摘要:某隧道工程穿越某8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋時，房屋有20根樁處在盾構(gòu)掘進(jìn)影響區(qū)域內(nèi)，若按原導(dǎo)線方向掘進(jìn)，則需對該范圍內(nèi)的樁進(jìn)行托換或加固處理。通過對該位置地質(zhì)鉆探相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合房屋樁基礎(chǔ)類型及其受力特點進(jìn)行綜合分析后，提出了采用擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換方案。擴大承臺結(jié)合鋼管樁托換法在某隧道工程中的成功應(yīng)用，對同類工程設(shè)計及施工具有指導(dǎo)及參考價值。
　　關(guān)鍵詞:擴大承臺;鋼管樁托換;托換技術(shù);
　　0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(yīng)用,并介紹了樁基托換的總體方案、設(shè)計方法。
　　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(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樁承臺而受到盾構(gòu)掘進(jìn)時間接影響，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，如圖1.1，圖1.2所示。
　　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。
　　圖1.1平面布置圖(單位:mm)圖1.2樁基與隧道位置關(guān)系圖
　　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。
　　土層地質(zhì)情況如表1-1，表1-2所示。
　　表1-1隧道穿過區(qū)巖土層特性
　　層號 巖土名稱 主要工程地質(zhì)特征 開挖后土巖
　　穩(wěn)定狀態(tài) 層厚（m）
　　<1> 人工填土 松散-稍密,均勻性差,土層
　　透水性較強 易崩塌 0～3
　　<2-1B> 淤泥質(zhì)土 軟塑,土層透水性弱 不能自穩(wěn) 3～6.3
　　<3-1> 粉細(xì)砂 飽和,松散-稍密,透水性弱 不能自穩(wěn)，易塌 6.3～11.3
　　<5-2> 殘積硬塑狀粘性土 可塑狀,粘性較強,微透水性 自穩(wěn)性較差 2.3~5.0
　　<6> 全風(fēng)化巖層 巖石結(jié)構(gòu)已基本破壞,已風(fēng)化成土狀,透水性稍弱 自穩(wěn)性較好 11.3～15.9
　　<7> 強風(fēng)化巖層 呈半巖半土狀,碎塊狀,風(fēng)化裂隙發(fā)育,弱滲透性 自穩(wěn)性較好,但
　　易掉塊 15.9～19.7
　　<8> 中風(fēng)化巖層 軟質(zhì)巖,裂隙較發(fā)育,透水性中等 自穩(wěn)性較好,但
　　易掉塊 19.7～27.6
　　<9> 微風(fēng)化巖層 軟質(zhì)巖，裂隙稍發(fā)育，微滲透性 自穩(wěn)性較好 27.6～
　　表1-2各層土體參數(shù)表
　　巖土名稱 厚度
　　（m） 含水率ω（%） 密度(g/cm3) 壓縮模量Es（MPa） 泊松比
　　μ 黏聚力c（kPa） 內(nèi)摩擦角φ(°) 彈性模量E（MPa）
　　人工填土層 3 35.0 1.80 4.00 0.38 15.0 12.0 10
　　淤泥質(zhì)土層 3.3 49.4 1.65 2.50 0.42 5.0 5.2 6
　　粉細(xì)砂層 5 25.0 1.90 8.00 0.27 / 30.0 15
　　全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 3 23.7 2.00 7.50 0.28 35.0 24.0 50
　　強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 3.8 22.2 2.10 9.00 0.25 50.0 26.0 90
　　中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 8 / 2.20 / 0.23 600 38.0 500
　　微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 19 / 2.21 / 0.2 1000 40.0 2000
　　盾構(gòu)管片   2.4  0.2   24000
　　樁基   2.4  0.2   24000
　　梁、柱   2.4  0.2   24000
　　2托換方案設(shè)計
　　2.1原樁單樁承載力復(fù)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(yuǎn)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，對應(yīng)表2-1，來計算隧道上方ZJ9～ZJ12；ZJ20～ZJ23的8個樁的剩余承載力。
　　 表2-1樁身地層分布圖1 
　　地層編號 層厚
　　（m） 樁側(cè)摩阻力經(jīng)驗值(kPa)
　　樁端阻力經(jīng)驗值(kPa)
　　地層編號 層厚 樁側(cè)摩阻力經(jīng)驗值
　　(kPa)
　　樁端阻力經(jīng)驗值
　　(kPa)
　　〈1〉 ＞0.2 8  〈6〉 1.3 50 
　　〈2-1B〉 3.3 8  〈7〉 4.1 70 
　　〈3-1〉 4.7 11  〈8〉   
　　〈5-2〉 2.3 40  〈9〉   
　　不考慮〈2-1B〉、〈3-1〉的摩阻力作用，樁徑為800的樁剩余承載力為：
　　=3.14×0.8×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.00
　　=1115/1.00≈1050KN<2000KN 
　　式中Ks=1/[(0.8/d)(1/3)]，d為鉆孔樁樁徑，
　　樁徑為1000的樁剩余承載力為：
　　=3.14×1.0×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.05≈1300KN<3500KN
　　故樁徑為800和1000的原樁剩余承載力均小于樁基資料中原樁的容許承載力。
　　下面表2-2列出原樁的上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值和原樁剩余承載力數(shù)值大小關(guān)系。
　　表2-2原樁上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值和原樁剩余承載力數(shù)值
　　樁編號 上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值
　　(KN) 原樁剩余承載力(KN) 是否滿足上部荷載要求 樁編號 上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值
　　(KN) 原樁剩余承載力(KN) 是否滿足上部荷載要求
　　ZJ9 872 1050 是 ZJ19 996 1150 是
　　ZJ10 872 1050 是 ZJ20 1189 1050 否
　　ZJ11 1221 1050 否 ZJ21 1189 1050 否
　　ZJ12 1221 1050 否 ZJ22 1855 1300 否
　　ZJ13 1009 1200 是 ZJ23 1855 1300 否
　　ZJ14 1009 1200 是 ZJ24 1428 1200 否
　　ZJ15 1562 1500 否 ZJ25 1428 1200 否
　　ZJ16 1238 1200 否 ZJ26 1496 1500 是
　　ZJ17 1238 1200 否 ZJ27 1714 1500 否
　　ZJ18 996 1150 是 ZJ28 1416 1400 否
　　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(dāng)?shù)刈�戶對宿舍的安全敏感度高，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(fēng)險上，均應(yīng)對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
　　(1)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(yīng)控制在原建筑物允許的局部附加變形范圍以內(nèi)；
　　(3)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)格控制隧道施工對新托換結(jié)構(gòu)的影響和破壞；
　　(5)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(chǔ)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(xì)砂層，采用筏板托換方案，需對此軟弱地基進(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(fēng)化巖層，盾構(gòu)通過后原樁的剩余承載力仍較大，故可采取擴大承臺＋鋼管樁托換方案來承擔(dān)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(chǔ)的整體性和協(xié)調(diào)變形。
　　托換前隧道位置關(guān)系如圖3.1所示，鋼管樁施工后，原樁、新鋼管樁與隧道的相對關(guān)系如圖3.2所示。
　　圖3.1托換前隧道位置關(guān)系圖圖3.2托換后位置關(guān)系圖
　　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(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(dān)作用，筏板厚0.8m，具體布置的個數(shù)見下表3-1：
　　表3-1鋼管樁數(shù)目統(tǒng)計表
　　樁編號 上部荷載＋筏板重量－原樁剩余承載力(KN) 理論所需布置鋼管樁數(shù)目 實際布置鋼管樁數(shù)目 樁編號 上部荷載＋筏板重量－原樁剩余承載力(KN) 理論所需布置鋼管樁數(shù)目 實際布置鋼管樁數(shù)目
　　ZJ9 -22 0 6 ZJ20 305 2 8
　　ZJ10 -22 0  ZJ21 305 2 
　　ZJ11 387 2 6 ZJ22 785 4 10
　　ZJ12 387 2  ZJ23 785 4 
　　ZJ13 -6 0 6 ZJ24 425 2 8
　　ZJ14 -6 0  ZJ25 425 2 
　　ZJ15 308 2 4 ZJ26 255 2 3
　　ZJ16 230 1 6 ZJ27 620 3 4
　　ZJ17 230 1  ZJ28 320 2 4
　　ZJ18 -19 0 6    
　　ZJ19 -19 0     
　　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(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(yīng)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(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，原結(jié)構(gòu)包括地基基礎(chǔ)各項性能指標(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(jìn)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(yīng)用，對同類工程設(shè)計及施工具有指導(dǎo)及參考價值。