摘要:某隧道工程穿越某8層鋼筋混凝土框架結構房屋時，房屋有20根樁處在盾構掘進影響區域內，若按原導線方向掘進，則需對該范圍內的樁進行托換或加固處理。通過對該位置地質鉆探相關數據結合房屋樁基礎類型及其受力特點進行綜合分析后，提出了采用擴大承臺結合鋼管樁托換方案。擴大承臺結合鋼管樁托換法在某隧道工程中的成功應用，對同類工程設計及施工具有指導及參考價值。
　　關鍵詞:擴大承臺;鋼管樁托換;托換技術;
　　0引言
　　樁基托換技術，是將樓底有隧道穿過的樓房的樁與上部結構分離，既有樁基承受的上部荷載有效地轉移到新托換結構上。本文將介紹擴大承臺結合鋼管樁托換法在隧道工程中的應用,并介紹了樁基托換的總體方案、設計方法。
　　1工程概況
　　本建筑物層高3.0m,基礎為鉆孔樁基礎，單樁承臺和兩樁承臺，樁徑為0.8m和1.0m，φ800單樁承載力為2000kN,φ1000單樁承載力為3500kN。樁身混凝土強度為C20，樁長為20~23m，樁端入中~微風化泥巖1.0m。該建筑物有13根樁樁端處于盾構掘進區域，7根樁處于隧道外1m影響線內或屬于雙樁承臺而受到盾構掘進時間接影響，即有20根樁需進行托換或加固處理，樁基位于隧道開挖區，屬于隧道建設中難度較大樁基群托換問題，如圖1.1，圖1.2所示。
　　周邊建筑物情況：該棟建筑物西臨寬4m的某街，東側為寬4.8m的街道，其南邊7.5m處為A125房屋（7層），西邊7.0m處為A124房屋（9層）。
　　周邊管線情況：根據線路總體及承包商提供的地下管線資料，本施工場地內的筏板托換施工不需遷改地下管線。
　　圖1.1平面布置圖(單位:mm)圖1.2樁基與隧道位置關系圖
　　隧道軸線埋深為23m左右，盾構機身長8.0m，盾構外徑為6.3m，盾構刀盤外徑比盾構殼外徑大10mm，襯砌每環1m寬，厚0.3m。
　　土層地質情況如表1-1，表1-2所示。
　　表1-1隧道穿過區巖土層特性
　　層號 巖土名稱 主要工程地質特征 開挖后土巖
　　穩定狀態 層厚（m）
　　<1> 人工填土 松散-稍密,均勻性差,土層
　　透水性較強 易崩塌 0～3
　　<2-1B> 淤泥質土 軟塑,土層透水性弱 不能自穩 3～6.3
　　<3-1> 粉細砂 飽和,松散-稍密,透水性弱 不能自穩，易塌 6.3～11.3
　　<5-2> 殘積硬塑狀粘性土 可塑狀,粘性較強,微透水性 自穩性較差 2.3~5.0
　　<6> 全風化巖層 巖石結構已基本破壞,已風化成土狀,透水性稍弱 自穩性較好 11.3～15.9
　　<7> 強風化巖層 呈半巖半土狀,碎塊狀,風化裂隙發育,弱滲透性 自穩性較好,但
　　易掉塊 15.9～19.7
　　<8> 中風化巖層 軟質巖,裂隙較發育,透水性中等 自穩性較好,但
　　易掉塊 19.7～27.6
　　<9> 微風化巖層 軟質巖，裂隙稍發育，微滲透性 自穩性較好 27.6～
　　表1-2各層土體參數表
　　巖土名稱 厚度
　　（m） 含水率ω（%） 密度(g/cm3) 壓縮模量Es（MPa） 泊松比
　　μ 黏聚力c（kPa） 內摩擦角φ(°) 彈性模量E（MPa）
　　人工填土層 3 35.0 1.80 4.00 0.38 15.0 12.0 10
　　淤泥質土層 3.3 49.4 1.65 2.50 0.42 5.0 5.2 6
　　粉細砂層 5 25.0 1.90 8.00 0.27 / 30.0 15
　　全風化粉砂質泥巖 3 23.7 2.00 7.50 0.28 35.0 24.0 50
　　強風化粉砂質泥巖 3.8 22.2 2.10 9.00 0.25 50.0 26.0 90
　　中風化粉砂質泥巖 8 / 2.20 / 0.23 600 38.0 500
　　微風化粉砂質泥巖 19 / 2.21 / 0.2 1000 40.0 2000
　　盾構管片   2.4  0.2   24000
　　樁基   2.4  0.2   24000
　　梁、柱   2.4  0.2   24000
　　2托換方案設計
　　2.1原樁單樁承載力復核
　　對處于隧道附近B、C軸上的樁，根據樁端地質、樁基規范及隧道工程托換經驗，無論樁端是否侵入隧道，計算樁剩余承載力時，僅考慮樁的隧道頂上方約3m處以上發揮作用，對于距離隧道較遠的其他軸線上的樁，則不考慮盾構通過時對其承載力的影響。選取鉆孔MFZ3-YD-01A，對應表2-1，來計算隧道上方ZJ9～ZJ12；ZJ20～ZJ23的8個樁的剩余承載力。
　　 表2-1樁身地層分布圖1 
　　地層編號 層厚
　　（m） 樁側摩阻力經驗值(kPa)
　　樁端阻力經驗值(kPa)
　　地層編號 層厚 樁側摩阻力經驗值
　　(kPa)
　　樁端阻力經驗值
　　(kPa)
　　〈1〉 ＞0.2 8  〈6〉 1.3 50 
　　〈2-1B〉 3.3 8  〈7〉 4.1 70 
　　〈3-1〉 4.7 11  〈8〉   
　　〈5-2〉 2.3 40  〈9〉   
　　不考慮〈2-1B〉、〈3-1〉的摩阻力作用，樁徑為800的樁剩余承載力為：
　　=3.14×0.8×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.00
　　=1115/1.00≈1050KN<2000KN 
　　式中Ks=1/[(0.8/d)(1/3)]，d為鉆孔樁樁徑，
　　樁徑為1000的樁剩余承載力為：
　　=3.14×1.0×(40×2.3+50×1.3+70×4.1)/1.05≈1300KN<3500KN
　　故樁徑為800和1000的原樁剩余承載力均小于樁基資料中原樁的容許承載力。
　　下面表2-2列出原樁的上部荷載標準值和原樁剩余承載力數值大小關系。
　　表2-2原樁上部荷載標準值和原樁剩余承載力數值
　　樁編號 上部荷載標準值
　　(KN) 原樁剩余承載力(KN) 是否滿足上部荷載要求 樁編號 上部荷載標準值
　　(KN) 原樁剩余承載力(KN) 是否滿足上部荷載要求
　　ZJ9 872 1050 是 ZJ19 996 1150 是
　　ZJ10 872 1050 是 ZJ20 1189 1050 否
　　ZJ11 1221 1050 否 ZJ21 1189 1050 否
　　ZJ12 1221 1050 否 ZJ22 1855 1300 否
　　ZJ13 1009 1200 是 ZJ23 1855 1300 否
　　ZJ14 1009 1200 是 ZJ24 1428 1200 否
　　ZJ15 1562 1500 否 ZJ25 1428 1200 否
　　ZJ16 1238 1200 否 ZJ26 1496 1500 是
　　ZJ17 1238 1200 否 ZJ27 1714 1500 否
　　ZJ18 996 1150 是 ZJ28 1416 1400 否
　　由上表知，處于隧道上方的20根樁中，有13根樁的剩余承載力是不滿足上部荷載要求。同時本建筑物的形狀不規則，側“凹”形，盾構機直接推過，可能發生較大的柱子沉降和框架梁裂縫。當地住戶對宿舍的安全敏感度高，如產生不利結果社會影響大，從理論、建筑物的結構形式及盾構機的施工風險上，均應對隧道上方可能受影響的樁進行樁基托換處理。
　　2.2托換基本原則
　　(1)新托換結構體系的承載力有足夠的保證和儲備；
　　(2)托換體系的總變形應控制在原建筑物允許的局部附加變形范圍以內；
　　(3)托換施工過程中必須保證把上部荷載從原來的樁基上可靠的轉換到新的托換結構體系上，并有效控制被托換結構在施工中的有害變形；
　　(4)樁基托換后應保證區間隧道的施工安全，并嚴格控制隧道施工對新托換結構的影響和破壞；
　　(5)樁基托換施工不得改變原建筑物的使用功能。
　　3擴大承臺結合鋼管樁托換方法
　　本建筑物下基礎大部分為二樁承臺，布置不規則，且承臺之間距離較小，樁梁托換方案不易布置。本建筑物下部存在約3m厚淤泥質土和5m厚粉細砂層，采用筏板托換方案，需對此軟弱地基進行加固處理，而此處臨近珠江，通常的地基處理方案因動水影響，加固效果難保證，故也不宜采用筏板托換方案。根據建筑物下的地質資料，盾構隧道頂部上方存在較厚的強、中風化巖層，盾構通過后原樁的剩余承載力仍較大，故可采取擴大承臺＋鋼管樁托換方案來承擔部分上部荷載；原樁承臺布置不規則且距離較近，故擴大承臺后就連在一起成為筏板，可以加強基礎的整體性和協調變形。
　　托換前隧道位置關系如圖3.1所示，鋼管樁施工后，原樁、新鋼管樁與隧道的相對關系如圖3.2所示。
　　圖3.1托換前隧道位置關系圖圖3.2托換后位置關系圖
　　3.1托換鋼管樁的布置
　　建筑物○A~○C軸下的部分樁基侵入隧道，盾構通過時，原樁仍有部分剩余承載力，故可采用新增加的鋼管樁和剩下的原樁一起來承擔上部荷載，故新增的鋼管樁主要布置在受影響的被托換樁和底柱周圍。托換鋼管樁的布置，是跟據上部荷載標準值＋新增筏板的自重與原樁剩余承載力差值來計算，且托換樁間距滿足最小間距750mm的要求，忽略新增筏板下土對上部荷載的分擔作用，筏板厚0.8m，具體布置的個數見下表3-1：
　　表3-1鋼管樁數目統計表
　　樁編號 上部荷載＋筏板重量－原樁剩余承載力(KN) 理論所需布置鋼管樁數目 實際布置鋼管樁數目 樁編號 上部荷載＋筏板重量－原樁剩余承載力(KN) 理論所需布置鋼管樁數目 實際布置鋼管樁數目
　　ZJ9 -22 0 6 ZJ20 305 2 8
　　ZJ10 -22 0  ZJ21 305 2 
　　ZJ11 387 2 6 ZJ22 785 4 10
　　ZJ12 387 2  ZJ23 785 4 
　　ZJ13 -6 0 6 ZJ24 425 2 8
　　ZJ14 -6 0  ZJ25 425 2 
　　ZJ15 308 2 4 ZJ26 255 2 3
　　ZJ16 230 1 6 ZJ27 620 3 4
　　ZJ17 230 1  ZJ28 320 2 4
　　ZJ18 -19 0 6    
　　ZJ19 -19 0     
　　故在原樁周圍理論上共需布置31根鋼管樁，實際布置了71根，另考慮到新增筏板的自重影響，在鋼管樁間距較大處，也布置了鋼管樁，總共在筏板下布置了83根鋼管樁。
　　下面對托換區○A~○C軸下基礎的承載力進行整體核算：
　　柱子上部荷載標準值：35271KN；
　　筏板自重：25KN/m3×24.53m×12.38m×0.8m=6074KN；
　　○A~○C軸下原樁的剩余承載力：43300KN；
　　新增83根鋼管樁的豎向總承載力：20750KN；
　　樁基上總荷載標準值為：N=35271＋6074=41345KN；
　　筏板下所有樁基的豎向承載力為：R=43300＋20750=64050KN>41345KN；
　　可見，經過托換后，筏板下樁基的豎向承載力遠大于樁基上部總荷載，故托換方案的承載力滿足上部荷載要求。
　　4結語
　　本工程通過計算理論結合工程實踐將擴大承臺結合鋼管樁托換方案成功應用于隧道工程中，對工程地質鉆探各項數據的充分掌握以及對局部、整體結構受力的深入分析為方案的提出直至方案成功的應用奠定了基礎，原結構包括地基基礎各項性能指標和周圍環境條件則決定了托換體系的類型及托換方法。針對本工程的特點，提出了采用擴大承臺結合鋼管樁托換方案，并對托換后原樁承載力和鋼管樁承載力進行驗算，證明該方法的可行性。擴大承臺結合鋼管樁托換法在本工程中的成功應用，對同類工程設計及施工具有指導及參考價值。