CN115949091A - 一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构及方法，属于桩基托换技术领域，包括托换桩，托换桩顶部与托换大梁固定连接；所述托换桩由上至下分为首段、中段和尾段，托换桩在首段和中段设有钢筋笼，尾段设置多根通底主筋以支撑钢筋笼；所述托换大梁设有托换大梁主筋，托换大梁主筋布置于托换大梁梁底和梁顶，托换大梁梁底和梁顶之间布置托换大梁分布筋，托换大梁主筋和托换大梁分布筋通过托换大梁拉筋绑扎。其能够为大扰动盾构隧道穿越既有桥桩提供更精细的托换桩配筋方案，且保证该结构强度高，构件与构件之间连接性强。

Description

一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构及方法

技术领域

本发明属于桩基托换技术领域，具体涉及一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着地下空间开发的不断深入，浅层地下可利用空间也逐渐减小，因此有的地铁隧道会选择叠落式建造。而已有的城市立交桥桥桩经常会侵入地铁规划路线当中，此时就需要对已有桥桩进行托换桩基工程。由于上下叠落式结构对周边地层及结构的扰动要远大于单线隧道，且受力情况复杂难以精确预测岩土体应力变化，因此对于托换桩基础的配筋就有更高的要求。而由于进行托换桩基础工程时应避免对周边现有结构的扰动。

目前现有托换桩基础的结构及施工方法主要存在以下不足：1、钢筋笼未进行特别设计，没有针对大扰动区域进行加密配筋；2、现有托换桥桩只适用于单线隧道等扰动较小的工程，而不适用于叠落隧道等大扰动情况的工程；3、现有常规矩形托换大梁设计应用局限性大，无法适应城市地面的狭小空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构及方法，能够为大扰动盾构隧道穿越既有桥桩提供更精细的托换桩配筋方案，且保证该结构强度高，构件与构件之间连接性强，同时结合周边环境设计的异形托换大梁，在满足强度需求的同时，减小了对已有地面、地下结构的扰动，节省了材料资源。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，包括托换桩，托换桩顶部与托换大梁固定连接；所述托换桩由上至下分为首段、中段和尾段，托换桩在首段和中段设有钢筋笼，尾段设置多根通底主筋以支撑钢筋笼；所述托换大梁设有托换大梁主筋，托换大梁主筋布置于托换大梁梁底和梁顶，托换大梁梁底和梁顶之间布置托换大梁分布筋，托换大梁主筋和托换大梁分布筋通过托换大梁拉筋绑扎。

作为进一步的技术方案，所述托换大梁主筋、托换大梁分布筋和托换大梁拉筋形成钢筋骨架，在托换桩的钢筋笼和托换大梁的钢筋骨架内浇筑混凝土。

作为进一步的技术方案，所述钢筋笼采用分段配筋，其包括多根纵向主筋，纵向主筋外侧设置外层螺旋箍筋，纵向主筋内侧设置内层环箍筋。

作为进一步的技术方案，所述中段纵向主筋之间的距离大于首段纵向主筋之间的距离。

作为进一步的技术方案，所述钢筋笼中段尾部向内收拢。

作为进一步的技术方案，所述纵向主筋、外层螺旋箍筋、内层环箍筋均采用螺纹钢筋；托换大梁主筋以横向和纵向交叉布置成网格状；托换大梁拉筋按照梅花形布置，托换大梁拉筋之间构造成钢筋网；托换大梁主筋、托换大梁分布筋均为螺纹钢筋；托换大梁拉筋采用光圆钢筋。

作为进一步的技术方案，所述托换大梁将既有承台嵌入其中，且上部托换大梁主筋侵入既有承台，托换大梁分布筋也侵入既有承台，托换大梁主筋侵入既有承台的长度大于托换大梁分布筋侵入既有承台的长度。

第二方面，本发明还提出一种如上所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构的施工方法，包括以下步骤：

在预定位置进行桩孔开挖作业；将注浆管与钢筋笼固定，并下放进入桩孔，并在首段、中段、尾段同时开始注浆，形成新建桥桩，并预留钢筋接头及顶升施工空间；

放坡开挖，暴露既有承台与既有桥桩，既有承台钻孔，在孔内塞满结构粘结胶，开始植筋作业；

铺设托换大梁梁底主筋，设置临时支撑并在此层钢筋之上铺设托换大梁分布筋，待分布筋铺设完成后，铺设托换大梁梁顶主筋；布置托换大梁拉筋，绑扎主筋与分布筋，预留桥桩连接筋，形成钢筋骨架；

在钢筋骨架灌注混凝土，并在既有承台边缘埋设振捣棒；在承台基底处预埋注浆管，待新建承台结构强度达到70％时，对承台底进行填充注浆，形成新建承台；

继续向下开挖基坑，安装顶升装置，对承台结构进行预顶升作业；

将托换桩首段钢筋与托换大梁中预留钢筋进行连接，灌注混凝土使桥桩与托换大梁形成新的托换桩基础；

对既有桥桩进行截桩作业；回填基坑，拆除地面支撑。

作为进一步的技术方案，钢筋骨架完成后，在承台内布设三层冷却管，其中第一、二层冷却管采用第一冷却管，以蛇形布设并绕过既有承台，第三层冷却管采用第二冷却管，以蛇形布设并绕过既有桥桩；混凝土灌注完毕，表面初凝后开始通入冷却水；当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，或调低浆液水灰比。

作为进一步的技术方案，既有承台钻孔采用跳钻作业，植筋作业避免损伤原钢筋；在桩顶和承台底设置钢垫板，且用锚筋锚入桩或承台内固定；钢垫板开有出气孔，以保证钢垫板下混凝土浇筑密实。

上述本发明的有益效果如下：

本发明的桩基础结构，托换桩钢筋笼采用分段配筋，针对叠落盾构隧道穿越的大扰动地区，采用加密配筋，提高了盾构通过时，桥桩的稳定型和安全性。

本发明的桩基础结构，地面区域考虑了周边实际可使用环境，在保证支撑稳定性的同时节约空间；地下区域保证了叠落隧道穿越该区段时的大扰动对新建桩基的破坏，保证了托换桩基础的稳定性。

本发明的桩基础结构，托换大梁在已有建筑物的限制之下，为适应具体施工地区现状，采用异形设计，设计为多边菱形梁，在满足托换桩强度需求的同时，尽可能的避免对周边已有地面、地下结构的扰动，且相较于常规设计可以节省资源，降低工程造价。

本发明的施工方法，能大幅度减少混凝土达到预定强度的时间，且强度更高。

本发明的施工方法，桥桩与托换大梁之间的连接性大大提高，力学物理性能具有连续性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明下部分段配筋托换桩剖视图；

图2为本发明下部分段配筋托换桩加密配筋区域俯视图；

图3为本发明上部托换大梁俯视图；

图4为本发明上部托换大梁长边剖视图；

图5为本发明托换大梁主筋、分布筋侵入既有承台示意图；

图6为本发明新建承台内第一冷却管分布图；

图7为本发明新建承台内第二冷却管分布图；

图8为本发明实施例钢垫板大样图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1.纵向主筋，2.外层螺旋箍筋，3.内层环箍筋，4.首段，5.中段，6.尾段，7.通底主筋，8.既有承台，9.既有桥桩，10.墩柱，11.新建承台，12.新建桥桩，13.托换大梁主筋，14.托换大梁分布筋，15.托换大梁拉筋，16.第一冷却管，17.第二冷却管，18.钢垫板，19.钢垫板连接锚筋，20.钢垫板出气孔，21新建盾构叠落隧道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，包括位于下部的托换桩和位于上部的托换大梁，托换桩顶部与托换大梁固定连接。

托换桩由上至下分为首段4、中段5和尾段6，托换桩在首段和中段设有钢筋笼，该钢筋笼采用分段配筋，其中，首段配筋配置为：采用加密配筋，其设置多根纵向主筋1，纵向主筋之间设置为相同固定距离，纵向主筋1外侧设置外层螺旋箍筋2，纵向主筋1内侧设置内层环箍筋3；中段配筋配置为：其设置多根纵向主筋，其纵向主筋之间的距离大于首段纵向主筋之间的距离，其纵向主筋外侧也设置外层螺旋箍筋，纵向主筋内侧设置内层环箍筋。

尾段设置多根通底主筋7通底以支撑钢筋笼。

纵向主筋、外层螺旋箍筋、内层环箍筋均采用螺纹钢筋。在本实施例中，首段纵向主筋间距为中段纵向主筋间距的一半，首段外层螺旋箍筋的布设间距为中段外层螺旋箍筋的布设间距的一半，首段和中段内层环箍筋的间距相同。具体的，首段纵向主筋采用三级螺纹钢筋，直径为28mm，按照固定距离130mm进行设置；中段纵向主筋采用三级螺纹钢筋，直径为28mm，按照固定距离250mm进行设置；首段外层螺旋箍筋采用三级螺纹钢筋，直径为12mm，层与层之间按照固定距离100mm进行设置；中段外层螺旋箍筋采用三级螺纹钢筋，直径为12mm，层与层之间按照固定距离200mm进行设置；首段和中段内层环箍筋采用三级螺纹钢筋，直径为25mm，内层环箍筋之间按照固定距离2000mm进行设置。

托换桩首段4加密配筋区域下部超过下线隧道底部1D(D为隧道直径)，使得新建盾构叠落隧道21开挖通过区域在加密区之内，减少对新建承台及周边建、构筑物的扰动，大大提高叠落隧道穿越旧有桥桩的安全性；首段配筋与承台内预留筋对应一致；钢筋笼中段5尾部500mm长度范围内做成向内按照1:10收拢形状，以防止纵向钢筋端部擦坏槽壁；外层螺旋箍筋2水平段不小于一圈半；钢筋笼外层螺旋箍筋2、内层环箍筋3与纵向主筋1单面点焊。

托换大梁的横向截面整体呈异形，如可为多边菱形；托换大梁设有配筋，包括托换大梁主筋13，托换大梁主筋布置于托换大梁梁底和梁顶，托换大梁主筋以横向和纵向交叉布置成网格状，横向与纵向之间距离固定且相同；托换大梁梁底和梁顶之间布置托换大梁分布筋14，托换大梁分布筋设置于梁底和梁顶的托换大梁主筋之间，直径略小于主筋，层与层之间距离相同；托换大梁主筋13和托换大梁分布筋14通过托换大梁拉筋15进行绑扎，按照梅花形布置，拉筋之间构造成钢筋网。

托换大梁主筋13、托换大梁分布筋14均为螺纹钢筋；托换大梁拉筋15采用光圆钢筋。

本实施例中，托换大梁主筋采用三级螺纹钢筋，直径为32mm，横向与纵向主筋之间距离固定且相同，均按照120mm进行设置；托换大梁分布筋采用三级螺纹钢筋，直径为20mm，略小于主筋，层与层之间按照固定距离200mm进行布置；托换大梁拉筋采用一级光圆钢筋，直径为16mm，并按照梅花形布置，拉筋之间构造成钢筋网，按照横向距离120mm，纵向距离240mm进行设置。托换大梁在已有建筑物的限制之下，为适应具体施工地区现状，采用异形设计，设计为多边菱形梁，在满足托换桩强度需求的同时，尽可能的避免对周边已有地面、地下结构的扰动，且相较于常规设计可以节省资源，降低工程造价。

托换大梁的配筋形成钢筋骨架，在托换桩的钢筋笼和托换大梁的钢筋骨架内浇筑混凝土。

托换大梁将既有承台8嵌入其中，既有承台顶面与托换大梁顶面相平齐，既有承台底部嵌入托换大梁中，且上部托换大梁主筋13侵入既有承台，托换大梁分布筋14也侵入既有承台，托换大梁主筋13侵入既有承台的长度大于托换大梁分布筋14侵入既有承台的长度。原有墩柱10与既有承台8相对位置不变。

本发明的另一种典型的实施方式中，提出一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构的施工方法，具体包括以下步骤：

1)在预定位置进行桩孔开挖作业；

2)将预制混凝土注浆管与钢筋笼固定在一起，下放进入桩孔，并在首段4、中段5、尾段6同时开始注浆；

3)待总注浆量与注浆压力达到设计要求时，停止注浆；

4)在桩身混凝土强度达到设计要求时，形成新建桥桩12，并预留钢筋接头及顶升施工空间；

5)放坡开挖，暴露既有承台8与既有桥桩9；

6)凿去既有承台8与既有桥桩9表面，暴露旧有钢筋结构并清洁，刷涂界面处理剂；

7)既有承台8钻孔，在孔内塞满结构粘结胶，开始植筋作业；

8)在预定地点铺设托换大梁梁底主筋，设置临时支撑并在此层钢筋之上铺设托换大梁分布筋14，待分布筋铺设完成后，铺设托换大梁梁顶主筋；

9)按照梅花形布置托换大梁拉筋15，绑扎主筋与分布筋，在指定位置预留桥桩连接筋；

10)钢筋骨架完成后，在承台内布设三层冷却管，其中第一、二层冷却管采用第一冷却管16，以蛇形布设并绕过既有承台，第三层冷却管采用第二冷却管17，以蛇形布设并绕过既有桥桩；

11)在钢筋骨架上灌注混凝土，并在既有承台8边缘埋设振捣棒；

12)在承台基底处预埋注浆管，待新建承台结构强度达到70％时，及时对承台底进行填充注浆；

13)在桩身强度达到设计强度时，形成新建承台11；

14)继续向下开挖基坑，安装顶升装置，对承台结构进行预顶升作业；

15)桥桩及桥梁变形稳定后，扭紧顶升支座螺栓，至顶升支座精确转换千斤顶顶升力，取出千斤顶并安装钢围板，将托换桩首段4钢筋与托换大梁中预留钢筋进行连接，灌注混凝土使桥桩与托换大梁形成新的托换桩基础；

16)对既有桥桩9进行截桩作业；

17)回填基坑，拆除地面支撑。

如图1所示，后注浆管应与钢筋笼加筋绑扎或者焊接；尾段应有不少于3根主筋通底以支撑钢筋笼；桩底注浆管沿钢筋笼内侧圆周对称设置3根，桩周注浆管沿钢筋笼外侧圆周对称设置3根。当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间为30-60min，或调低浆液水灰比。

如图5所示，既有承台8钻孔应采用跳钻作业，植筋作业应保证避免损伤原钢筋。上部托换大梁主筋13侵入既有承台长度为860mm，是托换大梁分布筋14侵入既有承台长度540mm的1.6倍；下部一定区域内承台主筋、分布筋遇到旧桩，桩边的可以绕过，中间的可以与旧桩主筋采用L型焊接。

如图6-图7所示，第一冷却管16需绕开既有承台，第二冷却管17需绕开既有桥桩。混凝土灌注完毕，表面初凝后即开始通入冷却水，且进出水口每8小时更换一次，保证混凝土内部温度均一，降低温度裂缝出现的可能性。

如图8所示，为保证托换体系加载过程中托换桩顶和新建承台11底的混凝土不会被压碎，需要在桩顶和承台底设置30mm厚的钢垫板18，且用7根直径为22mm钢垫板连接锚筋19锚入桩或承台内固定；钢垫板上开有4个钢垫板出气孔20，以保证钢垫板下混凝土浇筑密实。

钢围板可作为后期灌注混凝土时的支护及保护作用；承台预留钢筋与桩头钢筋采用机械连接或者双面焊接。

基底夯实，基坑回填分层压实，对称进行，防止新建结构产生沉降。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，包括托换桩，托换桩顶部与托换大梁固定连接；所述托换桩由上至下分为首段、中段和尾段，托换桩在首段和中段设有钢筋笼，尾段设置多根通底主筋以支撑钢筋笼；所述托换大梁设有托换大梁主筋，托换大梁主筋布置于托换大梁梁底和梁顶，托换大梁梁底和梁顶之间布置托换大梁分布筋，托换大梁主筋和托换大梁分布筋通过托换大梁拉筋绑扎。

2.如权利要求1所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述托换大梁主筋、托换大梁分布筋和托换大梁拉筋形成钢筋骨架，在托换桩的钢筋笼和托换大梁的钢筋骨架内浇筑混凝土。

3.如权利要求1所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述钢筋笼采用分段配筋，其包括多根纵向主筋，纵向主筋外侧设置外层螺旋箍筋，纵向主筋内侧设置内层环箍筋。

4.如权利要求3所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述中段纵向主筋之间的距离大于首段纵向主筋之间的距离。

5.如权利要求1所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述钢筋笼中段尾部向内收拢；所述托换大梁的横向截面为多边菱形。

6.如权利要求1所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述纵向主筋、外层螺旋箍筋、内层环箍筋均采用螺纹钢筋；托换大梁主筋以横向和纵向交叉布置成网格状；托换大梁拉筋按照梅花形布置，托换大梁拉筋之间构造成钢筋网；托换大梁主筋、托换大梁分布筋均为螺纹钢筋；托换大梁拉筋采用光圆钢筋。

7.如权利要求1所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构，其特征是，所述托换大梁将既有承台嵌入其中，且上部托换大梁主筋侵入既有承台，托换大梁分布筋也侵入既有承台，托换大梁主筋侵入既有承台的长度大于托换大梁分布筋侵入既有承台的长度。

8.如权利要求1-7任一项所述的适用于叠落隧道桩基托换的桩基础结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

在预定位置进行桩孔开挖作业；将注浆管与钢筋笼固定，并下放进入桩孔，并在首段、中段、尾段同时开始注浆，形成新建桥桩，并预留钢筋接头及顶升施工空间；

放坡开挖，暴露既有承台与既有桥桩，既有承台钻孔，在孔内塞满结构粘结胶，开始植筋作业；

铺设托换大梁梁底主筋，设置临时支撑并在此层钢筋之上铺设托换大梁分布筋，待分布筋铺设完成后，铺设托换大梁梁顶主筋；布置托换大梁拉筋，绑扎主筋与分布筋，预留桥桩连接筋，形成钢筋骨架；

在钢筋骨架灌注混凝土，并在既有承台边缘埋设振捣棒；在承台基底处预埋注浆管，待新建承台结构强度达到70％时，对承台底进行填充注浆，形成新建承台；

继续向下开挖基坑，安装顶升装置，对承台结构进行预顶升作业；

将托换桩首段钢筋与托换大梁中预留钢筋进行连接，灌注混凝土使桥桩与托换大梁形成新的托换桩基础；

对既有桥桩进行截桩作业；回填基坑，拆除地面支撑。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征是，钢筋骨架完成后，在承台内布设三层冷却管，其中第一、二层冷却管采用第一冷却管，以蛇形布设并绕过既有承台，第三层冷却管采用第二冷却管，以蛇形布设并绕过既有桥桩；混凝土灌注完毕，表面初凝后开始通入冷却水；当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，或调低浆液水灰比。

10.如权利要求8所述的施工方法，其特征是，既有承台钻孔采用跳钻作业，植筋作业避免损伤原钢筋；在桩顶和承台底设置钢垫板，且用锚筋锚入桩或承台内固定；钢垫板开有出气孔，以保证钢垫板下混凝土浇筑密实。

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