鋼管樁托換法在隧道工程中擴大承臺結(jié)合的應用
2012-08-02 來源：作者：董圣剛 來源：中國論文網(wǎng)
引言
樁基托換技術(shù)，是將樓底有隧道穿過的樓房的樁與上部結(jié)構(gòu)分離，既有樁基承受的上部荷載有效地轉(zhuǎn)移到新托換結(jié)構(gòu)上。本文將介紹擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換法在隧道工程中的應用,并介紹了樁基托換的總體方案、設計方法。
1、工程概況
本建筑物層高3.0m,基礎為鉆孔樁基礎，單樁承臺和兩樁承臺，樁徑為0.8m和1.0m，φ800單樁承載力為2000kN,φ1000單樁承載力為3500kN。樁身混凝土強度為C20，樁長為20~23m，樁端入中~微風化泥巖1.0m。該建筑物有13根樁樁端處于盾構(gòu)掘進區(qū)域，7根樁處于隧道外1m影響線內(nèi)或?qū)儆陔p樁承臺而受到盾構(gòu)掘進時間接影響，即有20根樁需進行托換或加固處理，樁基位于隧道開挖區(qū)，屬于隧道建設中難度較大樁基群托換問題。
周邊建筑物情況：該棟建筑物西臨寬4m的某街，東側(cè)為寬4.8m的街道，其南邊7.5m處為A125房屋（7層），西邊7.0m處為A124房屋（9層）。
周邊管線情況：根據(jù)線路總體及承包商提供的地下管線資料，本施工場地內(nèi)的筏板托換施工不需遷改地下管線。
隧道軸線埋深為23m左右，盾構(gòu)機身長8.0m，盾構(gòu)外徑為6.3m，盾構(gòu)刀盤外徑比盾構(gòu)殼外徑大10mm，襯砌每環(huán)1m寬，厚0.3m。
2、托換方案設計
2.1原樁單樁承載力復核
對處于隧道附近B、C軸上的樁，根據(jù)樁端地質(zhì)、樁基規(guī)范及隧道工程托換經(jīng)驗，無論樁端是否侵入隧道，計算樁剩余承載力時，僅考慮樁的隧道頂上方約3m處以上發(fā)揮作用，對于距離隧道較遠的其他軸線上的樁，則不考慮盾構(gòu)通過時對其承載力的影響。選取鉆孔MFZ3-YD-01A，來計算隧道上方ZJ9～ZJ12；ZJ20～ZJ23的8個樁的剩余承載力。
由上表知，處于隧道上方的20根樁中，有13根樁的剩余承載力是不滿足上部荷載要求。同時本建筑物的形狀不規(guī)則，側(cè)“凹”形，盾構(gòu)機直接推過，可能發(fā)生較大的柱子沉降和框架梁裂縫。當?shù)刈魧λ奚岬陌踩舾卸雀?，如產(chǎn)生不利結(jié)果社會影響大，從理論、建筑物的結(jié)構(gòu)形式及盾構(gòu)機的施工風險上，均應對隧道上方可能受影響的樁進行樁基托換處理。
2.2托換基本原則
?。?）新托換結(jié)構(gòu)體系的承載力有足夠的保證和儲備；
（2）托換體系的總變形應控制在原建筑物允許的局部附加變形范圍以內(nèi)；
?。?）托換施工過程中必須保證把上部荷載從原來的樁基上可靠的轉(zhuǎn)換到新的托換結(jié)構(gòu)體系上，并有效控制被托換結(jié)構(gòu)在施工中的有害變形；
?。?）樁基托換后應保證區(qū)間隧道的施工安全，并嚴格控制隧道施工對新托換結(jié)構(gòu)的影響和破壞；
?。?）樁基托換施工不得改變原建筑物的使用功能。
3、擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換方法
本建筑物下基礎大部分為二樁承臺，布置不規(guī)則，且承臺之間距離較小，樁梁托換方案不易布置。本建筑物下部存在約3m厚淤泥質(zhì)土和5m厚粉細砂層，采用筏板托換方案，需對此軟弱地基進行加固處理，而此處臨近珠江，通常的地基處理方案因動水影響，加固效果難保證，故也不宜采用筏板托換方案。根據(jù)建筑物下的地質(zhì)資料，盾構(gòu)隧道頂部上方存在較厚的強、中風化巖層，盾構(gòu)通過后原樁的剩余承載力仍較大，故可采取擴大承臺＋鋼管樁托換方案來承擔部分上部荷載；原樁承臺布置不規(guī)則且距離較近，故擴大承臺后就連在一起成為筏板，可以加強基礎的整體性和協(xié)調(diào)變形。
3.1托換鋼管樁的布置
建筑物○A~○C軸下的部分樁基侵入隧道，盾構(gòu)通過時，原樁仍有部分剩余承載力，故可采用新增加的鋼管樁和剩下的原樁一起來承擔上部荷載，故新增的鋼管樁主要布置在受影響的被托換樁和底柱周圍。托換鋼管樁的布置，是跟據(jù)上部荷載標準值＋新增筏板的自重與原樁剩余承載力差值來計算，且托換樁間距滿足最小間距750mm的要求，忽略新增筏板下土對上部荷載的分擔作用，筏板厚0.8m。
故在原樁周圍理論上共需布置31根鋼管樁，實際布置了71根，另考慮到新增筏板的自重影響，在鋼管樁間距較大處，也布置了鋼管樁，總共在筏板下布置了83根鋼管樁。
下面對托換區(qū)○A~○C軸下基礎的承載力進行整體核算：
柱子上部荷載標準值：35271KN；
筏板自重：25KN/m3×24.53m×12.38m×0.8m=6074KN；
○A~○C軸下原樁的剩余承載力：43300KN；
新增83根鋼管樁的豎向總承載力：20750KN；
樁基上總荷載標準值為：N=35271＋6074=41345KN；
筏板下所有樁基的豎向承載力為：R=43300＋20750=64050KN>41345KN；
可見，經(jīng)過托換后，筏板下樁基的豎向承載力遠大于樁基上部總荷載，故托換方案的承載力滿足上部荷載要求。
4、結(jié)語
本工程通過計算理論結(jié)合工程實踐將擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換方案成功應用于隧道工程中，對工程地質(zhì)鉆探各項數(shù)據(jù)的充分掌握以及對局部、整體結(jié)構(gòu)受力的深入分析為方案的提出直至方案成功的應用奠定了基礎，原結(jié)構(gòu)包括地基基礎各項性能指標和周圍環(huán)境條件則決定了托換體系的類型及托換方法。針對本工程的特點，提出了采用擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換方案，并對托換后原樁承載力和鋼管樁承載力進行驗算，證明該方法的可行性。擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換法在本工程中的成功應用，對同類工程設計及施工具有指導及參考價值。
