某大楼利用围护灌注桩托换加固实例分析

摘要：上海市某大楼主楼12层、裙房4层。拟建地铁于该大楼裙房下方通过，地铁盾构施工将切除影响范围内裙房工程桩，对大楼安全造成一定的影响。经分析研究后决定利用原基坑围护灌注桩进行基础托换，达到基础加固的目的。本文以该工程为例，详细介绍了利用围护灌注桩进行基础托换方案的选型及加固方案的设计等。目前该工程基础托换施工已经完成，效果良好。

关键词：基础托换围护桩

中图分类号：U443.15+4文献标识码： A文章编号：

前言

随着城市交通压力的不断增大，地铁建设不断增加。由于地铁一般在城市密集建筑群中穿过，其建设不可避免的对建筑物造成一定的影响，因此，需要针对具体情况对建筑物进行加固，以满足建筑物对强度和变形的要求。加固方案的选择即要考虑建筑物的使用安全，又要考虑施工便利、造价经济及环境因素的影响，甚至有时候环境因素的影响成为方案选型的关键。

1 工程背景

1.1 工程概况

上海市某大楼主楼12层，裙房4层，框架剪力墙结构，采用桩筏基础。主楼工程桩为Φ700灌注桩，桩长45.0m，单桩承载力设计值为2300KN；裙房工程桩为Φ600灌注桩，桩长25m，单桩承载力设计值为1000KN。原基坑围护采用灌注桩+双轴搅拌桩止水的围护方式，灌注桩为Ф800@1000，有效桩长17.7m。

拟建地铁于大楼裙房北侧区域由西至东穿过，盾构穿过区域内绝对标高-17.30m以下约12.5m工程桩将被切除，受影响工程桩约19根。

1.2 地质条件

根据本工程岩土工程勘察报告，场地地貌类型属滨海平原地貌类型，勘探孔所揭露的80.20m深度范围内的地基土均属第四纪河口～滨海相、滨海～浅海相沉积层，主要由饱和的粘性土、粉性土、砂土组成。

1.3基础加固难点

本工程的主要风险与难点主要有以下两个方面：

（1）工程桩减短及地铁施工会对大楼产生较大的影响。地铁盾构推进时将切除裙房下盾构影响范围内工程桩，工程桩长度将大大减少，单桩承载力随之降低；盾构推进时，建筑物下土层受到扰动，也会使上部建筑物产生附加沉降和不均匀沉降。为确保大楼在盾构推进时和推进后的正常使用，须对其进行加固处理。

（2）基础加固难度大：地铁盾构影响区域为地下车库坡道位置，可以利用的操作空间有限，且业主单位要求基础加固期间尽可能保证地下车库的正常使用，给基础加固设计方案的选型带来一定的困难。

2 基础加固方案

综合分析本工程结构设计资料及周边环境特点，本工程确定利用围护灌注桩托换进行基础加固的方案。

2.1加固机理

基础加固利用原基坑围护灌注桩进行托换：通过植筋、焊接后浇筑混凝土的的方式将围护圈梁、地下室外墙与柱子连接形成整体，上部荷载通过围护圈梁、地下室外墙与柱子形成的整体传递至围护灌注桩，进而传递至周围土层，以弥补由于盾构推进切除工程桩造成的承载力损失，达到基础加固的目的。利用本方案进行基础加固具有以下特点：

（1）加固后整体刚度较大，不仅能控制建筑物后期沉降，而且可以减小地铁施工对其的影响。

（2）施工难度较小。由于大部分施工操作位于建筑物外，根据现场情况，外墙外普遍有大于5m的空间，完全可以满足施工要求，施工难度较小。

（3）对周围环境影响小，不影响地下车库的正常使用。加固采用植筋法不需大量破除混凝土，在施工过程中产生的噪音小；由于室内施工较少，操施工过程中产生的噪音小；由于室内施工较少，操作空间有限，可只占用地下车库半边汽车坡道而不影响整个地下车库的正常使用。

（4）造价低

2. 2加固工况

利用原基坑围护灌注桩进行基础托换的基础加固方案具体施工过程如下：

（1）地下室外墙与围护桩之间开样沟，查明施工范围内管线分布；

（2）改迁施工影响管线；

（3）地下室外墙与围护桩之间开槽至原圈梁底1m深度；

（4）凿除围护圈梁混凝土，但保留原配筋，凿毛围护桩、地下室外墙和柱子浇筑混凝土范围内老混凝土表面；

（5）植筋，焊接、绑扎钢筋；

（6）浇筑混凝土，使围护圈梁、地下室外墙和柱子连接形成整体；

（7）回迁管线；

（8）回土，整理施工现场。

3 基础加固承载力验算

3.1 盾构推进造成承载力损失计算

盾构推进影响工程桩主要为裙房下工程桩，裙房原工程桩为Φ600灌注桩，桩长25.0m，单桩承载力设计值为1000KN。规划地铁大楼裙房区域穿过，盾构穿过区域内绝对标高约-17.30m以下约12.5m工程桩将被切除，剩余工程桩长约12.5m，受影响工程桩约19根。

根据上海市原《地基基础设计规范》（DGJ08-11-89）规定（原结构设计采用规范），单桩竖向承载力设计值为：

剩余工程桩单桩承载力设计值（不考虑桩端阻力）：

Rd=（25×9.0+40×3.5）×3.14×0.6÷1.6=430KN

由上式计算得剩余工程桩单桩承载力设计值为Rd=430kN。

盾构推进造成单桩承载力设计值损失为1000-430=570KN。

盾构推进造成桩基承载力设计值损失总额为570×19=10830KN。

3.2 加固后承载力验算

基础加固后，在加固长度内灌注桩形成整体，可以认为在地下形成一道58×0.8×17.7m（长×宽×高）的墙体，该墙体的承载力设计值（不考虑端阻力和上部靠近裙房侧摩阻力）为：

Q=（15×1.1+15×4.4+25×1.0）×58÷1.6+（25×8.8+40×2.4）×2×58÷1.6

=26807kN>10830KN

加固体承载力完全可以弥补工程桩因减短而损失的承载力。

4 基础加固有限元分析

4.1有限元分析目的

有限元分析的主要目的如下：

（1）分析某大楼工程桩截短后，桩基内力、刚度重分配所引起的建筑物变形；

（2）分析地铁施工过程中地层的扰动对某大楼的影响；

（3）分析地铁开挖卸载对某大楼的影响。

4.2 计算模型

计算模型尺寸为：150.0m×130.0m×60.0m（长×宽×高），模型四周外法向约束侧向位移，顶面自由，底边约束三个方向的位移。模型节点数为78962，土体单元数为64731，梁单元数为2382，板单元数为9067，接触面数为1600。

4.3 计算结果

计算结果中的符号规定：X方向为建筑物长边方向，图中向右为正；Y方向为竖直方向，图中向上为正；Z方向为地铁走向，方向按照右手坐标系确定。

图2某大楼整移图3 某大楼变形后网格

图 4 某大楼X方向位移图 5 某大楼Y方向位移

图 6 某大楼Z方向位移

4.4计算结果分析

根据三维有限元数值分析的结果表明：在委托方提供的施工工况、施工荷载的基础上，严格按照施工组织设计要求的前提下，本工程大楼采取本加固方案后在地铁盾构推进后产生的 附加变形最大仅约3.3mm，影响较小。

5 结语

本文在以某大楼基础加固工程实例，重点介绍了采用围护灌注桩进行基础加固的设计和分析过程，可以得出以下结论：

（1）盾构影响程度、施工可行性及环境要求是基础托换方案选型的重要影响因素。

（2）采用围护灌注桩进行基础托换可以很好的起到基础加固的目的。

（3）有限元分析表明，采用基础加固方案后，可以将盾构推进对大楼的影响控制在较小的范围以内。

参考文献：

1 史佩栋. 桩基工程手册[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

2 中华人民共和国行业标准编写组. JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.

3 中华人民共和国行业标准编写组. JGJ123-2000既有建筑地基基础加固技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2000.

4 中华人民共和国行业标准编写组. JGJ145-2004混凝土结构后锚固技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.