盾構穿越房屋采用筏板基礎加固受力及變形研究

代 剛

(中鐵城市發展投資集團有限公司， 四川成都 610031)

1 工程概況

某盾構隧道施工中穿越9層框架結構建筑，該建筑首層建筑面積約880m2，底層層高4.6m，底層設夾層，院內底層用作車庫，層高約2.1m；靠近街道底層現為小商鋪。樁基為人工挖孔樁，樁徑為φ1200，單樁設計容許承載力3 000 ～4 000kN不等(端承樁)，柱間距為3.5～5m不等，樁與柱的關系為一樁一柱(無地梁)，樁身混凝土為C25，樁長16～28m不等(樁鋼筋籠長度為承臺下9m，下部為素混凝土)，樁端均深入中風化巖層約2m，其中20根樁不同程度地受到隧道施工影響。

本文根據該段場地巖土工程條件、房屋結構及基礎特征、盾構隧道施工特點，擬采用筏板基礎加固，并采取數值模擬分析其受力及變形。

2 筏板加固設計

2.1 施工基槽設計

施工筏板需開挖基槽深度約2.5m，考慮基坑較淺，采用150mm厚網噴混凝土護坡，坡率為1∶0.5。

2.2 筏板樁設計

為加強受影響樁基整體性，筏板連接30根原樁基，筏板厚度為1 300mm。施工筏板期間，在筏板上預留間距1m×1m袖閥管，袖閥管豎向深度按深入全風化巖1m控制。筏板施工完畢后，對筏板底部進行注漿，盾構施工過程中，實施跟蹤注漿。

2.3 筏板與原樁連接

筏板和原樁、承臺的抗剪設計主要通過它們相互之間的咬合、界面處理和植筋實現，即把被托換樁、承臺在與托換梁相接觸部位表面鑿毛，深度宜為10～20mm左右，并進行界面處理；沿被托換樁、承臺周圍植埋鋼筋，鋼筋和樁之間的縫隙用強植筋膠充填。

2.4 切樁設計

根據房屋竣工資料，原房屋樁基礎鋼筋籠長度為承臺下9m，下部為素混凝土，即盾構隧道范圍內為素混凝土，所以在樁基托換完成后，盾構機到達時，可不停機直接用刀盤切割。

3 數值模擬分析

3.1 計算原則和依據

(1)采用Flac3D有限元通用程序對廣州地鐵廣佛線鶴沙區間廣鋼九層住宅摟筏板加固進行結構受力及變形分析。

(2)依據《荷載結構設計規范》、《地下鐵道設計規范》以及前期收集房屋基礎資料建立計算模型。

3.2 結構計算模型、荷載

計算采用地層-結構模式，將筏板、原樁建入模型中，模型中樁基長度按盾構截樁后長度來建模(圖1～圖3)，考慮原樁基側摩阻力及筏板下地基反力，樁頂荷載取原樁基承載力設計值。

圖1 整體模型三維視圖

圖2 整體模型正視圖

圖3 筏板、樁基以及盾構隧道三維視圖

3.3 計算工況及數值模擬結果

本次計算主要分兩個工況，分別如下：

工況一：初始狀態，即盾構未通過，此時原樁產生沉降，筏板不參與受力。

工況二：盾構通過后，原樁上部荷載轉換至地層及筏板上。

盾構施工完畢后原樁、筏板觀測見圖4～圖7。

圖4 盾構施工完畢后原樁基沉降云圖

圖5 盾構施工完畢后筏板沉降云圖

圖6 盾構施工完畢后筏板、原樁沉降云圖

圖7 盾構施工完畢后筏板應力云圖

4 結論

(1)采用筏板加固后，原樁基最大沉降約4.28mm。鑒于柱(樁)間距L在4.3～6.8m之間，根據規范要求，兩柱(樁)基的沉降差值應該小于0.002L，即差值在8.6～13.6mm之間，滿足規范要求。

(2)筏板最大應力約為1.19MPa，滿足受力要求。

(3)施工過程中，尚應采取下列主要措施：①務必保證筏板與舊樁之間接頭要牢固：加強植筋施工質量，預留鋼筋長度滿足規范要求；為了讓新舊結構共同協調作用，新舊混凝土界面均要求處理；將舊混凝土表面鑿毛，深度宜為10～20mm左右；鑿毛后用水清洗干凈，在新加結構混凝土澆搗前4h內刷界面處理劑。②加強施工監測。由于樁基托換工程對結構受力和變形有特殊要求，樁基托換工程施工應通過全過程監測，及時反饋，并根據反饋信息及時采取措施。建立以結構設計為指導，現場調控為主體的信息化監測體系。需要制定質量、監測計劃，確定質量、監測內容，注意及時整理監測數據，指導施工工藝和施工措施。施工監測的頻度根據施工階段和量值變化的幅度由有關規范、規程確定。監測項目主要包括對建筑物初始狀態的觀測、筏板與原承臺柱間的節點滑移、原樁基及其相鄰樁基沉降以及建筑物沉降和建筑物傾斜。③做好相關應急預案。當被托換建筑物出現開裂、傾斜時，應立即停止施工，組織緊急疏散，并做好各項加固措施，同時上報上級主管部門。