托换中，有可能因为应力集中而导致结构出现损坏。

（4）托换方案的选择受到场地的限制、降水、基础开挖等多种因素的制约。由于地基条件的复杂性、基础型式的不同、地基与基础相互作用等多种原因，需要采取严密的监测反馈措施，全面监控施工过程。

三、地铁施工中桩基托换技术要点

桩基托换是指对建筑物桩基础进行的托换，预防性托换采用主动托换的方式。由于桩基础具有承载大、深度大、桩一土相互作用复杂等特点，其技术难度和风险性较其它基础托换大，在地铁和地下工程建设中是一项技术含量较高的工程，具有综合性强、各专业结合要求高、环境和安全问题突出等特点。

（一）桩基托换技术要点主要在于以下几个方面：

（1）托换前的调查准备。

现场工程地质及水文地质条件调查；被托换建筑物的现状调查：被托换建筑物的结构、各部分构造、荷载分布、刚度、被托换桩的桩型和受力特征，特别应该查清被托换建筑物的沉降情况和原有破损、开裂情况等。

（2）托换方案的制定。

根据托换前调查准备结果，结合地下工程的要求（如隧道线路，结构形式和施工方法等），进行托换结构设计，确定托换结构、构造、新老结构的连接型式、施工技术方案以及监测项目和方法等。

（3）信息化施工的要求。

桩基托换的施工和监测是一个信息化的过程、必须将监测结果及时反馈，以指导下一步施工，甚至要修改原设计方案，直至完成整个托换工程。

（二）桩基托换施工的一般步骤为：

（1）施工准备。

除了常规的工程施工准备外，特别需要注意她下管线的改迁或保护，地基的维护与加固等。

（2）设立临时支撑。

在施工新基础前，有时需要将被托换建筑物的全部或部分荷载转移到临时支撑上，在进行新的托换结构的施工。通常采用的方法有支柱式临时支撑、台架式临时支撑、下承梁式临时支撑和附加梁式临时支撑等。如果确定托换结构的施工对现有建筑物基础影响不大，可以不设置临时支撑。

（3）托换结构施工。

托换结构通常有侧向保护式和底托式两种结构型式。

当隧道（或基坑）从建筑物基础旁边穿过时，即可采用侧向保护式托换结构。采用桩基、地下连续墙等从侧面对建筑物基础进行保护，托换结构一部分与原基础（或结构）连接，或不连接。通常的深基坑开挖的支护结构也可以视为此类托换。当隧道（或基坑）从建筑物基础底下穿过时，必须切除原基础，或者由于开挖造成基础下沉或承载力不足时，就必须采取底托式托换。荷载一般通过转换层转移到新桩基础上。转换层有门式（包括下承梁式、附加梁式和桥面板式等），这两种结构型式的组合应用亦较为常见。

当需要采取临时支撑结构时，需要进行二次托换。即先将荷载转移到临时支撑结构上，再施工永久托换结构和地下工程结构。完成后将荷载转移到永久托换结构上，再切除（或拆除）临时支撑结构。如口本地铁托换。

（4）临时支撑的拆除、原结构的恢复。

拆除临时支撑需要注意防止建筑物和托换结构的过大振动或破坏。原有结构的恢复必须注意防水问题。

结语：随着我国地铁工程建设的不断发展，桩基托换技术的应用将会越来越多。因此，桩基托换施工过程中，必需根据隧道和建筑物的具体情况，采取必要的，有效的加固和托换措施，从而保证隧道顺利掘进和建筑物结构安全。

参考文献：

[1]王博，张保圆.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术[J].铁道建筑，2011，（04）：47-48.

[2]毕经东.地铁施工中的桩基托换技术研究[D].石家庄铁道学院，2007.