托換技術在擋墻基底整治中的應用

李華超

(中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 襄陽 441000)

1 托換技術簡介

托換技術，就是通過加固或增設構件等措施改變原結構傳力途徑或增強原結構承載力的改造加固技術。托換包括臨時托換和永久托換。對既有建(構)筑物基礎進行加固或重新設置基礎所采取的托換技術措施稱為基礎托換[1]。

按照施工方法，地基基礎加固分為：樁類加固、注漿加固、擴大基礎加固[2]。地基基礎托換，當建筑物基礎承載力不足時，可采用擴大截面法托換[3]。

地基結構的承載力不符合設計要求或地基面積不足，采取增加基坑底部面積方式來有效減少基坑內部的附加應力，從而有效降低地基沉降概率[4]。具體方法是采用混凝土加大基礎底面積法[5]，可沿基礎單向雙向加寬、豎向加深，來滿足基底的承載能力。在一部分被托換后才可開始另一部分的托換工作，托換范圍由小到大，逐步擴大。

2 擋墻背景介紹

某高架橋匝道設計與主橋并列布置，橋頭路堤段設計為擋土墻路基，匝道與路基間距2.5m。設計擋墻結構形式為重力式混凝土擋墻，擋墻長度5m、高度6m、基底寬度2.6m、埋深1.95m。基底土質為粉土層，粉土層地基承載力特征值為160kPa，擋土墻地基設計承載力250kPa，設計擋墻基底換填砂礫石厚度100cm。竣工通車后擋墻結構發生沉降，造成擋墻與護欄間開裂，護欄底座懸空，最大懸空量50mm。需要采取有效整治措施阻止擋墻繼續位移，對擋墻及防撞護欄進行修復。

針對擋墻出現的下沉現象，檢測單位對此擋墻結構進行檢測后發現擋墻基底實際換填厚度為60cm，小于設計厚度100cm。因為基底承載力不足原因造成擋墻下沉，擋墻與防撞護欄之間開裂。整治施工原則，在不影響既有道路運營的前提下進行擋墻整治施工。整治施工方案采用托換技術對擋墻基底換填結構進行混凝土托換加強處理。現將托換施工方法做如下介紹。

3 施工流程

擋墻基底托換施工包含數據采集、技術設計、施工過程在內的施工流程為：①資料調查→②托換設計→③施工設計→④豎井開挖→⑤托換塊開挖→⑥混凝土澆筑→⑦豎井回填→⑧重復④～⑦→⑨施工結束。

4 施工準備

4.1 資料調查

資料調查由檢測、設計、施工人員共同對擋墻的原設計資料、現場地質、現場環境、施工情況進行調查。

設計資料調查：包括擋墻設計尺寸、埋深、地基土質、換填厚度、地基承載力情況等。

現場調查：包括埋深、地基土構成、現場土現狀、受力情況、下沉及水平位移情況、地下水、地基土換填情況、周圍環境等。

4.2 托換設計

根據現場地基承載力、擋墻資料、原設計資料，經設計單位設計計算出滿足擋墻穩定所需要的托換面積及深度。設計計算根據《建筑地基處理技術規范》中要求[6]，結合原換填層面積、厚度、材料類型、托換換填寬度、托換混凝土條基受力特點，擬合計算最佳托換面積及深度。經計算得出此擋墻基底需要托換數據為：托換總長度（BT）2.5m、寬度（L）3.6m、擋墻基底深入寬度（L1）2m、托換深度（H）1.2m。

4.3 施工設計

依據擋墻基底需要托換長度、擋墻長度、豎井內作業操作性、安全性，確定豎井開挖分段數、分段長度，確定最佳單個托換塊長度及間距、豎井與托換塊位置關系。

根據擋墻埋深、擋墻幾何尺寸、擋墻自重力等計算擋墻抗壓穩定性；根據現場填土高度、側向面積、填土類型、行車荷載、現場填土實際穩定性狀態，計算墻背填土側向土壓力大小；根據現場擋墻埋深、地面原土類型、密實度、含水量，回填土密實度計算地面土抗側推力能力。

依據以上數據計算確定在豎井開挖施工中，擋墻不會產生傾斜、位移條件下，縱向允許一次性開挖托換塊長度BT1=BT2=BT3=BT4=BT5=50cm、托換塊間距BJ1=BJ2=BJ3=BJ4=50cm，豎井逐次開挖寬度b1=b2=150cm、b3=75cm。（如圖1 所示）

圖1 豎井及托換塊位置圖

5 托換施工

5.1 施工順序

參照圖1 標注豎井、托換塊的位置及尺寸，采用豎井分段開挖、回填，托換塊逐個托換的原則進行施工。

5.2 豎井及托換塊放線

在既有擋墻面采用記號筆標記。根據圖1，先放樣托換塊位置，再放樣豎井位置。

1.托換塊位置放樣：根據施工設計托換塊開挖長度BT1～5及托換塊間距BJ1～4尺寸，在擋墻上尺量標記托換塊位置。擋墻兩端預留長度一致。

2.豎井位置放樣：根據施工設計豎井開挖寬度b1、b2、b3，在擋墻上尺量劃分豎井逐次的開挖位置，并做好標記。豎井逐次開挖位置劃分應根據設計托換塊位置、間隔及豎井逐次開挖所能覆蓋施工的托換塊確定。

5.3 豎井土方開挖及支護

豎井開挖豎向投影面積較小，土方量不大，可采用人工垂直開挖方式施工。開挖施工時應注意天氣情況，避開雨天施工。

根據施工順序，豎井開挖位置分段作業。豎井一次開挖深度根據土層的穩定情況、支護類型確定，開挖與支護交替進行。因開挖面積小，可在無水條件下采取全斷面分層下挖法。分層開挖深度根據土層穩定性確定，一般為50cm～100cm。

正常托換施工2 天完成一個豎井及豎井下托換塊B 的施工，施工時間短，豎井臨時支護可采取簡易支護方法，即：膠合板+木板背楞+木水平支撐桿。膠合板、背楞、支撐桿件采用鐵釘固定，在相鄰水平支撐間應加斜桿形成三角形穩定結構，避免水平支撐滑動。

5.4 托換開挖

托換開挖是指基底托換塊BT部分開挖。當一個豎井下開挖多個托換塊時，各托換塊應逐個開挖澆筑混凝土，在一個托換塊澆筑混凝土出凝后方可對下一個托換塊開挖施工。

托換塊土方采用人工開挖方式施工。單個托換塊開挖保持由外向內、由上到下的梯形狀開挖順序。開挖面頂部到擋墻底部混凝土面，底部到設計深度H，寬度到設計寬度L。擋墻底部混凝土面土質清理基本干凈，坑底清理平整及松散土層，側面保持垂直平整。開挖過程中盡量不擾動非開挖土體，保持原土的整體性。

因各托換塊開挖與混凝土澆筑連續作業，托換開挖深度H 不大，較短時間內不會發生開挖面垮塌現象。所以開挖面保持原土狀態，不需要做護壁處理，同時也有利于混凝土與既有土體的充分填充密實。

5.5 混凝土澆筑

托換塊混凝土采用C20 素混凝土即可滿足基底托換塊承重、剪切受力需求。選擇流動性好的配比，有利于完全填充托換塊開挖后的空間。混凝土拌制根據施工場地及區域情況選擇廠拌或自拌均可，主要以方便施工為原則。

混凝土澆筑應采用串筒傳送到托換塊坑槽，串筒下端到托換塊坑槽高度不大于30cm，使混凝土準確灌注到坑槽內，防止沖刷碰壞坑槽。

混凝土澆筑應完全充填整個坑槽，避免出現混凝土空洞現象發生。混凝土應分層澆筑振搗，每層澆筑厚度控制在50cm 左右，澆筑高度到擋墻基礎底面。托換塊深入擋墻基底2m，可采用鐵鍬或推耙把混凝土送入托換塊底部位置。當混凝土澆筑到擋墻底部時應設置排氣管排氣，澆筑結束時由內向外邊搗固邊抽出排氣管，防止出現混凝土空洞及擋墻與托換塊間脫空。

5.6 豎井土方回填

在托換塊混凝土出凝后即可首層土方回填覆蓋50cm，注意不能做土方夯實操作，避免破壞新澆筑混凝土結構。在混凝土澆筑24 小時后施工豎井回填土方，土方回填分層厚度不大于30cm，并做必要的夯實處理。使夯填后的土方具有一定的密實穩定性和支撐力，有利于相鄰豎井開挖后井壁穩定性及對既有擋墻橫向支撐力，防止擋墻橫向支撐力不足后滑移和傾斜狀況發生。土方回填過程中豎井壁支護結構應隨分層回填高度逐漸由下向上分段拆除。

6 控制要點

1.調查數據要全面、準確，重點在現場擋墻尺寸、土質、埋深、換填情況、位移情況、地基承載力，為托換設計及施工設計提供可靠數據依據。

2.托換設計計算出的托換面積及深度，在部分基底換填層托換后確實能夠滿足既有擋墻沉降穩定條件。

3.施工設計能夠滿足豎井施工過程中鄰近建筑物安全及擋墻不發生傾覆及水平位置現象。

4.施工過程應連續進行，避免出現土方開挖后長時間暴露。豎井壁支護剛度滿足土壓力及活動荷載條件，特別是相鄰道路重車通行作用力條件。在相鄰道路重車通行上，應采取必要的安全防護措施，降低重車通行沖擊及震動力。

5.托換塊混凝土填充應完全、密實，不應出現托換塊與擋墻底部脫空、空洞現象。

7 使用優勢

7.1 實用性

因工程量小、周圍環境限制不適宜擠密、CFG 等托換工藝。適用于低滲透性的粉土、黏性土等不適用滲透注漿工藝的地質結構。

7.2 安全性

擋墻基底托換方法是對既有擋墻的穩定性有效加固控制方法，不需要對既有擋墻進行重建和改造，根據托換面積大小可以分段實施，避免大開挖后的既有結構、支擋結構、鄰近結構穩定性變化。

7.3 簡易性

施工工藝簡單，施工質量容易控制，混凝土結構強度超出擋墻基底支撐受力及擋墻基底穩定性需求。設計內業計算滿足需求即可，不需要其它工藝施工過程及成果的質量檢測工作。

7.4 影響性

一般擋墻結構都鄰近既有交通道路或建筑物，采用人工豎井方式施工需要的施工場地面積小，滿足2～3人施工即可。施工過程中不需要對鄰近道路進行封閉，不對既有及鄰近建筑產生變化，小規模、短工期施工不宜造成不良的社會輿論。

7.5 施工經濟性

工程量小、工藝簡單、人工操作、只需較少的人工及工機具，不需要使用專業的施工設備和復雜的工藝功法，不需要高質量標準，工藝過程容易控制，可以節省大量施工費用。

8 結語

在工程設計、建設過程中難免出現這樣那樣的問題，造成工程完工后表現出各種工程質量缺陷。針對完工運營后的工程質量缺陷問題需要進行必要的整治，以保證工程使用安全性。同時考慮運營中整治施工的安全性、方便性、影響性及成本，這就推動了工程加固整治施工技術有針對性地發展。在地基承載力不足造成擋墻下沉的情況下，可以采用地基托換技術進行加固，實現有效、安全、方便、小影響、小成本目標。