扩大承台+钢管桩托换法在地铁施工中的应用

精品文档-下载后可编辑扩大承台+钢管桩托换法在地铁施工中的应用摘要:广州地铁六号线某区间穿越某8层钢筋混凝土框架结构房屋时，有20根桩处在盾构掘进影响区域内，需对其进行托换或加固处理。针对本工程的特点，提出了采用扩大承台＋钢管桩托换方案，并对托换后原桩承载力和钢管桩承载力进行计算分析，得出采用此种方法是可行的。扩大承台＋钢管桩托换法在广州地铁六号线某综合楼基础托换工程中的成功应用，对同类工程设计及施工具有指导及参考价值。

关键词:扩大承台;钢管桩托换;托换技术;

Abstract:WhileGuangzhoumetroline6goesthroughtheundergroundfoundationofa8-floorRCframeworkbuilding,thereare20drilledpilesintheshield-drivenfield.Hencethedrilled-pilesneedtobedisplacedorstrengthened.Inthiscase,theauthorchoosestheschemewhichtheundergroundfoundationisunderpinnedbythesteelpipepileandaraftfoundationmadebytheenlargementofthepilecaps.Throughthecomparisonofthebearingcapacitybetweenthedrilledpileandthesteelpipepilebycaculating,thisschemeisprovedtoberationalandfeasible.Thesuccessfulapplicationoftheschemeintheframeworkbuilding’sdrilledpilesreplacementinGuangzhoumetroline6wouldprovidecertainguidanceforthedesignandconstructionofsimilarproject.

Keywords:

theenlargementofthepilecaps;thereplacementwithsteelpipepile;theschemeofreplacement

0引言

桩基托换技术，是将楼底有隧道穿过的楼房的桩与上部结构分离，既有桩基承受的上部荷载有效地转移到新托换结构上。[1]很多文章[2～5],介绍了托换结构多采用承台两侧设置托换梁,荷载将通过承台传到托换梁上,再由梁传到新加的托换桩上,从而达到托换的目的,而很少有文章介绍扩大承台＋钢管桩托换法。本文将介绍扩大承台＋钢管桩托换法在广州地铁六号线中的应用,并介绍了桩基托换的总体方案、设计方法。

1工程概况

广州地铁六号线某区间左线盾构隧道穿过某8层钢筋混凝土框架结构桩基。本建筑物层高3.0m,基础为钻孔桩基础，单桩承台和两桩承台，桩径为0.8m和1.0m，φ800单桩承载力为2000kN,φ1000单桩承载力为3500kN。桩身混凝土强度为C20，桩长为20~23m，桩端入中~微风化泥岩1.0m。该建筑物有13根桩桩端处于盾构掘进区域，7根桩处于隧道外1m影响线内或属于双桩承台而受到盾构掘进时间接影响，即有20根桩需进行托换或加固处理，桩基位于地铁隧道开挖区，属于地铁建设中难度较大桩基群托换问题，如图1-1，图1-2所示。

周边建筑物情况：该栋建筑物西临宽4m的某街，东侧为宽4.8m的街道，其南边7.5m处为A125房屋（7层），西边7.0m处为A124房屋（9层）。

周边管线情况：根据线路总体及承包商提供的地下管线资料，本施工场地内的筏板托换施工不需迁改地下管线。

图1-1平面布置图(单位:mm)图1-2桩基与隧道位置关系图

隧道轴线埋深为23m左右，盾构机身长8.0m，盾构外径为6.3m，盾构刀盘外径比盾构壳外径大10mm，衬砌每环1m宽，厚0.3m。

土层地质情况如表1-1，表1-2所示。

表1-1隧道穿过区岩土层特性

层号岩土名称主要工程地质特征开挖后土岩

稳定状态层厚/m

人工填土松散-稍密,均匀性差,土层

透水性较强易崩塌0～3

淤泥质土软塑,土层透水性弱不能自稳3～6.3

粉细砂饱和,松散-稍密,透水性弱不能自稳，易塌6.3～11.3

残积硬塑状粘性土可塑状,粘性较强,微透水性自稳性较差2.3~5.0

全风化岩层岩石结构已基本破坏,已风化成土状,透水性稍弱自稳性较好11.3～15.9

强风化岩层呈半岩半土状,碎块状,风化裂隙发育,弱渗透性自稳性较好,但

易掉块15.9～19.7

中风化岩层软质岩,裂隙较发育,透水性中等自稳性较好,但

易掉块19.7～27.6

微风化岩层软质岩，裂隙稍发育，微渗透性自稳性较好27.6～

表1-2各层土体参数表

岩土名称厚度

/m含水率ω/%密度(g/cm3)压缩模量Es/MPa泊松比

μ黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)弹性模量E/MPa

人工填土层335.01.804.000.3815.012.010

淤泥质土层3.349.41.652.500.425.05.26

粉细砂层525.01.908.000.27/30.015

全风化粉砂质泥岩323.72.007.500.2835.024.050

强风化粉砂质泥岩3.822.22.109.000.2550.026.090

中风化粉砂质泥岩8/2.20/0．2360038.0500

微风化粉砂质泥岩19/2.21/0．2100040.02000

盾构管片2．40．224000

桩基2．40．224000

梁，柱2．40．224000

2托换方案设计

2.1原桩单桩承载力复核

对处于隧道附近B、C轴上的桩，根据桩端地质、桩基规范及地铁工程托换经验，无论桩端是否侵入隧道，计算桩剩余承载力时，仅考虑桩的隧道顶上方约3000mm处以上发挥作用，对于距离隧道较远的其他轴线上的桩，则不考虑盾构通过时对其承载力的影响。选取钻孔MFZ3-YD-01A，对应表2-1，来计算隧道上方ZJ9～ZJ12；ZJ20～ZJ23的8个桩的剩余承载力。

表2-1桩身地层分布图1

地层编号层厚

（m）桩侧摩阻力经验值(kPa)

桩端阻力经验值(kPa)

地层编号层厚桩侧摩阻力经验值

(kPa)

桩端阻力经验值

(kPa)

〈1〉＞0.28〈6〉1.350

〈2-1B〉3.38〈7〉4.170

〈3-1〉4.711〈8〉

〈5-2〉2.340〈9〉

不考虑〈2-1B〉、〈3-1〉的摩阻力作用，桩径为800的桩剩余承载力为：

=3.14×0.8×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.00

=1115/1.00≈1050kN

式中Ks=1/[(0.8/d)(1/3)]，d为钻孔桩桩径，

桩径为1000的桩剩余承载力为：

=3.14×1.0×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.05≈1300kN

故桩径为800和1000的原桩剩余承载力均小于桩基资料中原桩的容许承载力。

下面表2-2列出原桩的上部荷载标准值和原桩剩余承载力数值大小关系，

表2-2原桩上部荷载标准值和原桩剩余承载力数值

桩编号上部荷载标准值

(kN)原桩剩余承载力(kN)是否满足上部荷载要求桩编号上部荷载标准值

(kN)原桩剩余承载力(kN)是否满足上部荷载要求

ZJ98721050是ZJ199961150是

ZJ108721050是ZJ2011891050否

ZJ1112211050否ZJ2111891050否

ZJ1212211050否ZJ2218551300否

ZJ1310091200是ZJ2318551300否

ZJ1410091200是ZJ2414281200否

ZJ1515621500否ZJ2514281200否

ZJ1612381200否ZJ2614961500是

ZJ1712381200否ZJ2717141500否

ZJ189961150是ZJ2814161400否

由上表知，处于隧道上方的20根桩中，有13根桩的剩余承载力是不满足上部荷载要求。同时本建筑物的形状不规则，侧“凹”形，盾构机直接推过，可能发生较大的柱子沉降和框架梁裂缝。当地住户对宿舍的安全敏感度高，如产生不利结果社会影响大，从理论、建筑物的结构形式及盾构机的施工风险上，均应对隧道上方可能受影响的桩进行桩基托换处理。

2.2托换基本原则

(1)新托换结构体系的承载力有足够的保证和储备；

(2)托换体系的总变形应控制在原建筑物允许的局部附加变形范围以内；

(3)托换施工过程中必须保证把上部荷载从原来的桩基上可靠的转换到新的托换结构体系上，并有效控制被托换结构在施工中的有害变形；

(4)桩基托换后应保证区间隧道的施工安全，并严格控制隧道施工对新托换结构的影响和破坏；

(5)桩基托换施工不得改变原建筑物的使用功能。

3扩大承台＋钢管桩托换

本建筑物下基础大部分为二桩承台，布置不规则，且承台之间距离较小，桩梁托换方案不易布置。本建筑物下部存在约3m厚淤泥质土和5m厚粉细砂层，采用筏板托换方案，需对此软弱地基进行加固处理，而此处临近珠江，通常的地基处理方案因动水影响，加固效果难保证，故也不宜采用筏板托换方案。根据建筑物下的地质资料，盾构隧道顶部上方存在较厚的强、中风化岩层，盾构通过后原桩的剩余承载力仍较大，故可采取扩大承台＋钢管桩托换方案来承担部分上部荷载；原桩承台布置不规则且距离较近，故扩大承台后就连在一起成为筏板，可以加强基础的整体性和协调变形。

托换前隧道位置关系如图3-1所示，钢管桩施工后，原桩、新钢管桩与隧道的相对关系如图3-2所示。

图3-1托换前隧道位置关系图图3-2托换后位置关系图

3．1托换钢管桩的布置

建筑物～轴下的部分桩基侵入隧道，盾构通过时，原桩仍有部分剩余承载力，故可采用新增加的钢管桩和剩下的原桩一起来承担上部荷载，故新增的钢管桩主要布置在受影响的被托换桩和底柱周围。托换钢管桩的布置，是跟据上部荷载标准值＋新增筏板的自重与原桩剩余承载力差值来计算，且托换桩间距满足最小间距750mm的要求，忽略新增筏板下土对上部荷载的分担作用，筏板厚0.8m，具体布置的个数见下表3-1：

表3-1钢管桩数目统计表

桩编号上部荷载＋筏板重量－原桩剩余承载力

(kN)理论所需布置钢管桩数目实际布置钢管桩数目桩编号上部荷载＋筏板重量－原桩剩余承载力

(kN)理论所需布置钢管桩数目实际布置钢管桩数目

ZJ9-2206ZJ2030528

ZJ10-220ZJ213052

ZJ1138726ZJ22785410

ZJ123872ZJ237854

ZJ13-606ZJ2442528

ZJ14-60ZJ254252

ZJ1530824ZJ2625523

ZJ1623016ZJ2762034

ZJ172301ZJ2832024

ZJ18-1906

ZJ19-190

故在原桩周围理论上共