广佛地铁朝桂区间桩基托换工程方案设计摘要:本文结合广佛线地铁盾构工程实践,介绍了桩基侵入隧道的建筑物处理方法———桩基托换工程的设计及施工工艺,并提出了桩基托换施工的控制要点,以及自己对工程进度控制的一些看法。关键词:桩基托换；施工；设计；应对措施1工程概况 广佛线地铁施工4标由中铁三局承包土建工程，其中朝安-桂城区间（下简称朝桂区间）经过部分民房和低层建筑物，根据目前承包商收集到的资料，共有5幢房屋的186根桩基础侵入隧道，建筑物原有桩基类型都为锤击灌注桩，其中159#属新增托换设计。房屋参数如表1：1.1周边建筑物分布情况 编号151-1#栋大豆村仓库位于佛山涌西侧，5层框架结构，其中东向的二层直接佛山涌河堤，河堤高程在10m左右；堤下地势较为平坦，高程约为7.4m。159#现状为4层框架结构，不过其资料显示桩基按7层结构设计。而152-1#和152-2#属南海计生委，另外157-1#为南海第二建筑设计室宿舍。周边有密集的民房和商业区，地势较为平坦。1.2周边管线分布情况（表2）1.3建筑物平面布置2托换方案设计2.1建筑物桩基托换重点设计思路原则2.1.1建筑物保护原则 朝桂区间桩基托换的重点在于隧道施工期间必须保证沿线的地面建筑物的正常使用。 本区间隧道地处桂城繁华闹市区地带，地面道路纵横交错、车如流水人如织，道路两侧楼宇林立、商铺星罗棋布，加上隧道结构埋置又较浅，因此，要尽量在平面位置上避开建筑物基础。在线路一次次的修改优化后，还是这5栋建筑物的桩基础受到盾构掘进的影响，需重点保证盾构通过的建筑安全。 （1）根据沿线建筑物的现状、基础型式、房屋结构类型、房屋层高和地质状况、与隧道位置关系、既有桩基承载力和地层变形沉降进行分析和计算，确定建筑物保护方案； （2）对桩基侵入隧道结构轮廓外1m范围内的建筑物进行桩基托换； （3）以安全为前提，对桩底与隧道顶距离小于3m的建筑物采取注浆加固或筏板托换的保护措施； （4）对其它沿线建筑物加强监测，必要时在地面进行跟踪注浆。2.1.2桩基托换方案比选 下面就南海第二建筑设计室办公楼（159#）为例作阐述。159#现有4层框架结构，基础的桩长18m，桩端已经穿过隧道，上部原有设计基础考虑支承7层建筑，后来上部建成4层，故上部荷载相对不算太大。初步定下以下两个方案： 方案一筏板托换：施工相对简单可考虑结合原有桩基共同受力。但筏板与原有桩之间受力不明确，特别是筏板与原有桩基础的受力上分配上无法确定。筏板下的土体须采用旋喷桩进行加固处理，加固过程中很对原有桩损害较大。 方案二桩梁托换：平面布置显得纵横密布，难以满足规范要求的摩擦桩3倍中心距要求。新桩承载可以不受既有桩基的影响，但是钻新桩时的振动会对薄弱的旧桩有扰动，加大上部结构倾斜趋势，对结构有所不利。但托换受力明确。桩基托换常采用侧向托换梁支承承台型式，托换梁梁高在1.5～2m范围内，比原有建筑物承台要高，又考虑建筑管线分布，梁底已经超过承台底的深度了。在这空间高度内可以布置托换板传递上部荷载，荷载自上至下清晰明了。对照广州三、四号线的房屋托换，常有承台侧边植筋类型，此处照搬，可以替代下方的托换载体，效果也不成问题，只是植筋工序更多，还会白白浪费下方的开挖空间，更可能直接破坏既有承台。 经过多轮的专家评审，根据建筑物与隧道关系，桩梁结构布置，及经济比较，专家推荐采用桩梁托换。承台下方由板传力，板根据荷载与跨度相应配筋，四边由主梁和次梁支承。原来设计布置时次梁底与板底平齐，梁顶与承台第二道台阶面平齐，来增加托换结构的整体稳定性。不采用植筋连接。2.2主动托换体系计算 主动托换技术是指原桩在卸载以前,对新桩和托换体系施加荷载,从而部分消除被托换体系长期变形的时空效应,将上部的荷载和变形运用顶升装置动态的控制。当托换建筑物的荷载大、变形要求控制的时候,需要通过主动变形调节来保证变形即在被托换桩凿除之前,对新桩和托换体系施加使被托换柱墩在上顶力的作用下,随托换梁一升,从而使得在被托换的桩截断后,上部荷载全部到新加的托换桩上,同时通过预加荷载,可以消除新桩和托换体系的变形,使托换后桩和结构的变制在很小的范围内。2.2.1桩设计托换桩的桩长计算 由以下3个原则共同确定:①满足桩顶设计承载力;②满足进入中风化层不小于0.5m若强风化层较厚时,参照底标高不得高于隧道最低点以下1m,避免桩对隧道结构产生有害的应力。计算结果:托换桩采用钻孔灌注桩,桩径为800mm;纵向钢筋及加劲箍筋采用HRB335;螺旋箍筋采用HPB235。桩身为C30水下混凝土。桩深入中、强风化岩,桩长根据每个桩的承载力要求及其他构造要求长度不同,在图纸中列表表示。钢筋笼纵向钢筋的混凝土保护层厚度为60mm,钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采取其它有效措施,以保障钢筋保护层厚度的准确性。托换梁的内力按照《混凝土结构设计规范》GB5001022002进行配筋计算和裂缝验算。2.2.2桩基托换梁的方案设计计算 根据广佛线朝桂区间的线路走向、周边建筑物分布、建筑物保护及桩基托换方案的设计如下： 本设计采用主动托换体系。托换桩为钻孔灌注桩,托换梁采用钢筋混凝土梁。在隧道结构线外1m范围外设置<800mm灌注桩。承台两侧设置梁,承台和梁之间进行植筋处理。加载设备为QF500220型千斤顶及配套油泵,千斤顶行程为200mm,千斤顶最大压力5000kN。桩顶标高由既有承台底标高、托换梁支座处高度、千斤顶初始工作空间决定。 按原承台每根桩的承载力为400kN折算为梁上荷载进行效核(结构重要性系数=1.0) (1)其中托换梁配筋计算设计（计算软件采用sap与理正）4桩：pg1=400×4=1600kN,5桩：pg2=400×5=2000kN,2桩：pg3=400×2=800kN ①几何信息:(单位:除注明外,均为mm) 梁号1:跨长=9400 B×H=1500×2000 梁号2:跨长=4500 B×H=1500×2000 梁号3:跨长=9400 B×H=1500×2000 ②荷载条件:梁容重=25.00kN/m3；计算时考虑梁自重。 说明:各梁跨的附加荷载参见[几何及荷载标准值简图] ③配筋信息:纵筋种类:HRB335；混凝土强度等级:C30箍筋种类:HRB335。 （2）计算结果： 单位说明:弯矩:kN.m；剪力:kN，纵筋面积:mm2；箍筋面积:mm2/m；裂缝:mm；挠度:mm；尺寸:mm。 内力计算采用有限元计算方法梁号1:跨长=9400 B×H=1500×2000 弯矩(-)：-4503；弯矩(+):4634；剪力:1966 上部纵筋:7966；下部纵筋:8205；箍筋Asv:1716 上纵实配:16D32；下纵实配:17D32 箍筋实配:6D12@100；腰筋实配:14D25 最大裂缝:0.189mm<0.200mm 最大挠度:3.279mm<47.000mm(9400/200) 梁号2:跨长=4500 B×H=1500×2000 弯矩(-):-4502.839；弯矩(+):0剪力:817 上部纵筋:7966；下部纵筋:6435；箍筋Asv:1716 上纵实配:16D32；下纵实配:13D32； 箍筋实配:6D12@100；腰筋实配:14D25 最大裂缝:0.189mm<0.200mm 最大挠度:0.000mm<22.500mm(4500/200) 梁号3:跨长=9400B×H=1500×2000 弯矩(-):-1741；弯矩(+):2729.416；剪力:2017 上部纵筋:6435；下部纵筋:6435；箍筋Asv:1716 上纵实配:13D32；纵实配:13D32； 箍筋实配:6D12@100；腰筋实配:14D25 最大裂缝:0.076mm<0.200mm 最大挠度:1.971mm<47.000mm(9400/200)2.3桩基托换方案设计中的经验与教训2.3.1经验 方案优化要全面，既要考虑合理性和经济性，还要考虑具体实际；在工期紧张的情况下，如果没有特殊原因，不应随意更改原定设计。2.3.2教训 （1）设计与策划紧密相连；因为项目开始策划未完善，设计工作难以开展，而广佛线工期非常紧张，在早期设计中出现了设计方案难以落实的尴尬局面。体会到应尽早开始策划并要及时上报，以便设计工作的开展得到多方面有力支持。 （2）设计的可行性还与承包商施工相关；承包商一般在工期紧张的情况下，非常关注图纸进度，而资料未符合设计条件时设计工作盲目开展会带来风险的。因此必须协调好相关承包商等部门的关系。 （3）过程的问题尽量多方协商。设计中方案争论难免，要尽可能达成一致。项目设计中的校核、审核、审定等环节，部门不同，意见往往不一，如无法达成一致意见，设计的图纸难以保证准时按质交图。设计中要尽快落实资料的收集，项目采用的方案。3结语 （1）发挥设计项目组及技术决策部门的多方力量；项目不是一个人的项目，也不是一人所能决定，项目设计中的不同角色不同经验不同，看法也有所不一，但大家以项目为依归，解决问题为目的，协同各方技术决策力量，发现问题，提出建议，汇总意见，把事情做好。 （2）问题最好能提早暴露，有利于事情的尽快解决；这个项目开始就必须尽快多方面收集相关资料，把发现的问题及时向业主、承包商、总体等相关的技术决策部门反映，多方联系以便工程的顺利开展。 （3）发现问题解决问题需要良好的沟通。随着工程的工作开展，问题不断增多，事情也变得更加繁复。此时更要加强多方面的沟通，向上反映可以解决问题，结合多方面的力量，方能很好解决问题。