桩基托换施工方案

桩基托换施工方案

1、 工程概况：

深圳地铁五号线5307标怡景路站～黄贝岭站区间隧道在YCK38+897.573处下穿新秀人行天桥ZH-2b号（天桥竣工图桩基编号）桩基，桩径1.2米，隧道深范围内为素混凝土桩。桩基托换阶段需要有效地控制上部结构的变形，确保上部结构的安全。另外该桩基地处沿河路主干道上，车流量大，周边环境复杂，对周围环境要求高，托换区域地质条件复杂以及地下水位高等，因此本工程具有技术复杂，施工难度大，工程质量要求高等特点。 2、工程地质及水文地质条件 2.1 地层岩性

区间范围内上覆第四系全新统人工堆积层、海冲积层及第四系残积层，下伏侏罗系中统凝灰岩，局部为燕山期花岗岩侵入体。岩石按风化程度可分为全风化、强风化、中等风化和微风化四个带。 2.2 水文地质条件

深圳市的气候属亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5-9月为雨季。

本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。 孔隙水主要赋存在冲洪积砂类土、残积砂质粘性土和全风化基岩中，基岩裂隙水赋存于强风化及中风化岩层中。本次勘察期间地下水位埋深1.70～7.50m，平均为5.17m；水位高程1.44～7.72m，平均为3.43m。

地下水的排泄途径主要为蒸发。主要补给来源为大气降水。 3、总体施工顺序：如图1

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施工监测、环境监测 施工准备 新秀天桥桩基托换 隧道内桩基的破除 恢复工程 竣工 图1工程总体施工顺序

4、桩基托换总体施工顺序

新秀立交人行天桥有一根桩侵入隧道，采用被动托换，托换桩为Φ1200钻孔灌注桩，预应力托换梁设于托换桩承台之上，托换完成后，施作一根挖孔桩，然后施作横通道对隧道内既有桩基进行破除，防止盾构切桩阶段对上部结构造成损伤，并保证掘进。具体施工内容和施工顺序见下图2。

调查记录原有建筑物的原始状态 钻孔桩的施工 地下管线保护迁移 双液注浆地面地基的处理 托换大梁基坑土方的开挖运 基坑支护土钉墙的施工 托换大梁绑扎钢筋预埋 预应力束

托换桩企口、锚筋施工 托换大梁砼浇注及养护

托换大梁预应力张拉 建立变形、监测系统 桩周边土体加固

加强监测 施工挖空桩并破除隧道内桩基 等待盾构机切桩通过 图2 桩基托换施工顺序图

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5、钻孔灌注桩施工

钻孔桩施工：采用XY-2型钻机带动笼式钻头破碎岩土，正循环法清除孔内岩土碎屑而成孔，然后吊放钢筋笼，浇注砼成桩。

5.1钻孔桩施工工艺流程见下图 施工准备 泥浆系统 商品砼 测量放样 制备泥浆 钻机进场

浇筑槽沟 桩位校核/埋设护筒 钻机就位(对中.找平) 钻进成孔

一次清孔 终孔取样 吊放钢筋笼及小导管 制作钢筋笼 下清孔及浇注用导管 二次清孔 废浆处理

沉碴测量 排出废浆 水下砼浇灌注 制作试块 钻机移位

试块养护

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图3 钻孔桩施工工艺流程图

5.2施工准备

① 工程开工前，会同监理、设计等单位进行桩基施工技术交底，并现场引进测量基准点和探明地下管线，迁移并维护好施工工区内的管线，统筹安排现场临时设施。

② 根据建设单位提供的现场测量控制点进行场地测量放样，放样时应打好钢筋定位桩，做好标记。 ③ 根据桩位位置，埋设护筒，校核桩位。

④ 由于地处闹市区，必须确保泥浆循环，新浆贮存，废浆临时贮存。在整个施工过程中泥浆不允许外溢，按现场布置图设置泥浆循环系统。 5.3泥浆的制作

钻孔桩成孔穿越的地层，大多是砂砾和粉质粘土，造浆能力较差，因此现场必须制作适量泥浆。造浆材料采用膨胀润土掺入适量的CMC。钻孔桩泥浆制备性能指标如表1

表1

项次 1 2 3 4 5 6 7 8 9

项目 比重 粘度 含砂量 胶体率 失水量 泥皮厚度 1min 静切力 2min 稳定性 PH值 性能指标 1.1～1.3 18～25 <8% >95% <30ml/30min 1～3mm/30min 2～3N/平方米 5～11N/平方米 ≤30g/立方毫米 7～9 检验方法 泥浆比重秤 500cc/700cc 漏斗法 量杯法 失水量仪 失水量仪 静切力 PH试纸 4

5.4钻进成孔

钻机选用XY-2地质钻机，经改装能满足在室内操作，钻头选用Ø1200mm三翼刮刀笼式钻头，切土和削岩钻进用正循环清除孔内岩石碎屑成孔，具体注意事项如下：

①开孔时尽量用天车拉住钻杆，轻压慢钻，防止钻具摆动过大而造成超径或孔斜。

②钻进时随时校正主动杆，底座水平，发现不平，随时纠正，保证垂直度控制≤0.5%桩长。

③钻进时控制好孔内水位，如渗漏失水严重，及时补浆以防塌孔。

④钻孔采用跳打施工，相邻桩必须在24小时后方可开钻。 ⑤严格控制泥浆指标，在粘性土中成孔时泥浆比重控制在1.10～1.20；在砂层成孔时泥浆比重控制在1.20～1.30。 ⑥钻进过程中如发生斜孔，塌孔和护筒周围冒浆时，应停钻，待采取相应措施后再进行钻进。

⑦造孔接近计标高时，需取样判断，岩样符合设计要求，即可钻进设计入岩深度（入中风化岩不少于1.0m）。

⑧钻到设计深度后，进行超前钻，深度为3Ｄ米（Ｄ为新桩直径），取样判断确定终孔。

⑨终孔前进行第一次清孔，换浆排出孔内悬浮砂粒。

⑩清孔结束后，会同监理对孔深和沉渣进行验收并填写，成孔验收单。清渣质量标准见表2

表2 序号 1 2

泥浆 项目 孔底沉渣厚度 比重 含砂率 质量标准 ≤50mm 1.15～1.25 <8% 5

粘度 5.5钢筋笼制作、安装

18～25S 严格按设计和规范要求制作。自检合格后再会同监理验收，然后采用分段安放，利用钻机卷扬机吊放入孔内机械搭接成整体，同时在钢筋笼上绑扎2条Ø50钢管，作为注浆管一起放入孔底。钢筋笼制作安装，具体要求如下：

① 钢筋笼严格按设计要求及规范制作，主筋的搭接接头应互相隔开，接头数不得超过钢筋总数的一半。保护层用钢筋环对称焊于钢筋笼上。

① 钢筋笼外径应比钻孔直径小140mm，保证主筋保护层不小于70mm。 ② 钢筋笼制作允许偏差见表3

表3 序号 1 2 3 4 5 项目 主筋间距 箍筋间距或螺旋筋间距 加强箍间距 笼直径 笼长度 允许偏差（mm） ±10 ±20 ±50 ±10 ±50 ③ 安放钢筋笼时，在钢筋笼上绑扎2条Ø50钢管作为注浆管，下部500mm范围内做成花管，并用橡皮套包裹，一起与钢筋每分段安放，钢管连接采用套接箍连接。

④ 钢筋笼分段连接采用套接箍连接，保证下钢筋笼的速度，防止桩孔暴露时间过长。

⑤ 全部钢筋笼吊入孔内后，将吊筋挂在机台上，不使钢筋在孔内变形。放入孔内时应扶直，（缓慢放入孔内）。 5.6二次清孔

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钢筋笼安装完后，安放Ø200导管和清孔设备，进行二次清孔，泥浆的性能指标为：含砂率不小于8%，粘度小于28秒，并测定孔内沉渣，确保沉渣厚度小于5cm。 5.7水下砼灌注 5.7.1水下砼的要求

①水下浇注砼必须具有良好的和易性，通过试验确定配合比，坍落度为18~22cm（以孔口检验的指标主准），每立方混凝土中的水泥用量不应少于360kg。

②细骨科选用级配良好的中至粗砂，混凝土搅拌物中的砂率一般控制在40~50%。

③粗骨科选用碎石，其粒径不得大于30mm。

④水下砼掺入高效缓凝外加剂，使商品砼的初凝时间满足因沿途运输的交通情况以及从最不利的情况考虑控制缓凝时间。 ⑤配合比的设计强度比设计要求的强度配高一级。 5.7.2使用导管的要求

① 导管壁厚不得小于3mm直径为Ø200，直径制作偏差不超过2mm，导管规格长度为0.5，1.0，2.0米三种规格。

② 导管安装前应在现场试拼，导管与导管连接采用法兰连接和胶垫密封。

③ 水下砼浇注的隔水栓采用砼球作为隔水栓。 5.7.3水下砼浇注

①水下砼选用防酸商品砼必须具有良好的和易性，坍落度

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控制在18～22cm。

②砼灌注前，灌浆导管底部离孔底距离300～500mm，保证隔栓顺利排出。

③保证足够的砼储备，保证导管一次埋入砼面0.8m以下。 ④灌注水下砼导管埋深一般控制在2～６m，严禁将导管提离砼面。

⑤水下砼浇注必须连续施工，不得中断，每根桩浇注时间按初盘砼的初凝时间控制，一般每根桩控制在４小时以内。 ⑥设专人测量导管埋深及砼面，及时填写水下砼浇注记录，对整个浇注过程记录备案。

⑦控制好最后一次砼浇注量，满足桩顶标高和凿除强度不足的浮浆高度，必须确保桩身质量。 5.8桩底注浆

为保证钻孔桩的质量，当桩身砼达到75%后进行底注浆。 5.8.1 注浆施工工艺流程见图4

预埋小导管 确定每次搅拌水和水泥用量 制作小导管 钻孔成桩

制 浆 注 浆 调整确定注浆参数 封孔

图4桩底注浆施工工艺流程图

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5.8.1注浆管制作和安装

桩底注浆的注浆管采用Ø50钢管，在孔底端部500mm范围内布置梅花形的水孔，孔径为Ø5，并将注浆管下端30cm处弯成120度。端部50cm孔段用软橡皮套封住。绑扎牢固，每节采用套接箍连接并与钢筋笼绑扎，与钢筋笼同时放入孔内。 5.8.2注浆

设计注浆压力为0.5~1.0Mpa，注浆材料水泥浆，水灰比0.75，采用循环压密注浆，具体操作如下：

① 注浆时应在桩身砼强度达到C15以上。 ②

开始注浆时，用较高压力先冲破橡皮套，此时压力值较大；

出浆后，压力急剧降低。在整个注浆过程中应严格控制注浆压力，在确定的范围内，通过注浆速率来调节注浆压力，直到注浆量达到设计要求。

③

注浆结束标准：当浆液水灰比0.75:1压力为1.0Mpa，吃浆

量小于0.2L/min，持续30min即可终止注浆。 6、托换梁基坑土方挖运及基坑支护 托换梁基坑施工流程图5 6.1土方挖运

1、基坑开挖范围是以托换梁系外边缘国1.5m为界，并预留预应力张拉机具的位置。

2、土方开挖采用人工结合风镐，人工小斗车倒运开挖,深度至垫层底。

3、土方开挖与土钉墙配合施工，保证基坑和邻建筑物的

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安全。

4、挖土期间沿坑底四周布置排水沟及集水井，以便雨天及遇有地下水时抽水。

5、现场不堆放土方，弃土全部外运，符合回填质量要求的土，临时在外堆放回填时运回。

6、自挖土开始，就要加强对建筑物、地面的沉降等的监测工作。

7、土方开挖前应保护好施工影响范围的地下管线。 坑底垫层 土钉制作 土钉施工 布置监测点 开挖部位放线 查明地下管线 基坑位置开挖 排 水 钢筋网及坡面喷射砼 图5托换梁基坑施工流程图

6.2土钉施工 （1） 施工工艺流程

根据地质情况，土钉成孔可选用地质钻机或洛阳铲成孔方法。施工流程图如下：

清理边坡→钻机就位→钻机成孔→安放土钉→注浆→移机进入下

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一孔位。 （2） 土钉成孔

a、按设计要求定位开孔，根据地质条件和使用要求选择成孔设备为100型钻机（或洛阳铲），钻孔直径根据土钉钢筋直径为ф90，调整固定好钻杆角度（土钉与水平面夹角宜为12°）；

b、土钉成孔允许偏差：土钉孔径±5mm；土钉孔距±100mm； c、土钉钻孔完成后，经监理检查签认后应及时安放土钉，注浆锚固，以防塌孔。

（3）安放土钉

a、安入土钉前，洗孔清洗干净，然后将经监理检查合格的土钉（钢筋）放入孔内。

b、土钉钢筋材质、规格、直径应符合设计要求。按设计规定设置定位器以保证土钉钢筋保护层厚度不小于25mm。土钉长度不小于设计长度。

（4）土钉注浆

a、浆液采用水泥砂浆，水泥砂浆的灰砂重量比为1:0.3，水泥砂浆必须搅拌均匀，随拌随用，严防杂物混入。

b、注浆前再次检查确认是否发生塌孔，如塌孔应拔出锚杆重新清孔，合格后再插入锚杆。孔口部位设置好浆塞和排气孔，注浆从孔底向外顶浆，以保证注浆饱满。注浆后应及时做好记录。

6.3钢筋网与喷射砼

①钢筋网铺设应在第一层混凝土喷射后进行。钢筋网采用Ф6@150×150钢筋，网眼间距宜为150mm。钢筋网与坡面的间隙应大于30mm。

②钢筋网与土钉横竖向加密钢筋或其它锚定装置连接应牢固，喷射混凝土时钢筋网不得晃动，喷射混凝土结束后钢筋网不得外露。

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③喷射砼的配比为水泥与砂石重量为1：4，含砂率为45～50%，水灰比为0.4~0.45。

④ 混凝土采用机械搅拌均匀，拌和时间不少于2min，随拌随用。 ⑤喷射混凝土应分段分片依次进行。同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度40～70mm，喷射手应掌握好喷头与受喷面距离、角度，控制好水灰比和喷头运行轨迹，以保混凝土密实、表面平整、湿润光泽、无干斑或滑移流淌现象。

⑥喷射混凝土终凝后2h应进行喷水养护，养护时间为3～7天。 7、托换梁施工 7.1施工流程图 见图6

搅拌水泥浆 孔道灌浆及封锚 压 试 块 张拉机具校验 制作钢筋骨架 托桩柱企口、锚筋施工 安装钢筋骨架 制作波纹管及钢束 模板内侧涂油 准备商品砼 埋设波纹管并穿入钢束 安装模板 浇注混凝土 制作试块 梁养护 拆除模板 施加预应力 压 试 块 图6 预应力梁施工工艺流程图

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7.2托换梁与柱接触的处理

新旧砼界面处理采用齿槽和锚筋。 （1）齿槽

①按设计要求，对托换柱进行放样划线。 ②利用砼切割机在划线位置将砼锯入25mm。 ③然后采用小锤间隔将砼凿除25mm，形成齿槽。 ④修平、清洗干净。 （2）锚筋

①按设计要求，对托换柱进行放样，划出锚筋孔位置。 ②采用凿岩机钻Ф38的孔。按设计要求锚筋成孔向一个方向向上倾斜3度。

③钻孔必须跳钻，并且钻好一面锚一面的钢筋，然后再钻第二面的钢筋，如此循环，直至锚完所有锚筋。

④钻孔深度必须不小于200mm。

⑤锚筋前必须将孔内灰尘用风吹干净，然后用环氧水清洗孔壁。

⑥TN胶必须现场调配，做三组锚筋的抗拔试验,试验达到设计要求后方可使用。

⑦孔清洗干净后，然后塞满TN胶（环氧类）插入Ф32钢筋。

⑧TN胶粘结剂力学性能见表4。 性能指标 抗压强度 粘对剪切强度 7.3托换梁模板工程

① 托换梁模板采用木模板，下设垫层。

② 砖模安装偏差应符合如下要求：轴线位置5mm，梁截面尺寸允许偏

单位 Mpa Mpa 技术要求取值 30 3.5 13

差-5mm，高度偏差允许10mm。 8、隧道内既有桩基破除

脱换梁完成，在既有桩基附近施作一挖孔桩，施作至隧道底部后开挖横通道破除既有桩基，挖孔桩施作前，对桩周土体进行加固。

8.1、施工准备

在初步施工方案确定后，由设计出施工图设计，根据设计图编制详细的施工组织设计、施工方案及应急预案等，同时邀请各方专家论证、并进行施工图和方案审查，首先达到在技术上可行、安全评估可靠。同时，按程序进行各种施工手续的办理，包括施工占道、道路挖掘、碴土外运、污水排放等。另外由于地表管线错纵复杂，施工前需进行严格的测量放线，对管线进行全面的调查和探测，彻底搞清楚每种管线的位置、走向、大小和埋深等。

8.2、路面破除及管线揭露

根据测量放线和管线调查的结果，合理调整每个人工挖孔的位置。采用混凝土切割机切出多边形，然后采用炮机破除此多边形范围内的路面混凝土，人工开挖露出临近的地下管线，明确标识出管线的准备位置。 8.3、人工挖孔外围加固

在完成上步工作后，避开管线和人行通道址脚定出旋喷桩中心圆，按一定间距（咬合150mm以上）进行加固桩点位放线。在施工过程中主要控制好钻杆的垂直度、浆液水灰比、浆液压力和渗入量等，并按设计要求加固进入粘土层地层，以充分保证加固质量，具体加固桩布置详见“图7”。 8.4、锁口施工

图7 人工挖孔外围旋喷桩布置图 在孔外围加固完成后，等强一天，开始人工挖孔施工，先施工孔口锁口圈，锁口圈宽度40cm，高出地面20cm，锁口圈与第一节护壁一起施工。然后安装提

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升机（提升机采用摇臂式卷扬机）、设置井口围蔽防护，进入正常的挖孔阶段。 8.5、挖孔施工

地层开挖采用人工配合风镐开挖，加固段开挖至围护桩，并保证护壁的厚度，侵入护壁的围护桩要进行凿除，但应适当调整挖孔中心位置，凿除不能超过围护桩的咬合部位，另外，开挖过程中要根据地层情况控制好开挖的段高，保证每节护壁的衔接，防止大的涌砂造成地层沉降或坍孔发生。护壁采用挖孔桩常用的可调式锥形模板立模，隧道顶部为Φ10钢筋混凝土，盾构隧道范围内为钢纤维混凝土，一般地层采用1m段高的模板，过流砂地层采用0.5m段高的模板，护壁厚度为20cm，每两节钢筋混凝土护壁之间的钢筋采用挂钩连接或焊接。 8.6、地层加固

根据地表沉降对地层加固，如果开挖过程中造成水土流失严重，则采用Φ40TSS管注浆加固，TSS管每节长50cm，对丝接头连接，风镐顶进，采用锌管压密注浆，有水地段注水泥-水玻璃双液浆，一般地段注纯水泥浆。实际施工中对挖孔施工时出现的超挖，特别是对出现涌砂的地段进行加固，以防止地层下沉或坍孔，在开挖时要对涌砂造成的多出碴量进行统计，及时对流空的部位进行注浆充填和压实。

8.7、横通道开挖支护

横通道开挖从隧道底部向上分层施工，每层开挖前先要安装型钢护套，横通道按分层高度和桩基方向要通过测量严格控制，人工配合风镐开挖，根据地层情况每循环开挖50cm～100cm，方木排架支撑，喷聚丙烯纤维混凝土支护，排架为10cm*10cm方木，喷射混凝土厚度为15cm。 8.8、桩基破除及横通道回填

在横通道开挖支护完成并找到桩基后，即可进行分层桩基的破除工作，采用风镐破除混凝土，气割割除钢筋，破桩过程中要加强通风，主要利用鼓风机接管通风。

通道回填采用低标号砂浆回填，串筒溜放，与每层的竖井一块回填，为保证通道顶部回填密实，回填时在通道顶部至竖井内预留两根Φ25的胶管，并在通道内的最高点固定好，在砂浆回填后进行灌浆或注浆回填，一根管子作为灌、注浆管，一根管子作为透气孔。

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8.挖孔桩回填及路面恢复

竖井回填工作分为四阶段进行。第一阶段是在进行下部横通道回填时，一并用低标号砂浆对竖井进行回填；第二阶段是在上部最后一节桩基破除完毕后，用低标号砂浆对最后一个横通道和盾构隧道上部4m范围内的竖井进行回填；第三阶段是用粘土对盾构隧道顶部4m以上，至路面以下2.5m范围内的分层夯实；第四阶段是按路床的回填和压实标准，分层进行道路基床的回填、夯实。

钢筋混凝土路面恢复按原来的路面配筋进行植筋和钢筋绑扎，素混凝土路面恢复只进行部分植筋作为接茬筋，然后按路面混凝土的标号购置商品混凝土进行路面浇筑。

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