一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法

1.本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法。


背景技术：

2.随着我国城市基础设施的大规模建设，不可避免地出现新建设施与既有设施的空间交叠。当隧道在既有桥梁桩基下方穿过施工时，桥梁桩基必须具有足够的强度和稳定性，为了保证隧道的正常安全施工，有时会出现桥梁桩基的加固和保护难题，特别是地下水丰富、粘结力差的砂土地基中，隧道开挖的卸载作用，可能会引起上部桩基的附加沉降；处理此类问题的思路有将既有桩基拆除重建和桩基托换等，其中拆除重建会带来一系列的工程和经济问题，故较少采用拆除重建这样的方案。为此现在基本上采用桩基托换方法，现有的桩基托换方法往往是在被托换桩基的两侧打入新的承载桩，将新承载桩上部用托换梁连接起来，并在新桩和托换梁之间布设千斤顶以加快新桩的沉降，使之尽快稳定，最后逐步卸载，从而防止隧道开挖施工的卸荷作用导致桩基附加沉降；由于隧道内部处于中空状态，由于地质结构的影响，此类施工方法容易受到外部作用力影响(例如水压)而容易发生塌陷，而且这类桥梁桩基在施工过程中存在安装比较麻烦，操作不便，容易造成加工不稳定的现象，甚至会影响桥梁的正常使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，本发明的施工方法能够保证上部高架桥的正常通行，避免桥梁既有桩基因拆复建所引起的工期延误和经济损失，尽最大可能地保留高架桥的功能需求，防止因隧道开挖引起的桩基沉降。为了实现上述目的，发明采用以下技术效果：
4.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：
5.步骤1：注浆试验，注浆施工前在高架桥既有基桩周围分别钻取2～3个注浆孔，在注浆孔内注入注浆液，使注浆填充注浆孔的所有空隙，然后检验注浆液技术参数；
6.步骤2：确定注浆范围，按照交通组织方式和施工顺序对高架桥既有桩基进行分区，通过初步确定既有桩基变形在土层中的影响半径范围，根据影响半径范围确定桩基外围的注浆范围；
7.步骤3：布孔与植入微型桩，在每个既有桩基的注浆范围至少布设两圈沿深度方向的微型桩孔，微型桩孔离既有桩基外围的距离越小其深度越深，每个微型桩孔施工完毕后及时植入微型桩，直到施工完最后一个微型桩孔，在所述微型桩的下部设有锥头，在微型桩的桩身上布有透浆孔；
8.步骤4：注浆，注浆顺序为先既有桩基的周边后中间，在既有桩基变形影响范围内逐步对微型桩进行注浆，注浆时分别在相互对称微型桩内进行对称注浆，注浆压力与地质
条件和深度相适应，从下到上的注浆压力逐级递减；
9.步骤5：承台施工，注浆养护完成后在既有桩基的顶端施工制备一个承台，使新建成的承台与既有桩基之间得到加固，完成既有桩基、承台与桥梁之间的承载支撑托换；
10.步骤6：隧道开挖施工，既有桩基1加固施工结束后进行隧道开挖，采用顺序开挖的方式，分别对既有桩基左右两侧的左线隧道和右线隧道依次进行开挖，开挖过程中对既有桩基的沉降进行实时监测。
11.上述方案进一步优选的，所述施工方法还包括检查验证，所述检查验证包括对注浆过程进行检查和注浆结束时进行检查验证，对注浆过程进行检查包括浆液胶凝时间；注浆结束时进行检查验证包括注浆效果验证、检查注浆记录并确定注浆量是否达到设计标准、检查承台施工过程中的承台尺寸、表面平整度、钢筋安装质量和混凝土标号是否达到质量标准。
12.上述方案进一步优选的，注浆结束时的注浆效果验证包括如下步骤，注浆结束后在承台周边的2米范围内设置监测孔，监测注浆效果，满足检查验证结果，则认为注浆达到效果，方可进行后续隧道施工安排。
13.上述方案进一步优选的，步骤4中，每根微型桩内的注浆压力达到设计终压的1.5倍使持续注浆10分钟以上，当地面隆起值超过30毫米浆液时结束该微型桩的注浆。
14.上述方案进一步优选的，对既有桩基的沉降进行实时监测按照如下步骤进行：在既有桩基周围布置位移传感器，实时测量既有桩基的竖向位移，当出现竖向位移过大的紧急情况时停止施工。
15.上述方案进一步优选的，步骤6中，所述微型桩孔包括布设于既有桩基周围两圈且沿深度方向的内层微型桩孔和外层微型桩孔，内层微型桩孔2与外层微型桩孔之间呈交错布置，且内层微型桩孔的深度大于外层微型桩孔的深度。
16.上述方案进一步优选的，步骤5中，在既有桩基的顶端施工制备一个承台具体步骤为：先对既有桩基接的触面进行粗糙度处理，然后在既有桩基上方设置承台浇注支模；再根据设计要求进行承台钢筋笼加工，将承台钢筋笼加布置在承台浇注支模内部，然后在承台浇注支模内浇筑混凝土，使承台钢筋笼、混凝土与既有桩基凝结固化为一体；最后，完成养护使混凝土充分硬化后，对承台浇注支模进行拆除，完成新建承台的施工。
17.上述方案进一步优选的，在注浆作业前，在既有桩基地表附近埋设位移观测点，在注浆前过程中还对注浆参数进行动态控制，其中，动态控制主要包括根据现场实际注浆情况及时调整注浆压力和注浆量、对地表位移观测点进行实时监测以及根据监测结果及时反馈控制注浆速度、注浆参数和对微型桩孔串浆、冒浆现象的观察。
18.上述方案进一步优选的，步骤2中，根据影响半径范围确定桩基外围的注浆范围包括如下步骤：
19.以桩基中心原点，在基桩影响半径区域周围的土层中建立变形监测点，其中，变形监测点随注浆深度增大距离桩基距离逐级递增大；
20.在每个变形监测点获取土层变形图像，对土层变形图像进行对比分析并生成目标土层深度变形分布图，根据变形分布图确定不同深度的浆液扩散半径；
21.在每个变形监测点的浆液扩散半径之外再增加一段距离作为桩基外围的最大注浆半径。
22.发明采用了上述技术方案，发明具有以下技术效果：
23.(1)、本发明提的隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，将既有桩基通过微型桩和承台进行预先加固，防止隧道开挖的卸荷作用导致桩基附加沉降，能保证上部高架桥的正常通行，避免了因为桥梁拆复建所引起巨大的经济损失和工期延误，消除了桥梁因隧道开挖引起的沉降变形风险，尽最大可能地保留了原有高架桥的功能需求，其加固结构设计和施工过程符合工程实际。
附图说明
24.图1是本发明的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法的施工步流程图；
25.图2是本发明的桥梁既有桩基沉降示意图
26.图3是本发明的内层微型桩孔示意图
27.图4是本发明的外层微型桩孔示意图
28.图5是本发明的承台示意图
29.图6是本发明的左线和右线隧道开挖施工示意图；
30.附图中，既有桩基1，微型桩2，承台3，内层微型桩孔21，外层微型桩孔22，微型桩锥头23，微型桩透浆孔24，左线隧道41、右线隧道42。
具体实施方式
31.为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现发明的这些方面。
32.如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据发明的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括如下步骤：
33.步骤1：注浆试验，注浆施工前在高架桥既有基桩周围分别钻取2～3个注浆孔，在注浆孔内注入注浆液，使注浆填充注浆孔的所有空隙，然后检验注浆液技术参数；将注浆液制备好并放入注浆泵中，连接注浆泵和注浆管，确保密封良好。按照设计要求控制注浆的流量、压力和时间，开始注浆；注浆过程中应注意控制注浆速度和压力，以充分填充孔洞内的空隙。从而验证浆液的扩散半径、注浆终压、浆液凝固时间、浆液配合比、浆液单孔设计量和固土半径是否合理，确定压浆的施工工艺、技术参数和检验效果。经试验验证合理后，方可按所选的参数进行注浆控制；采取插值的方式补充完善各个压浆孔深、孔径、压力、浆液要求等参数；
34.步骤2：确定注浆范围，按照交通组织方式和施工顺序对高架桥既有桩基进行分区，通过初步确定既有桩基变形在土层中的影响半径范围，根据影响半径范围确定桩基外围的注浆范围；注浆的范围在桩基变形影响半径范围内，在桩基变形影响半径范围内采用水泥浆注浆加固；其中，确定桩基外围的注浆范围的过程为：以桩基中心原点，在基桩影响半径区域周围的土层中建立变形监测点，其中，变形监测点采用红外渗压计监测变形情况，变形监测点随注浆深度增大距离桩基距离逐级递增，越深的土层中；确定深层土层层、裂隙及构造信息；从而了解桩基变形影响半径范围变化情况；在每个变形监测点获取土层变形
图像，对土层变形图像进行对比分析并生成目标土层深度变形分布图，根据变形分布图确定不同深度的浆液扩散半径d；在每个变形监测点的浆液扩散半径之外再增加一段距离l作为桩基外围的最大注浆半径，为此最大注浆半径为浆液扩散半径d+l，其中；在确定浆液扩散半径之外增加这一段距离l不少于10cm，距离l最大不超过35cm；不仅可以快速地确定浆液扩散范围，而且还能够避免和减少多变地质条件下桩基意外事故的发生；
35.步骤3：布孔与植入微型桩，在每个既有桩基1周围至少布设两圈沿深度方向的微型桩孔，微型桩孔离既有桩基1外围的距离越小其深度越深，注浆深度随距离(与桩基的距离)逐级递减，越靠近桩基的微型桩孔越深，微型桩孔与桩基距离越远，微型桩孔较浅，每个微型桩孔施工完毕后及时植入微型桩2，直到施工完最后一个微型桩孔，在所述微型桩2的下部设有锥头23，在微型桩2的桩身上布有透浆孔24；根据桩基的受力变形特征，如图2所示，即靠近桩体的内侧土体先产生位移，随后带动外层土体的位移。据此，内层微型桩孔深度需大于既有桩基长度。如图3所示，为内层微型桩孔21成孔示意图；
36.步骤4：注浆，先制备浆液，采用水泥制备注浆液，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，注浆量按施工实际情况作相应调整。配制时先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，注浆液即拌即用；注浆顺序为先既有桩基1的周边后中间，在既有桩基1变形影响范围内逐步对微型桩2进行注浆，注浆时分别在相互对称微型桩2内进行对称注浆，注浆压力与地质条件和深度相适应，从下到上的注浆压力逐级递减；先在既有桩基1最外围植入的微型桩2内，每根微型桩2内的注浆压力达到设计终压的1.5倍使持续注浆10分钟以上，当地面隆起值超过30毫米浆液时结束该微型桩2的注浆；在本发明中，所述微型桩孔包括布设于既有桩基1周围两圈且沿深度方向的内层微型桩孔21和外层微型桩孔22，内层微型桩孔21与外层微型桩孔22之间呈交错布置，且内层微型桩孔21的深度大于外层微型桩孔22的深度；根据桩基的受力变形特征，即靠近桩体的内侧土体先产生位移，随后带动外层土体的位移。据此，如图3所示，内层微型桩孔21深度需大于既有桩基长度；同样地，如图4所示，对外层微型桩孔22进行成孔时，根据桩基的受力变形特征，外层微型桩孔深度小于既有桩基1的长度；为了防止塌孔，在微型桩孔施工完毕后应及时植入微型桩2，为了便于植桩，微型桩下部设有锥头23，为了便于注浆，微型桩的桩身上布有透浆孔24；由于本发明的地表注浆采用后退式注浆，钻孔注浆一体化，在每个桩基周边布设两排微型桩孔，第二排微型桩孔(内层微型桩孔21)与第一排微型桩孔(外层微型桩孔22)交错布置，采用现代化钻孔设备进行微型桩孔的成形。为防止塌孔，钻孔完成后应及时植入微型桩；
37.在本发明实施例中，在注浆作业前，在既有桩基地表附近埋设位移观测点，在注浆前过程中还对注浆参数进行动态控制，其中，动态控制主要包括根据现场实际注浆情况及时调整注浆压力和注浆量、对地表位移观测点进行实时监测以及根据监测结果及时反馈控制注浆速度、注浆参数和对微型桩孔串浆、冒浆现象的观察；用水准仪检查地面的隆起情况时，当地面隆起值超过30毫米时应停止注浆，待原因查清后再继续施工，还应密切注意注浆情况，根据实际情况调整配合比，从而达到注浆的最佳效果。当一个孔的注浆全部完成时，拆卸钻杆之前，必须先打开注浆管(或注浆泵)上的泄压阀泄压，再卸钻杆，防止高压浆液喷射伤人。
38.步骤5：承台施工，注浆养护完成后在既有桩基1的顶端施工制备一个承台，使新建成的承台与既有桩基1之间得到加固，完成既有桩基1、承台3与桥梁之间的承载支撑托换；
在既有桩基1的顶端施工制备一个承台具体步骤为：先对既有桩基接的触面进行粗糙度处理，从而使既有桩基与新建承台间充分接触。然后在既有桩基上方设置承台浇注支模；再根据设计要求进行承台钢筋笼加工，将承台钢筋笼加布置在承台浇注支模内部，然后在承台浇注支模内浇筑混凝土，使承台钢筋笼、混凝土与既有桩基凝结固化为一体；最后，完成养护使混凝土充分硬化后，对承台浇注支模进行拆除，完成新建承台的施工，待混凝土养护至设计强度后方可进行下一步的施工；
39.步骤6：隧道开挖施工，既有桩基1加固施工结束后进行隧道开挖，采用顺序开挖的方式，分别对既有桩基1左右两侧的左线隧道41和右线隧道42依次进行开挖，开挖过程中对既有桩基1的沉降进行实时监测；对既有桩基1的沉降进行实时监测按照如下步骤进行：在既有桩基1周围布置位移传感器，实时测量既有桩基1的竖向位移，当出现竖向位移过大的紧急情况时停止施工；防止安全事故发生；
40.在本发明中，本发明的施工过程还包括检查验证，检查验证主要对注浆效果进行检查，主要由相关人员负责落实验收标准、验收程序、验收内容、验收人员等管理，所述检查验证包括对注浆过程进行检查和注浆结束时进行检查验证，对注浆过程进行检查包括浆液胶凝时间；注浆结束时进行检查验证包括注浆效果验证、检查注浆记录并确定注浆量是否达到设计标准、检查承台施工过程中的承台尺寸、表面平整度、钢筋安装质量和混凝土标号是否达到质量标准；注浆结束时的注浆效果验证包括如下步骤，注浆结束后在承台周边的2米范围内设置监测点，进行监测注浆效果。满足上述条件，则认为注浆达到效果，方可进行后续隧道施工安排。
41.以上所述仅是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

技术特征：
1.一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括如下步骤：步骤1：注浆试验，注浆施工前在高架桥既有基桩周围分别钻取2～3个注浆孔，在注浆孔内注入注浆液，使注浆填充注浆孔的所有空隙，然后检验注浆液技术参数；步骤2：确定注浆范围，按照交通组织方式和施工顺序对高架桥既有桩基进行分区，通过初步确定既有桩基变形在土层中的影响半径范围，根据影响半径范围确定桩基外围的注浆范围；步骤3：布孔与植入微型桩，在每个既有桩基的注浆范围至少布设两圈沿深度方向的微型桩孔，微型桩孔离既有桩基外围的距离越小其深度越深，每个微型桩孔施工完毕后及时植入微型桩，直到施工完最后一个微型桩孔，在所述微型桩的下部设有锥头，在微型桩的桩身上布有透浆孔；步骤4：注浆，注浆顺序为先既有桩基的周边后中间，在既有桩基变形影响范围内逐步对微型桩进行注浆，注浆时分别在相互对称微型桩内进行对称注浆，注浆压力与地质条件和深度相适应，从下到上的注浆压力逐级递减；步骤5：承台施工，注浆养护完成后在既有桩基的顶端施工制备一个承台，使新建成的承台与既有桩基之间得到加固，完成既有桩基、承台与桥梁之间的承载支撑托换；步骤6：隧道开挖施工，既有桩基加固施工结束后进行隧道开挖，采用顺序开挖的方式，分别对既有桩基左右两侧的左线隧道和右线隧道依次进行开挖，开挖过程中对既有桩基的沉降进行实时监测。2.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法还包括检查验证，所述检查验证包括对注浆过程进行检查和注浆结束时进行检查验证，对注浆过程进行检查包括浆液胶凝时间；注浆结束时进行检查验证包括注浆效果验证、检查注浆记录并确定注浆量是否达到设计标准、检查承台施工过程中的承台尺寸、表面平整度、钢筋安装质量和混凝土标号是否达到质量标准。3.根据权利要求2所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：注浆结束时的注浆效果验证包括如下步骤，注浆结束后在承台周边的2米范围内设置监测孔，监测注浆效果，满足检查验证结果，则认为注浆达到效果，方可进行后续隧道施工安排。4.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：步骤4中，每根微型桩内的注浆压力达到设计终压的1.5倍使持续注浆10分钟以上，当地面隆起值超过30毫米浆液时结束该微型桩的注浆。5.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：步骤6中，对既有桩基的沉降进行实时监测按照如下步骤进行：在既有桩基周围布置位移传感器，实时测量既有桩基的竖向位移，当出现竖向位移过大的紧急情况时停止施工。6.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：步骤6中，所述微型桩孔包括布设于既有桩基周围两圈且沿深度方向的内层微型桩孔和外层微型桩孔，内层微型桩孔与外层微型桩孔之间呈交错布置，且内层微型桩孔的深度大于外层微型桩孔的深度。7.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：步骤5中，在既有桩基的顶端施工制备一个承台具体步骤为：先对既有桩基接的触面进行粗糙度处理，然后在既有桩基上方设置承台浇注支模；再根据设计要求进行承台钢筋笼加工，将承
台钢筋笼加布置在承台浇注支模内部，然后在承台浇注支模内浇筑混凝土，使承台钢筋笼、混凝土与既有桩基凝结固化为一体；最后，完成养护使混凝土充分硬化后，对承台浇注支模进行拆除，完成新建承台的施工。8.根据权利要求1或4所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：在注浆作业前，在既有桩基地表附近埋设位移观测点，在注浆前过程中还对注浆参数进行动态控制，其中，动态控制主要包括根据现场实际注浆情况及时调整注浆压力和注浆量、对地表位移观测点进行实时监测以及根据监测结果及时反馈控制注浆速度、注浆参数和对微型桩孔串浆、冒浆现象的观察。9.根据权利要求1所述的一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：步骤2中，根据影响半径范围确定桩基外围的注浆范围包括如下步骤：以桩基中心原点，在基桩影响半径区域周围的土层中建立变形监测点，其中，变形监测点随注浆深度增大距离桩基距离逐级递增大；在每个变形监测点获取土层变形图像，对土层变形图像进行对比分析并生成目标土层深度变形分布图，根据变形分布图确定不同深度的浆液扩散半径；在每个变形监测点的浆液扩散半径之外再增加一段距离作为桩基外围的最大注浆半径。

技术总结
本发明公开了一种隧道下穿既有桥梁桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括如下步骤：注浆试验，注浆施工前在高架桥既有基桩周围分别钻取2～3个注浆孔，在注浆孔内注入注浆液，使注浆填充注浆孔的所有空隙，然后检验注浆液技术参数；确定注浆范围、布孔与植入微型桩和注浆，注浆养护完成后在既有桩基的顶端施工制备一个承台，使新建成的承台与既有桩基之间得到加固，既有桩基加固施工结束后分别对既有桩基左右两侧的左线隧道和右线隧道依次进行开挖。本发明能够保证上部高架桥的正常通行，避免桥梁既有桩基因拆复建所引起的工期延误和经济损失，尽最大可能地保留高架桥的功能需求，防止因隧道开挖引起的桩基沉降。防止因隧道开挖引起的桩基沉降。防止因隧道开挖引起的桩基沉降。


技术研发人员：张江涛 蒲振华 胡自强 曾俊雄 乜国新 吴红英 张玉栋 李权超 马永飞 何博 范坤 江杰 陈朝棋
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/23