鋼管樁托換法在隧道工程中擴(kuò)大承臺(tái)結(jié)合的應(yīng)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(kuò)大承臺(tái)結(jié)合鋼管樁托換法在隧道工程中的應(yīng)用,并介紹了樁基托換的總體方案、設(shè)計(jì)方法。
1、工程概況
本建筑物層高3.0m,基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，單樁承臺(tái)和兩樁承臺(tái)，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(qiáng)度為C20，樁長(zhǎng)為20~23m，樁端入中~微風(fēng)化泥巖1.0m。該建筑物有13根樁樁端處于盾構(gòu)掘進(jìn)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(tái)而受到盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)間接影響，即有20根樁需進(jìn)行托換或加固處理，樁基位于隧道開挖區(qū)，屬于隧道建設(shè)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(chǎng)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(jī)身長(zhǎng)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(shè)計(jì)
2.1原樁單樁承載力復(fù)核
對(duì)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(yàn)，無論樁端是否侵入隧道，計(jì)算樁剩余承載力時(shí)，僅考慮樁的隧道頂上方約3m處以上發(fā)揮作用，對(duì)于距離隧道較遠(yuǎn)的其他軸線上的樁，則不考慮盾構(gòu)通過時(shí)對(duì)其承載力的影響。選取鉆孔MFZ3-YD-01A，來計(jì)算隧道上方ZJ9～ZJ12；ZJ20～ZJ23的8個(gè)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(shí)本建筑物的形狀不規(guī)則，側(cè)“凹”形，盾構(gòu)機(jī)直接推過，可能發(fā)生較大的柱子沉降和框架梁裂縫。當(dāng)?shù)刈魧?duì)宿舍的安全敏感度高，如產(chǎn)生不利結(jié)果社會(huì)影響大，從理論、建筑物的結(jié)構(gòu)形式及盾構(gòu)機(jī)的施工風(fēng)險(xiǎn)上，均應(yīng)對(duì)隧道上方可能受影響的樁進(jìn)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(chǔ)備；
?。?）托換體系的總變形應(yīng)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；
（4）樁基托換后應(yīng)保證區(qū)間隧道的施工安全，并嚴(yán)格控制隧道施工對(duì)新托換結(jié)構(gòu)的影響和破壞；
?。?）樁基托換施工不得改變?cè)ㄖ锏氖褂霉δ堋?br />
3、擴(kuò)大承臺(tái)結(jié)合鋼管樁托換方法
本建筑物下基礎(chǔ)大部分為二樁承臺(tái)，布置不規(guī)則，且承臺(tái)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(xì)砂層，采用筏板托換方案，需對(duì)此軟弱地基進(jìn)行加固處理，而此處臨近珠江，通常的地基處理方案因動(dòng)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(qiáng)、中風(fēng)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(kuò)大承臺(tái)＋鋼管樁托換方案來承擔(dān)部分上部荷載；原樁承臺(tái)布置不規(guī)則且距離較近，故擴(kuò)大承臺(tái)后就連在一起成為筏板，可以加強(qiáng)基礎(chǔ)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(shí)，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(dān)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(biāo)準(zhǔn)值＋新增筏板的自重與原樁剩余承載力差值來計(jì)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(duì)上部荷載的分擔(dān)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(shí)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(duì)托換區(qū)○A~○C軸下基礎(chǔ)的承載力進(jìn)行整體核算：
柱子上部荷載標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)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(jì)算理論結(jié)合工程實(shí)踐將擴(kuò)大承臺(tái)結(jié)合鋼管樁托換方案成功應(yīng)用于隧道工程中，對(duì)工程地質(zhì)鉆探各項(xiàng)數(shù)據(jù)的充分掌握以及對(duì)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(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，原結(jié)構(gòu)包括地基基礎(chǔ)各項(xiàng)性能指標(biāo)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(duì)本工程的特點(diǎn)，提出了采用擴(kuò)大承臺(tái)結(jié)合鋼管樁托換方案，并對(duì)托換后原樁承載力和鋼管樁承載力進(jìn)行驗(yàn)算，證明該方法的可行性。擴(kuò)大承臺(tái)結(jié)合鋼管樁托換法在本工程中的成功應(yīng)用，對(duì)同類工程設(shè)計(jì)及施工具有指導(dǎo)及參考價(jià)值。
