随着城市化进程加快和城市流动人口增加，地铁建设正成为城市地下空间开发的重点，也是解决城市地面交通拥堵的主要措施之一。流动人口较多的老城区早期规划并未考虑地铁路线的规划，且城市地下空间经过大规模开发和利用，导致施工中地铁路线的交叉越来越多，穿越道路、桥梁、建筑物等各类结构物的情况也日益增多，不仅给隧道施工带来困难，也对原结构物造成一定影响。

　　 为了确保地面建(构)筑物的安全使用，当地下开挖工程通过桩基础附近或穿过桩时，一般采用桩基托换技术或土体改良技术 ^[1]。近十几年来，国内地铁建设中遇到不少盾构穿越桩基的难题，积累了一些经验。广州地铁1号线首次采用桩基托换技术，成功对4栋建筑物的152根桩进行托换 ^[2]。深圳地铁1号线首次将基础托换应用于22层高层建筑，开创国内大轴力托换的先例 ^[3]。徐前卫等 ^[4]通过理论和数值分析，对桩基托换施工过程中地基加固范围、桩基合理开挖暴露长度、桩-筏体系受力转换机制等问题进行相关研究。邓涛等 ^[5]对工程中运用托换技术时结构内力及顶升作用力进行了研究，提出托换施工时应注意对顶升力的及时修正。寇卫锋 ^[6]对主动托换技术在地铁盾构施工中的应用进行了分析，提出了主动托换时应结合监测数据及时调节千斤顶油压作用力的观点。目前桩基托换技术 ^[7,8,9,10]在地铁建设中的应用情况表明，桩基托换可有效保证地面建(构)筑物的安全使用。

　　 结合南京地铁5号线穿越中山北路桥桩基托换工程开展一系列的分析研究工作。在不影响桥梁上部通行情况下，重点分析桥下狭小空间内拔除旧桩和锚杆静压桩施工要点与可行性。

　　 南京地铁5号线山西路站—虹桥站区间隧道位于南京市鼓楼区，沿中山北路走向，两侧多为商业建筑。隧道结构形式为圆形双线双洞，拟采用盾构法施工。根据地铁5号线的线路规划，山西路站—虹桥站区间隧道将从中山北路桥桩基间穿越，隧道与桥梁的相对位置关系如图1所示。中山北路桥于1964年修建完成，东北侧为华江饭店办公楼，西南侧为开敞河道，该桥为2孔6m净跨钢筋混凝土板桥，2m×6.8m钢筋混凝土简支梁。

　　 桥梁墩台为单排桩柱式框架结构，桥台桩基为31根30cm×35cm×700cm钢筋混凝土预制方桩;桥墩桩基为31根30cm×35cm×1 200cm钢筋混凝土预制方桩，入土深度9m;方桩中心间距为1.34m，为浅层摩擦桩。根据设计方案，隧道顶标高为0.551m，中排桩底标高-1.790m，约有16根中排桩与地铁盾构施工冲突，桩号分别为:P6～P13,P18～P25，隧道与桩基立面和剖面如图2所示。

　　 中山北路桥场地地质情况如下:(1)₁杂填土，厚度0.6m～1m;(1)₂素填土，厚度1.1～1.9m;(2)_1d3粉砂，厚度6.5～8.0m、压缩模量11.4MPa、中低压缩性;(2)_2c3粉土，厚度2.5～4.0m、压缩模量7.8MPa、中压缩性、塑性指数8.6;(2)_2b3-4淤泥质粉质黏土，厚度2.2m、压缩模量3.8MPa、高压缩性、塑性指数14.7;(2)_4b2粉质黏土，厚度3.6～6m、压缩模量5.8MPa、中压缩性、塑性指数13.5。各层土主要物理力学性质如表1所示。盾构通过中山北路桥时，穿越土体主要为粉土、淤泥质粉质黏土和粉质黏土。

　　 1)环境条件复杂桥面板底至河床表面最大净高2.7m，施工空间十分有限，不适用于大型打桩和拔(除)桩设备施工。

　　 2)路面交通流量大中山北路桥为南京市区主干道之一，路面交通流量大，施工时交通不宜阻断。

　　 3)拔桩难度大需要拔除的预制桩桩长为12.0m，但施工空间小、净高低，狭小空间下常规的套管冲孔拔桩难度大。

　　 4)变形控制要求高盾构隧道下穿桥梁主要影响范围内存在软土和砂土，工程地质和水文地质条件较为复杂。砂土透水性强，软土易坍塌。盾构隧道从桥梁下方垂直穿过，加上中山北路桥修建年代较早，需要严格控制沉降和结构变形。

　　 5)桥下管线较多桥下存在燃气、污水、自来水等管线及若干雨水排口;河床下约1.8m处有顶管铺设的国防光缆。这些桥下设施占据一定施工空间，且需要重点保护，对设计和施工均有较大影响。

　　 综合考虑场地工程及水文地质条件，借鉴地铁桩基托换类似工程经验，考虑安全造价及工期等因素，拟采用桩基托换加固方案，并对地层进行注浆加固处理。为使盾构顺利穿越，拟将受到影响的16根12m长的桥墩桩(图2b中的桩号P6～P13,P18～P25)拔至距隧道顶3m以外。为此，首先在河床位置修建长41.4m、宽3.0m、高1m的C40混凝土承台，将所有桥墩桩包围在内，如图3所示。在承台中部和两端分别增设6根(共18根)直径400mm、壁厚1cm，长度分别为25(中部)，20m(两端)的钢管静压桩。拔桩前，在相应的立柱两侧增设临时钢管支撑，拔桩后在拔桩位置处新建钢筋混凝土立柱，新立柱截面尺寸为500mm×500mm。最后，对桥下河床土体实施注浆加固，注浆范围为盾构隧道顶部及隧道周围3m。

　　 施工流程如图4所示，主要施工步骤如下。

　　 1)上下游围堰施工上下游离桥边桩6m处设置土工布吹填土袋+防水土工布围堰。围堰底部两侧共6根刚性导流水管，直径0.8m。

　　 2)新承台及暗梁施工桥墩处开挖1.15m基坑，放坡坡度为1∶1.2，坑底换填15cm碎石垫层，绑扎钢筋，预埋锚杆和静压桩孔洞，浇筑混凝土。

　　 3)锚杆静压桩施工在承台相应位置安装压桩架，对锚杆静压桩进行压桩施工。当桩端达到设计深度后，卸载千斤顶并封桩。

　　 4)临时托换钢管立柱施工在待处理桩基两侧垂直布置临时钢管立柱，使用500钢管，厚1cm，底部为法兰环形钢板，通过螺栓与承台连接，立柱顶端与盖梁之间设置超薄千斤顶，用于顶升梁体并承担被托换桩荷载。

　　 5)拔桩施工凿出被托换桩主筋，截断原桩，分级对称拔桩，通过千斤顶对桩施加上拔力，及时进行截桩，直至上拔至设计标高。

　　 6)钢筋混凝土立柱施工拔桩完成后，在原桩处新浇筑钢筋混凝土立柱，并包裹原桥桩基，浇筑成整体。

　　 7)注浆加固通过注浆管对桥下河床土体进行注浆加固，加固深度至隧道顶及隧道周围3m范围。

　　 锚杆静压桩是锚杆和静压桩结合形成的一种桩基工艺，由抗拔锚杆和静压桩2大部分组成 ^[11]。本工程中，锚杆静压桩选用钢管桩。钢材类型为HRB400。钢管桩外径400mm，厚10mm，布置在非拔除的原桥墩桩两侧，共18根锚杆静压桩，分3个区域布置，如图5所示。锚杆选用32三级螺纹钢，锚固筋长0.7m，每根锚杆桩附近布置4根锚杆，如图6所示。

　　 静压桩竖向承载力实质上为土体与桩相对运动形成的阻力，阻力又可分为桩侧阻力和桩尖阻力2部分，计算公式为 ^[12]:

　　 式中:R_a为单桩竖向承载力(kN);u为桩身周长(m);n为土的层数;l_i为承台底面以下各土层的厚度(m);q_ik为与l_i对应的各土层与桩侧摩阻力标准值(k Pa);q_rk为桩端处的承载力标准值(kPa);A_p为桩端截面面积(mm²);q_rk为桩端土承载力容许值(k Pa)。经过计算，中间部分单根静压桩的承载力为473.75kN，两侧的单根承载力为388.73kN，均大于托换过程中所需承担的承载力。

　　 锚杆是锚杆静压桩施工过程中的核心受力构件，锚杆的设计是否合理及埋设是否牢固是静压桩能否实施的关键。锚杆锚固力的计算如下:

　　 式中:n为锚杆数量，每根静压桩由4根锚杆锚固;u为锚杆周长(m)，本工程采用32三级(HRB400)螺纹钢;τ为锚杆与周边混凝土的黏结力(k N);L为锚固筋长度(m)。本工程中单根锚杆桩的锚固力为844kN，满足稳定性要求。

　　 桥面板底至河床表面最大净高2.7m，桥下施工空间狭小，无法采用大型设备进行拔桩。因此，采用主筋拉拔工艺，将预制桩顶部的主筋凿出并与型钢大梁焊接，在桩两侧设置千斤顶，均匀对型钢大梁施加顶升力，将原桩缓慢拔出，拔出后及时截断。当桩被拔起后，抗拔力逐渐减小，适时减小顶升力。同时，在拔桩全过程中对拔桩力进行监测。拔桩结束后，对桩孔进行填充加固。

　　 桥梁结构体系的受力及变形控制是本工程最复杂问题之一，主要表现在:(1)桥梁建造年代久远，结构经历长期荷载作用与内力重分布过程，桥体对托换造成的变形非常敏感，且整个托换施工是在短时间内完成的，托换工程对控制不均匀变形的要求比新建工程更高;(2)本项目保留部分桩基未被托换，这些桩基的沉降变形已稳定，为避免托换区与非托换区的结构产生过大的相对沉降变形，要求托换区结构体系的沉降量应尽量小。

　　 为使桥梁结构，尤其是盖梁结构在施工过程中的变形得到有效控制，引入监测-反馈-补偿机制。如图7所示，在临时立柱的顶部与盖梁间设置超薄千斤顶，通过盖梁上布置应变片对盖梁的应变状态进行实时监测，分析结构受力状态，并依此适时调整立柱顶部的千斤顶支撑力，最终确保盖梁及上部结构体系在施工过程中安全可控。

　　 桩基托换施工中引起桥梁结构的变形，将影响桥梁的安全和正常使用。本项目全程监控施工过程中周边建筑物、路面、桥面的沉降，确保施工过程中桥梁主体结构的安全使用。图8所示为施工过程中3个不同位置监测点的沉降曲线。其中，图8a为桥面沉降观测点，图8b为邻近路面观测点，图8c为周边建筑物沉降观测点。临时立柱拆除是从3月4日开始至3月8日结束。临时立柱的拆除对桥梁自身的变形沉降影响最为显著(最大沉降量为4mm)，因为此时上部荷载已从临时钢管立柱完全转移到新建的混凝土立柱上，受力体系发生转换。受力体系的转换对周边路面及建筑物的影响较小。监测数据显示，结构变形在控制范围，达到预期效果。

　　 针对南京地铁5号线盾构穿越中山北路桥桩基工程，结合受力分析，辅以监测结果，研究在确保既有桥梁结构正常使用功能条件下盾构穿越既有桥梁桩基的托换技术，主要结论如下。

　　 1)锚杆静压桩桩基托换技术具有单桩承载力较高、所需施工空间较小、所用机械设备简单等优点。

　　 2)桩基托换过程中，应特别注意受力体系发生转换时的施工节点。通过实时数据分析结构应变和受力状态，并进行适当调整，可确保桥梁关键结构在整个施工过程中处于安全可控范围。本工程采用的监测-反馈-补偿机制很好地保护托换施工过程中的桥梁上部结构。

　　 3)当桥下施工空间狭小，无法采用大型拔桩设备时，可采用狭小空间下的拉拔主筋拔桩工艺，该工艺具有实施简单、安全可靠、工效高等特点。

　　 4)桥面、路面及周边结构的监测结果表明，沉降均控制在安全范围内，说明本工程方案制订合理、措施得当。