濕陷性黃土隧道樁基托換應(yīng)用及潛在問題思考

李世偉 張長浩

（1．長安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西，西安，710061；2.長安大學(xué)理學(xué)院，陜西，西安，710064）

濕陷性黃土隧道樁基托換應(yīng)用及潛在問題思考

李世偉1張長浩2

（1．長安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西，西安，710061；2.長安大學(xué)理學(xué)院，陜西，西安，710064）

本文以西安地鐵建設(shè)的工程實(shí)例為依據(jù)，簡要介紹該工程的樁基托換技術(shù)應(yīng)用，并對關(guān)鍵技術(shù)做了闡述，對樁基托換后結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)等后續(xù)問題作了進(jìn)一步的思考，為以后的科研工作提供一些參考。

地鐵；樁基托換；托換梁

0 前言

隨著城市公共交通壓力的增大，在城市中心區(qū)修建地鐵以改善交通越來越必要。然而，該區(qū)域內(nèi)的房屋建筑普遍較為密集。因此，在地鐵線路選線時要求避開所有建筑物顯然不太現(xiàn)實(shí)。如何做到既讓隧道施工順利進(jìn)行，又不對建筑物自身安全造成威脅？有效的加固或托換措施能達(dá)到上述兩個目標(biāo)。樁基托換技術(shù)是解決城市建設(shè)施工難題的一種重要手段，是一項(xiàng)全新的高度綜合性技術(shù)，我國地鐵建設(shè)的快速發(fā)展促進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和完善。

一、西安地鐵?號線概況

西安地處我國西北地區(qū)，土質(zhì)以濕陷性黃土為主。本文以西安地鐵?號線在某商廈遇到盾構(gòu)穿越結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程難題為依托，通過借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和緊密結(jié)合西安市自身土質(zhì)特點(diǎn)，摒棄工期長、造價高、風(fēng)險(xiǎn)大的傳統(tǒng)做法，提出地基加固和樁基托換施工方案。西安市城市快速軌道交通二號線工程貫穿城市南北中軸線，全長26.3km，地下線長19.9km，占線路總長度的80﹪，敞開段0.45km，高架線長4.9km，過渡段1.4km，全線共設(shè)21座車站,其中4座高架站、17座地下站,5座車站分別與其它軌道交通線換乘。

二、工程沿線水文地質(zhì)概況

西安地鐵?號線沿線自北向南依次通過渭河沖積平原、黃土梁洼、潏河沖積平原三個次級地貌單元 。本文所選標(biāo)段沿線及低階地表層為第四系全新統(tǒng)人工填筑土，其下為第四系全新統(tǒng)沖、洪積的黃土狀土、砂類土、粉質(zhì)粘土及粉土，高階地上部地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及殘積古土壤，下部為中、上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土及砂類土；線路中部大段落位于黃土梁洼區(qū)，上部為上、中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及殘積古土壤，下部為中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土及砂類土。

工程線路由于受走向及最小半徑(Rmin=300m)等約束條件的限制，必須從某商業(yè)大廈的裙樓下穿過（如圖一所示），由此產(chǎn)生樁基托換問題。商業(yè)大廈的主樓26層，裙樓10層，地下室3層，為框梁－剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為獨(dú)立樁基端承樁。樁端持力層(強(qiáng)風(fēng)化層)承載力標(biāo)準(zhǔn)值2700Kpa，樁身直徑最大為2000的人工挖孔樁(C25)，根據(jù)樓層估算托換樁最大設(shè)計(jì)軸力約21000KN。

圖1 地鐵隧道穿越商業(yè)大廈簡單示意圖

三、托換方案及關(guān)鍵技術(shù)

為了滿足結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和沉降要求，對該建筑物采取鉆孔樁+托換梁的方案，并探究?地基加固+托換施工?的成套技術(shù)。由于受到作業(yè)空間的限制，托換梁—托換樁方案采用人工挖孔樁和鋼筋混凝土托換梁。本工程的關(guān)鍵技術(shù)有：新舊混凝土界面處理、托換梁的施工以及預(yù)頂與截樁等。

為了保證新的結(jié)構(gòu)和原有結(jié)構(gòu)共同作用，針對新舊混凝土的界面處理，一般工程采用的是鑿毛處理，本工程采用?鋼筋混凝土包柱式梁托換結(jié)構(gòu)?技術(shù)，即通過采用托換梁與結(jié)構(gòu)柱之間的新舊混凝土界面連接技術(shù)，使托換結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)牢固地連接在一起并共同工作，而不需要在結(jié)構(gòu)柱上打孔，防止造成結(jié)構(gòu)損傷。

托換梁是樁基托換施工中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)必須滿足承載力要求，施工必須滿足質(zhì)量要求，通過設(shè)計(jì)和施工兩方面的控制解決托換體系的重點(diǎn)和難點(diǎn)。梁—柱接頭強(qiáng)度問題是梁抱柱樁基托換工程的關(guān)鍵技術(shù)。本工程通過縮尺試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬，確定采用企口+錨筋+預(yù)應(yīng)力作為實(shí)際托換梁—柱接頭形式。托換方案本工程采用主動托換體系。

預(yù)頂是托換工程中體系轉(zhuǎn)換時最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此在進(jìn)行預(yù)頂前必須進(jìn)行方案的論證，制定詳細(xì)的施工參數(shù)和步驟，保證體系轉(zhuǎn)換一次成型。預(yù)頂是在托換梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求之后進(jìn)行，目的是抵消托換樁的變形和大梁的撓度，檢驗(yàn)托換體系的承載能力，以便順利完成體系的轉(zhuǎn)換。

四、對樁基托換的深層次思考

雖然我國樁基托換技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，但是依然存在不少問題，可以從以下幾個方面入手做深層次的研究：

1、雖然樁基托換技術(shù)解決了盾構(gòu)穿越結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程的難題，但是目前對該技術(shù)的研究主要集中在施工方法應(yīng)用方面，很少研究托換機(jī)理，例如托換結(jié)構(gòu)體系荷載轉(zhuǎn)移規(guī)律等問題缺乏研究。實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工常常是經(jīng)驗(yàn)論，缺乏足夠的技術(shù)和理論支持。

2、通過樁基托換完成體系轉(zhuǎn)換以后，長期的列車動荷載對新舊混凝土接觸面的激勵效應(yīng)現(xiàn)在還沒有進(jìn)行深入的研究；樁基托換對整體結(jié)構(gòu)的剛度影響有多大以及在地震荷載作用下的動力響應(yīng)需要做分析并與原結(jié)構(gòu)作對比，確定托換后的整體結(jié)構(gòu)抗震性能。

3、樁基托換必然涉及基坑開挖和隧道盾構(gòu)穿越，這兩項(xiàng)施工活動對于托換結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生次應(yīng)力，導(dǎo)致托換的效果減弱，如何定性定量的研究這方面的影響值得做深入研究。

五、結(jié)語

我國在樁基托換技術(shù)上的應(yīng)用已經(jīng)走在了世界的前列，但是實(shí)際工程設(shè)計(jì)的理論上依然欠缺，工程走在理論之前是我國土木工程領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)，為我國廣大的科研人員進(jìn)行科研創(chuàng)新提供了很好機(jī)遇，我國土木工程研究將迎來發(fā)展的新時期。

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[3] 詹黎明、黃憶龍.廣州美術(shù)學(xué)院 33號樓樁基托換設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道建筑技術(shù),2002,(2),23-24.

[4] 丁紅軍,王琪,蔣盼平. 地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換施工技術(shù)研究[J].隧道建設(shè)，2008,28（2）:209—212

TU972

A

1674-3954（2011）02-0128-01

李世偉（1988-），男，漢族，山東滕州人，長安大學(xué)建筑工程學(xué)院碩士，從事結(jié)構(gòu)工程的相關(guān)研究