廣佛地鐵朝桂區間樁基托換工程方案設計摘要:本文結合廣佛線地鐵盾構工程實踐,介紹了樁基侵入隧道的建筑物處理方法———樁基托換工程的設計及施工工藝,并提出了樁基托換施工的控制要點,以及自己對工程進度控制的一些看法。關鍵詞:樁基托換；施工；設計；應對措施1工程概況 廣佛線地鐵施工4標由中鐵三局承包土建工程，其中朝安-桂城區間（下簡稱朝桂區間）經過部分民房和低層建筑物，根據目前承包商收集到的資料，共有5幢房屋的186根樁基礎侵入隧道，建筑物原有樁基類型都為錘擊灌注樁，其中159#屬新增托換設計。房屋參數如表1：
1.1周邊建筑物分布情況 編號151-1#棟大豆村倉庫位于佛山涌西側，5層框架結構，其中東向的二層直接佛山涌河堤，河堤高程在10m左右；堤下地勢較為平坦，高程約為7.4m。159#現狀為4層框架結構，不過其資料顯示樁基按7層結構設計。而152-1#和152-2#屬南海計生委，另外157-1#為南海第二建筑設計室宿舍。周邊有密集的民房和商業區，地勢較為平坦。1.2周邊管線分布情況（表2）1.3建筑物平面布置2托換方案設計2.1建筑物樁基托換重點設計思路原則2.1.1建筑物保護原則 朝桂區間樁基托換的重點在于隧道施工期間必須保證沿線的地面建筑物的正常使用。 本區間隧道地處桂城繁華鬧市區地帶，地面道路縱橫交錯、車如流水人如織，道路兩側樓宇林立、商鋪星羅棋布，加上隧道結構埋置又較淺，因此，要盡量在平面位置上避開建筑物基礎。在線路一次次的修改優化后，還是這5棟建筑物的樁基礎受到盾構掘進的影響，需重點保證盾構通過的建筑安全。 （1）根據沿線建筑物的現狀、基礎型式、房屋結構類型、房屋層高和地質狀況、與隧道位置關系、既有樁基承載力和地層變形沉降進行分析和計算，確定建筑物保護方案； （2）對樁基侵入隧道結構輪廓外1m范圍內的建筑物進行樁基托換； （3）以安全為前提，對樁底與隧道頂距離小于3m的建筑物采取注漿加固或筏板托換的保護措施； （4）對其它沿線建筑物加強監測，必要時在地面進行跟蹤注漿。2.1.2樁基托換方案比選 下面就南海第二建筑設計室辦公樓（159#）為例作闡述。159#現有4層框架結構，基礎的樁長18m，樁端已經穿過隧道，上部原有設計基礎考慮支承7層建筑，后來上部建成4層，故上部荷載相對不算太大。初步定下以下兩個方案： 方案一筏板托換：施工相對簡單可考慮結合原有樁基共同受力。但筏板與原有樁之間受力不明確，特別是筏板與原有樁基礎的受力上分配上無法確定。筏板下的土體須采用旋噴樁進行加固處理，加固過程中很對原有樁損害較大。 方案二樁梁托換：平面布置顯得縱橫密布，難以滿足規范要求的摩擦樁3倍中心距要求。新樁承載可以不受既有樁基的影響，但是鉆新樁時的振動會對薄弱的舊樁有擾動，加大上部結構傾斜趨勢，對結構有所不利。但托換受力明確。樁基托換常采用側向托換梁支承承臺型式，托換梁梁高在1.5～2m范圍內，比原有建筑物承臺要高，又考慮建筑管線分布，梁底已經超過承臺底的深度了。在這空間高度內可以布置托換板傳遞上部荷載，荷載自上至下清晰明了。對照廣州三、四號線的房屋托換，常有承臺側邊植筋類型，此處照搬，可以替代下方的托換載體，效果也不成問題，只是植筋工序更多，還會白白浪費下方的開挖空間，更可能直接破壞既有承臺。 經過多輪的專家評審，根據建筑物與隧道關系，樁梁結構布置，及經濟比較，專家推薦采用樁梁托換。承臺下方由板傳力，板根據荷載與跨度相應配筋，四邊由主梁和次梁支承。原來設計布置時次梁底與板底平齊，梁頂與承臺第二道臺階面平齊，來增加托換結構的整體穩定性。不采用植筋連接。2.2主動托換體系計算 主動托換技術是指原樁在卸載以前,對新樁和托換體系施加荷載,從而部分消除被托換體系長期變形的時空效應,將上部的荷載和變形運用頂升裝置動態的控制。當托換建筑物的荷載大、變形要求控制的時候,需要通過主動變形調節來保證變形即在被托換樁鑿除之前,對新樁和托換體系施加使被托換柱墩在上頂力的作用下,隨托換梁一升,從而使得在被托換的樁截斷后,上部荷載全部到新加的托換樁上,同時通過預加荷載,可以消除新樁和托換體系的變形,使托換后樁和結構的變制在很小的范圍內。2.2.1樁設計托換樁的樁長計算 由以下3個原則共同確定:①滿足樁頂設計承載力;②滿足進入中風化層不小于0.5m若強風化層較厚時,參照底標高不得高于隧道最低點以下1m,避免樁對隧道結構產生有害的應力。計算結果:托換樁采用鉆孔灌注樁,樁徑為800mm;縱向鋼筋及加勁箍筋采用HRB335;螺旋箍筋采用HPB235。樁身為C30水下混凝土。樁深入中、強風化巖,樁長根據每個樁的承載力要求及其他構造要求長度不同,在圖紙中列表表示。鋼筋籠縱向鋼筋的混凝土保護層厚度為60mm,鋼筋籠外側需設混凝土墊塊或采取其它有效措施,以保障鋼筋保護層厚度的準確性。托換梁的內力按照《混凝土結構設計規范》GB5001022002進行配筋計算和裂縫驗算。2.2.2樁基托換梁的方案設計計算 根據廣佛線朝桂區間的線路走向、周邊建筑物分布、建筑物保護及樁基托換方案的設計如下： 本設計采用主動托換體系。托換樁為鉆孔灌注樁,托換梁采用鋼筋混凝土梁。在隧道結構線外1m范圍外設置<800mm灌注樁。承臺兩側設置梁,承臺和梁之間進行植筋處理。加載設備為QF500220型千斤頂及配套油泵,千斤頂行程為200mm,千斤頂最大壓力5000kN。樁頂標高由既有承臺底標高、托換梁支座處高度、千斤頂初始工作空間決定。 按原承臺每根樁的承載力為400kN折算為梁上荷載進行效核(結構重要性系數=1.0) (1)其中托換梁配筋計算設計（計算軟件采用sap與理正）4樁：pg1=400×4=1600kN,5樁：pg2=400×5=2000kN,2樁：pg3=400×2=800kN ①幾何信息:(單位:除注明外,均為mm) 梁號1:跨長=9400 B×H=1500×2000 梁號2:跨長=4500 B×H=1500×2000 梁號3:跨長=9400 B×H=1500×2000 ②荷載條件:梁容重=25.00kN/m3；計算時考慮梁自重。 說明:各梁跨的附加荷載參見[幾何及荷載標準值簡圖] ③配筋信息:縱筋種類:HRB335；混凝土強度等級:C30箍筋種類:HRB335。 （2）計算結果： 單位說明:彎矩:kN.m；剪力:kN，縱筋面積:mm2；箍筋面積:mm2/m；裂縫:mm；撓度:mm；尺寸:mm。 內力計算采用有限元計算方法梁號1:跨長=9400 B×H=1500×2000 彎矩(-)：-4503；彎矩(+):4634；剪力:1966 上部縱筋:7966；下部縱筋:8205；箍筋Asv:1716 上縱實配:16D32；下縱實配:17D32 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.189mm<0.200mm 最大撓度:3.279mm<47.000mm(9400/200) 梁號2:跨長=4500 B×H=1500×2000 彎矩(-):-4502.839；彎矩(+):0剪力:817 上部縱筋:7966；下部縱筋:6435；箍筋Asv:1716 上縱實配:16D32；下縱實配:13D32； 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.189mm<0.200mm 最大撓度:0.000mm<22.500mm(4500/200) 梁號3:跨長=9400B×H=1500×2000 彎矩(-):-1741；彎矩(+):2729.416；剪力:2017 上部縱筋:6435；下部縱筋:6435；箍筋Asv:1716 上縱實配:13D32；縱實配:13D32； 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.076mm<0.200mm 最大撓度:1.971mm<47.000mm(9400/200)2.3樁基托換方案設計中的經驗與教訓2.3.1經驗 方案優化要全面，既要考慮合理性和經濟性，還要考慮具體實際；在工期緊張的情況下，如果沒有特殊原因，不應隨意更改原定設計。2.3.2教訓 （1）設計與策劃緊密相連；因為項目開始策劃未完善，設計工作難以開展，而廣佛線工期非常緊張，在早期設計中出現了設計方案難以落實的尷尬局面。體會到應盡早開始策劃并要及時上報，以便設計工作的開展得到多方面有力支持。 （2）設計的可行性還與承包商施工相關；承包商一般在工期緊張的情況下，非常關注圖紙進度，而資料未符合設計條件時設計工作盲目開展會帶來風險的。因此必須協調好相關承包商等部門的關系。 （3）過程的問題盡量多方協商。設計中方案爭論難免，要盡可能達成一致。項目設計中的校核、審核、審定等環節，部門不同，意見往往不一，如無法達成一致意見，設計的圖紙難以保證準時按質交圖。設計中要盡快落實資料的收集，項目采用的方案。3結語 （1）發揮設計項目組及技術決策部門的多方力量；項目不是一個人的項目，也不是一人所能決定，項目設計中的不同角色不同經驗不同，看法也有所不一，但大家以項目為依歸，解決問題為目的，協同各方技術決策力量，發現問題，提出建議，匯總意見，把事情做好。 （2）問題最好能提早暴露，有利于事情的盡快解決；這個項目開始就必須盡快多方面收集相關資料，把發現的問題及時向業主、承包商、總體等相關的技術決策部門反映，多方聯系以便工程的順利開展。 （3）發現問題解決問題需要良好的溝通。隨著工程的工作開展，問題不斷增多，事情也變得更加繁復。此時更要加強多方面的溝通，向上反映可以解決問題，結合多方面的力量，方能很好解決問題。
1.1周邊建筑物分布情況 編號151-1#棟大豆村倉庫位于佛山涌西側，5層框架結構，其中東向的二層直接佛山涌河堤，河堤高程在10m左右；堤下地勢較為平坦，高程約為7.4m。159#現狀為4層框架結構，不過其資料顯示樁基按7層結構設計。而152-1#和152-2#屬南海計生委，另外157-1#為南海第二建筑設計室宿舍。周邊有密集的民房和商業區，地勢較為平坦。1.2周邊管線分布情況（表2）1.3建筑物平面布置2托換方案設計2.1建筑物樁基托換重點設計思路原則2.1.1建筑物保護原則 朝桂區間樁基托換的重點在于隧道施工期間必須保證沿線的地面建筑物的正常使用。 本區間隧道地處桂城繁華鬧市區地帶，地面道路縱橫交錯、車如流水人如織，道路兩側樓宇林立、商鋪星羅棋布，加上隧道結構埋置又較淺，因此，要盡量在平面位置上避開建筑物基礎。在線路一次次的修改優化后，還是這5棟建筑物的樁基礎受到盾構掘進的影響，需重點保證盾構通過的建筑安全。 （1）根據沿線建筑物的現狀、基礎型式、房屋結構類型、房屋層高和地質狀況、與隧道位置關系、既有樁基承載力和地層變形沉降進行分析和計算，確定建筑物保護方案； （2）對樁基侵入隧道結構輪廓外1m范圍內的建筑物進行樁基托換； （3）以安全為前提，對樁底與隧道頂距離小于3m的建筑物采取注漿加固或筏板托換的保護措施； （4）對其它沿線建筑物加強監測，必要時在地面進行跟蹤注漿。2.1.2樁基托換方案比選 下面就南海第二建筑設計室辦公樓（159#）為例作闡述。159#現有4層框架結構，基礎的樁長18m，樁端已經穿過隧道，上部原有設計基礎考慮支承7層建筑，后來上部建成4層，故上部荷載相對不算太大。初步定下以下兩個方案： 方案一筏板托換：施工相對簡單可考慮結合原有樁基共同受力。但筏板與原有樁之間受力不明確，特別是筏板與原有樁基礎的受力上分配上無法確定。筏板下的土體須采用旋噴樁進行加固處理，加固過程中很對原有樁損害較大。 方案二樁梁托換：平面布置顯得縱橫密布，難以滿足規范要求的摩擦樁3倍中心距要求。新樁承載可以不受既有樁基的影響，但是鉆新樁時的振動會對薄弱的舊樁有擾動，加大上部結構傾斜趨勢，對結構有所不利。但托換受力明確。樁基托換常采用側向托換梁支承承臺型式，托換梁梁高在1.5～2m范圍內，比原有建筑物承臺要高，又考慮建筑管線分布，梁底已經超過承臺底的深度了。在這空間高度內可以布置托換板傳遞上部荷載，荷載自上至下清晰明了。對照廣州三、四號線的房屋托換，常有承臺側邊植筋類型，此處照搬，可以替代下方的托換載體，效果也不成問題，只是植筋工序更多，還會白白浪費下方的開挖空間，更可能直接破壞既有承臺。 經過多輪的專家評審，根據建筑物與隧道關系，樁梁結構布置，及經濟比較，專家推薦采用樁梁托換。承臺下方由板傳力，板根據荷載與跨度相應配筋，四邊由主梁和次梁支承。原來設計布置時次梁底與板底平齊，梁頂與承臺第二道臺階面平齊，來增加托換結構的整體穩定性。不采用植筋連接。2.2主動托換體系計算 主動托換技術是指原樁在卸載以前,對新樁和托換體系施加荷載,從而部分消除被托換體系長期變形的時空效應,將上部的荷載和變形運用頂升裝置動態的控制。當托換建筑物的荷載大、變形要求控制的時候,需要通過主動變形調節來保證變形即在被托換樁鑿除之前,對新樁和托換體系施加使被托換柱墩在上頂力的作用下,隨托換梁一升,從而使得在被托換的樁截斷后,上部荷載全部到新加的托換樁上,同時通過預加荷載,可以消除新樁和托換體系的變形,使托換后樁和結構的變制在很小的范圍內。2.2.1樁設計托換樁的樁長計算 由以下3個原則共同確定:①滿足樁頂設計承載力;②滿足進入中風化層不小于0.5m若強風化層較厚時,參照底標高不得高于隧道最低點以下1m,避免樁對隧道結構產生有害的應力。計算結果:托換樁采用鉆孔灌注樁,樁徑為800mm;縱向鋼筋及加勁箍筋采用HRB335;螺旋箍筋采用HPB235。樁身為C30水下混凝土。樁深入中、強風化巖,樁長根據每個樁的承載力要求及其他構造要求長度不同,在圖紙中列表表示。鋼筋籠縱向鋼筋的混凝土保護層厚度為60mm,鋼筋籠外側需設混凝土墊塊或采取其它有效措施,以保障鋼筋保護層厚度的準確性。托換梁的內力按照《混凝土結構設計規范》GB5001022002進行配筋計算和裂縫驗算。2.2.2樁基托換梁的方案設計計算 根據廣佛線朝桂區間的線路走向、周邊建筑物分布、建筑物保護及樁基托換方案的設計如下： 本設計采用主動托換體系。托換樁為鉆孔灌注樁,托換梁采用鋼筋混凝土梁。在隧道結構線外1m范圍外設置<800mm灌注樁。承臺兩側設置梁,承臺和梁之間進行植筋處理。加載設備為QF500220型千斤頂及配套油泵,千斤頂行程為200mm,千斤頂最大壓力5000kN。樁頂標高由既有承臺底標高、托換梁支座處高度、千斤頂初始工作空間決定。 按原承臺每根樁的承載力為400kN折算為梁上荷載進行效核(結構重要性系數=1.0) (1)其中托換梁配筋計算設計（計算軟件采用sap與理正）4樁：pg1=400×4=1600kN,5樁：pg2=400×5=2000kN,2樁：pg3=400×2=800kN ①幾何信息:(單位:除注明外,均為mm) 梁號1:跨長=9400 B×H=1500×2000 梁號2:跨長=4500 B×H=1500×2000 梁號3:跨長=9400 B×H=1500×2000 ②荷載條件:梁容重=25.00kN/m3；計算時考慮梁自重。 說明:各梁跨的附加荷載參見[幾何及荷載標準值簡圖] ③配筋信息:縱筋種類:HRB335；混凝土強度等級:C30箍筋種類:HRB335。 （2）計算結果： 單位說明:彎矩:kN.m；剪力:kN，縱筋面積:mm2；箍筋面積:mm2/m；裂縫:mm；撓度:mm；尺寸:mm。 內力計算采用有限元計算方法梁號1:跨長=9400 B×H=1500×2000 彎矩(-)：-4503；彎矩(+):4634；剪力:1966 上部縱筋:7966；下部縱筋:8205；箍筋Asv:1716 上縱實配:16D32；下縱實配:17D32 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.189mm<0.200mm 最大撓度:3.279mm<47.000mm(9400/200) 梁號2:跨長=4500 B×H=1500×2000 彎矩(-):-4502.839；彎矩(+):0剪力:817 上部縱筋:7966；下部縱筋:6435；箍筋Asv:1716 上縱實配:16D32；下縱實配:13D32； 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.189mm<0.200mm 最大撓度:0.000mm<22.500mm(4500/200) 梁號3:跨長=9400B×H=1500×2000 彎矩(-):-1741；彎矩(+):2729.416；剪力:2017 上部縱筋:6435；下部縱筋:6435；箍筋Asv:1716 上縱實配:13D32；縱實配:13D32； 箍筋實配:6D12@100；腰筋實配:14D25 最大裂縫:0.076mm<0.200mm 最大撓度:1.971mm<47.000mm(9400/200)2.3樁基托換方案設計中的經驗與教訓2.3.1經驗 方案優化要全面，既要考慮合理性和經濟性，還要考慮具體實際；在工期緊張的情況下，如果沒有特殊原因，不應隨意更改原定設計。2.3.2教訓 （1）設計與策劃緊密相連；因為項目開始策劃未完善，設計工作難以開展，而廣佛線工期非常緊張，在早期設計中出現了設計方案難以落實的尷尬局面。體會到應盡早開始策劃并要及時上報，以便設計工作的開展得到多方面有力支持。 （2）設計的可行性還與承包商施工相關；承包商一般在工期緊張的情況下，非常關注圖紙進度，而資料未符合設計條件時設計工作盲目開展會帶來風險的。因此必須協調好相關承包商等部門的關系。 （3）過程的問題盡量多方協商。設計中方案爭論難免，要盡可能達成一致。項目設計中的校核、審核、審定等環節，部門不同，意見往往不一，如無法達成一致意見，設計的圖紙難以保證準時按質交圖。設計中要盡快落實資料的收集，項目采用的方案。3結語 （1）發揮設計項目組及技術決策部門的多方力量；項目不是一個人的項目，也不是一人所能決定，項目設計中的不同角色不同經驗不同，看法也有所不一，但大家以項目為依歸，解決問題為目的，協同各方技術決策力量，發現問題，提出建議，匯總意見，把事情做好。 （2）問題最好能提早暴露，有利于事情的盡快解決；這個項目開始就必須盡快多方面收集相關資料，把發現的問題及時向業主、承包商、總體等相關的技術決策部門反映，多方聯系以便工程的順利開展。 （3）發現問題解決問題需要良好的溝通。隨著工程的工作開展，問題不斷增多，事情也變得更加繁復。此時更要加強多方面的溝通，向上反映可以解決問題，結合多方面的力量，方能很好解決問題。