雷江松，李强战

（深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026）

1 工程概况

图 1 8 号线与罗沙高架桥相对位置

深圳地铁 8 号线一期梧桐山站—沙头角站区间线路下穿罗沙高架桥左线，受其影响，罗沙高架桥 Z11 号及 Z12 号桥台处需要进行桩基托换处理。隧道施工期间要保证高架桥上部正常通行，因此采用主动托换技术对桩基进行托换处理。主动托换技术是指在需托换桩两侧新增托换桩、托换梁，在需托换桩卸载前，将上部的荷载及变形运用顶升装置进行动态调控，将荷载提前转换到新增托换桩上，使托换后桩和结构的变形可以控制在较小的范围。

罗沙高架桥为三跨一联双向 4车道，上部结构为双箱直腹板式现浇连续箱梁，梁高 1.8 m，底板宽 8.75 m，桥面宽 13.25 m，跨径 33 m。Z11 墩为φ1.2 m 端承桩，Z12 墩为φ1.5 m 端承桩。Z11 墩托换方案为对北侧桥墩下对应的 2 根φ1.2 m桩进行托换，托换梁尺寸 17.677 m×5.4 m×2.5 m，2 根φ1.5 m 及 2 根φ1.2 m 托换桩单根长 19.064 m。基坑围护结构为φ800 mm 钻孔桩 +φ600 mm 旋喷桩，间距 950 mm。长岭人行天桥附近采用φ600 mm 钻孔桩 +φ600 mm 旋喷桩，间距 750 mm 支护，钻孔桩外打设外径φ600 mm、厚度 10 mm 的钢套管。Z12 为单柱桥墩，托换方案为对南侧桥墩下 2 根φ1.5 m 桥桩进行托换，托换梁尺寸 17.2 m×5.9 m×2.5 m，4 根φ1.5 m 托换桩单根长 13.478 m，基坑围护结构为φ800 mm 钻孔桩 +φ600 mm 旋喷桩，间距 950 mm（图 1、图 2）。

图 2 桥桩托换剖面

图 3 Z12 原桥墩与托换梁连接面施工

2 桩基拖换施工

2.1 施工方案

本工程所采取的施工形式为主动托换形式，在具体施工过程中，需要通过盾构进行荷载承受，对失效问题进行足够的分析与预防之后，再设置换托梁来满足上部结构受力要求。桩基托换采用“φ800 mm /φ600 mm 排桩支护 +φ600 mm 旋喷桩止水帷幕+内支撑”围护基坑开挖。新桩采用冲孔法施工，旧桩采用人工凿除侵入隧道的部分。托换体系采用梁式托换形式处理，将桥墩下部结构通过植筋技术与大刚度托梁咬接成整体，架设千斤顶、机械式安全自锁装置及钢支撑，然后对之后预加力进行实时监测。待托换梁变形稳定后，再将上部荷载加载到托换梁上，让新做托换梁、桩与原结构框架形成整体，共同工作受力。为保证盾构通过时和通过后桥梁的安全性，托换将采用一次预顶，实现上部荷载的完全转移，保证托换前、中、后结构的稳定性，控制桥梁的沉降和变形。

（1）基坑开挖。基坑开挖后，原承台和旧桩去除了部分土的结构力，冲孔桩的湿作业又对地下水产生干扰，使桥梁存在安全隐患，为避免事故，采用先进行托换桩施工、后进行基坑开挖的方式。 同一般建筑工程一样，在进行基坑施工过程前，首先进行降水处理，当地下水位降至基坑底面 1 m之后，再分层、分台阶开挖。基坑开挖深度约 7 m，基坑开挖见底后进行桩帽施工。图 3 为 Z12 原桥墩与托换梁连接面施工。

（2）托换梁。托换梁属大体积混凝土，除与旧承台衔接处，其他位置考虑采用冷却管冷却以减少混凝土裂缝。托换梁施工前，将托换梁与新建桩基承台空隙用黄砂回填密实，以作为底模基础。

（3）桩基托换。托换梁与被托换旧承台及部分原桩基采用支托连结，通过植筋、下托式混凝土的施工，托换梁在下方托起原承台，并用混凝土固定形成整体，保证上部结构荷载能够完全转至托换体系。桩基托换施工时需对桥梁相关数值进行控制，并联系当地交警部门，对交通流量、车辆速度等进行管控，当整体托换结构稳定之后才能进行正常通行。

2.2 同步顶升

托换梁和托换帽采用千斤顶，使上部结构对钻孔灌注桩进行荷载传递，并通过预压抵消最大位移，通过钻孔桩主动荷载代替桩应力。本次顶升采用 PLC 同步顶升设备进行施工。

（1）对连接部位、内部、砂砾、桩帽与大梁连接处进行清理，完成清理后安装千斤顶并对安装过程进行监控，确保荷载加载大小及次数满足要求。

（2）当千斤顶所托梁强度达到设计要求后开始顶升，顶升荷载分 8 个等级，第 1 级为 30%，第 2 级为45%，然后每级按照 10% 的增加量递加，到第 7 级时要加载到 93%，第 8 级才能加载到 100%。注意，不能一次性加载到最大值，每级的加载时间需要保持在 10 min，等结构稳定后才能进行下一级加载。

（3）对加载过程中产生的裂缝要进行严格控制，裂缝宽度大于 0.15 mm 时需立刻停止加载，并采取相应措施进行处理。预顶时，对千斤顶及托换梁的位置要进行严格控制，使得千斤顶在承受最大荷载的状态下，梁端能够保持在规定位移范围以内。

（4）桩基础作为墩底时，顶升力应不超过墩底的最大承受轴力；天然基础作为墩底时，顶升力不应超过天然地基的最大承受轴力。增加顶升力过程中，需要满足顶升力临界值要求。

（5）根据数据对油泵加以调整，保证托换梁两侧受到的荷载在承受范围之内且平衡。根据每一桩的轴向力设计值，确定各千斤顶的顶进压力。对油泵流量和压力进行控制，按照 8 级进行施压，对于上下 2 级之间的差异需要在下一级荷载加载之前进行调整，使每个顶升力控制在合理的范围内，以防止累积的差异超过规定的范围。

（6）当顶升开始回落至50%～80% 时，应该能够安全自锁。若采取二次顶升，那么第 2 次顶升需要在第 1 次顶升完成后 30 min 进行，然后对比 2 次的数据，若第 2 次顶升数据的变化量不超过第 1 次顶升数据的15%，则可以进行下一步顶升，否则要进行数据调整。

（7）整个托换梁过程中，每个油泵并联 3 台千斤顶，并分为 2 组油泵进行操作（图 4）。

（8）确定各桩的轴向力，并以此确定各千斤顶允许的顶进压力。预加顶进力加载完成之后，需要再次对托换梁的沉降进行评估，沉降满足要求后再调整自锁装置并予以锁定。

图 4 顶升千斤顶布置图

图 5 Z11 号墩变形监测点示意图

图 6 Z12 号墩变形监测点示意图

3 施工监测

3.1 托换梁变形监测

托换梁变形监测点见图 5、图 6，通过百分表电子仪器读取数据，并依此进行托换梁的挠度计算。

由表1托换梁变形的监测数据可知，Z11 号墩托换梁两端变形监测点（S1、S3）的监测数据最大差值为 0.09 mm（第 8 级和第 9 级加载时），两端监测点（S1、S3）的平均值和中间监测点（S2）的最大差值为1.31 mm（第 10 级加载时）；Z12 号墩托换梁两端变形监测点（S4、S6）的监测数据最大差值为 0.05 mm（第 9级加载时），两端监测点（S4、S6）的平均值和中间监测点（S5）的最大差值为 1.43 mm（第 11 级加载时）。经分析，抬升过程中托换梁两端（S1、S3，S4、S6）的变形基本一致，托换梁中部（S2，S5）受梁自身的挠度影响导致变形偏大，可见，托换梁在抬升施工过程中变形同步、受荷均匀。

3.2 托换梁应变监测

托换梁应变监测点断面在截面的 1/2、1/4 以及 1/8处，每个监测断面布置 10 个监测点并分布在监测断面两侧，如图 7、图 8 所示。

由表 2、表 3 抬升过程中托换梁应变监测数据可知，随着抬升荷载的逐级增大，托换梁各监测点的应变数据也随之增大，应变的变化基本呈线性趋势。当抬升荷载达到最大值时，Z11 托换梁的跨中监测点 A3、A8 应变分别达到最大值 409 和 405，Z12 托换梁的跨中监测点 A3、A8 应变分别达到最大值 520 和 518。这表明，到达最大抬升荷载时，梁跨中弯矩最大。通过监测数据还可知，梁两侧对应点的应变值基本相等，表明托换梁在抬升过程中受荷对称、均匀。

表 1 托换梁变形的监测数据 mm

图 7 Z11 号墩应变监测点示意图

图 8 Z12 号墩应变监测点示意图

表 2 Z11 托换梁应变监测数据

表 3 Z12 托换梁应变监测数据

3.3 被托换桩上部桥墩竖向位移监测

上部桥墩与桥梁之间产生位移变化是本工程的特点，因此要在可能发生位移变化的桥墩处设置监测点，并进行 24 h 的严格监控。

由图 9、图 10 抬升施工过程中桥墩竖向位移监测数据可知，抬升施工过程中，随着抬升荷载的逐级增大，监测点的竖向位移值随之增大。其中，Z11 号桥墩最终位移值为 0.52 mm，Z12 号桥墩最终位移值为 1.11 mm，与设计单位提出的竖向位移控制值基本一致。

图 9 Z11 号桥墩竖向位移曲线

图 10 Z12 号桥墩竖向位移曲线

图 11 Z11 号墩新桩桩顶与托换梁之间相对位移监测点示意图

图 12 Z12 号墩新桩桩顶与托换梁之间相对位移监测点示意图

表 4 Z11 号墩新桩桩顶与托换梁之间相对位移监测数据 mm

3.4 新桩桩顶与托换梁之间相对位移监测

新桩与托换梁的相对位移监测点见图 11、图 12。结合桥墩的竖向位移，最终计算出新桩的实际沉降值。

表 4 给出了 Z11 号墩新桩桩顶与托换梁之间相对位移监测数据。由表 4 数据可知，抬升过程中柱承台的最大竖向位移为 S5 点 0.83 mm，托换梁的跨中最大变形为S3 点 0.07 mm，承台两端的最大竖向位移发生在 S7、S8点为 0.52 mm。扣除托换梁抬升过程中的竖向位移、挠度变形等因素，新桩在抬升过程中的最大竖向位移为：跨中位移（S5、S6）平均值加上抬升量挠度变形（S3、S4）平均值，减去托换梁两端位移（S1、S2、S7、S8）平均值，最终得到 0.24 mm，小于计算新桩的沉降量，表明新桩的承载能力和变形满足设计要求。

3.5 梁倾斜沉降监测

在托换梁顶升施工过程中，在Z11、Z12 号墩各安置 1 个倾斜仪，对倾斜情况进行监测，监测点布置见图13、图 14。

表 5 给出了 Z11 号墩托换梁倾角仪监测数据。由表 5 加载过程中托换梁纵横轴X（长向）、Y（短向）2 个方向的倾斜角监测数据可知，将第 10 级测得的倾斜角减去初始倾斜角，托换梁在加载过程中纵向Y（短向）倾角最大变化值为 0.001°（监测点 J1、J2），横向X（长向）最大变化值约为 0.007°（监测点 J1、J4）。经分析，该方向角度是由于托换梁抬升后横向发生的微小变形所致，与理论计算一致。

表 5 Z11 号墩托换梁倾角仪监测数据

图 13 Z11 号墩托换梁倾角仪监测点示意图

图 14 Z12 号墩托换梁倾角仪监测点示意图

4 结束语

深圳地铁 8 号线罗沙高架桩基托换工程具有抬升吨位大、施工空间小、工程风险大、技术含量高的特点，并且施工过程中不封路，不影响上部道路的正常运行。工程于2016 年 12 月顺利完成，整个托换顶升过程中，上部结构的变形控制在 1 mm 以内，托换梁的变形、应变及托换桩的沉降均在设计允许范围内，取得了较好的工程和社会效应，为后续同类工程和桩基托换技术的研究提供了可借鉴的实例。

参考文献

[1]CECS 295-2011建（构）筑物托换技术规程[S]. 2011.

[2]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S]. 2012.

[3]QB/SZMC-10102-2010城市轨道交通地下工程监测技术规范[S]. 2010.

[4]戴其原，戴宝英. 桩基托换安全技术[J]. 建筑安全，2006（1）.

[5]张新位. 桥梁桩基主动托换施工技术的分析[J]. 交通世界，2008（9）.