阐述主动桩基托换技术在盾构隧道下穿建筑物施工中的应用

摘要：在城市地铁工程施工中，盾构法因其受地面因素影响小、安全度高、施工速度快、对地面环境影响小等优势而得到广泛的应用。隧道在城市地下中穿行，不可避免地需要下越各种各样的建筑物，然而盾构下穿建筑物时，如果处理不当，可能引起导致建筑物发生不均匀沉降，从而导致建筑物开裂甚至塌陷，给人们的生命财产带来巨大的损失。主动桩基托换技术是盾构下穿建筑物的重要技术措施，特别是建筑物桩基础侵入隧道的情形。本文结合广州地铁六号线某标段的一个桩基托换工程实例，阐述了主动桩基托换技术在盾构隧道下穿建筑物施工中的应用，以指导类似施工。

关键词：盾构法、桩基础、托换

1前言

随着我国经济的不断发展和城市化进程的加速,城市轨道交通建设在我国各大城市如火如荼的进行。在城市地铁工程施工中，盾构法因其受地面因素影响小、安全度高、施工速度快、对地面环境影响小等优势而得到广泛的应用。然而，隧道在城市地下中穿行，不可避免地需要下越各种各样的建筑物，然而盾构下穿建筑物时，如果处理不当，可能引起导致建筑物发生不均匀沉降，从而导致建筑物开裂甚至塌陷，给人们的生命财产带来巨大的损失。因而，盾构隧道（沿线）的建筑物（特别是建筑物桩基础侵入盾构隧道）加固问题， 已经成为眉睫需要解决的问题。

2工程概况

2.1 建筑物概况

广州地铁六号线越秀南站～东湖站区间的左线隧道于里程ZDK12＋425.140～ZDK12＋446.474下穿A124号房屋（东山酒家）。A124号房屋为三跨9层框架结构，钻孔桩基础，均为单柱单桩承台。该建筑物桩基为钻孔灌注桩，分别为J1（桩径φ600）、J2（桩径φ1000）、J3；J4；J4a（桩径φ1200）。在平面上，该栋建筑物共有12根桩处于盾构掘进影响线1m范围内，结合地质剖面图和不同桩型入岩深度知，有3根桩桩底直接侵入盾构隧道，盾构掘进时有9根桩可能会受到影响，需对其进行托换或加固处理。

2.2 建筑物地质情况

建筑物所在位置地质情况自上至下依次为：人工填土层、淤泥层、粉细砂层、中粗砂层、残积土层、岩石全风化带、强风化岩带、中风化岩带、微风化岩带。

盾构过该段主要穿越地层为、、层，拱顶地层为、层。

3主动桩基托换技术

本工程的桩基托换采用桩梁式主动托换，通过简支梁将原柱荷载传递至区间隧道两侧的托换桩上；共设置托换梁3根，托换桩6个，预顶承台6个，对隧道上方直接侵入和盾构通过时可能受到影响的9根桩进行桩基托换处理。

（1）托换桩

托换桩采用φ1200的钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C30，主筋保护层厚度70mm，单桩设计承载力为8000kN。[1]

（2）托换承台

托换承台混凝土强度等级为C40，主筋保护层厚度50mm，承台底部铺设100mm的C15素砼垫层；托换桩承台上方预埋20mm厚的钢板供预顶阶段使用。

（3）托换梁

托换梁采用钢筋混凝土，截面为矩形截面，混凝土强度等级为C40，主筋保护层厚度为50mm。梁底铺设100mm厚的C15素混凝土垫层，托换梁端部预埋20mm厚的钢板供预顶使用。

（4）预顶、封桩

为了消除新加托换桩的变形，并检验托换梁承载能力及节点连接性能，在托换承台上设置千斤顶及型钢安全装置，对托换体系进行分级预顶荷载，通过分析同步监测的数据，动态化的指导预顶力的荷载的施加和截掉托换梁下方的被托换桩。托换桩承台上方预留的预顶空间高500mm，托换梁梁端千斤顶同步分级加载，每级加载完成后持荷10min再进行加载，预顶力达到设计预顶力后，稳压30分钟，并打紧钢板楔块，监测托换体系构件的变形。预顶及截桩施工完，并且监测数据反映托换体系稳定后，连接承台和托换梁之间的钢筋，对托换承台和托换梁间的空隙用C30的微膨胀砼封桩。

（5）截桩

桩基托换完成后，盾构机到达时，利用盾构机刀盘直接断桩。

4主动桩基托换施工工艺流程

主动桩基托换施工工艺流程见下图1 所示：

5主动桩基托换技术要求

5.1 托换桩施工技术要求

1）钻孔桩清孔后必须控制桩底浮碴厚度不大于100mm。

2）钢筋笼宜分段制作，在起吊、运输、安装中应采取措施防止变形，吊点宜设于加强箍筋部位，分段沉放时，纵筋的连接须采用焊接，要特别注意焊接质量，同一截面上接头数量不得大于50%，相邻接头间距不小于35d(d为纵向受力钢筋的较大直径)。[2]

3）混凝土灌注中，导管应始终埋在混凝土中，严禁导管提出混凝土面，导管埋入深度以2～3m为宜，不得小于1m，一次提管拆管不得超过6m，应防止钢筋笼上浮。

4）钻孔桩的施工应符合下列要求：

a桩位中心偏差小于+30mm（基槽外）、0(基槽内)，桩身垂直度偏差不得大于4‰；

b主筋间距偏差不宜大于10mm，箍筋间距偏差不宜大于20mm；

c钢筋笼直径偏差不宜大于10mm，钢筋笼长度偏差不宜大于50mm；

d钢筋保护层偏差不宜大于20mm；

5.2 旋喷桩施工技术要求

1) 单管旋喷桩的高压水泥浆液压力宜大于20MPa；

2）水泥浆液的水灰比应根据工程要求确定，可取1.0～1.5；

3）施工时应保证钻孔的垂直偏差不应超过1％，桩位偏差不应大于50mm；

4）旋喷桩施工时的提升速度可取20～25cm/min，旋转速度20～25rpm。

5.3 预顶施工技术要求

1） 当托换主梁和预顶承台强度达到设计的80%要求后，方可进行预顶前的设备安装工作。

2） 千斤顶采用电动YSD450型，千斤顶安装前必须进行标定，油压表及千斤顶必须配套使用，使用的千斤顶的吨位为450T。

3） 千斤顶严格按设计图纸的位置尺寸进行安装，千斤顶的中心必须和梁的中心重合，在千斤顶上部和下部加钢垫块。

4） 安全装置采用钢锲块，钢锲块上下部加垫400mm×700mm×20mm钢板。

5） 千斤顶施加的顶力以柱设计承载力的100%考虑，并按要求加载上限值控制，分5级进行操作，每次施加预顶力值为顶推力值的20%。

6） 在每级顶升操作中严格控制油泵的工作流量和压力。

7） 在每级顶升过程中，如果上一级出现差值，应在下一级进行调整，让每一级顶升压力都控制在差值范围内，每级顶升后必须用钢楔块打紧。

8） 完成施加顶力，即完成桩基承载力的转换，最后必须将钢楔块打紧，采取相应的加固固定措施，并对千斤顶锁定。

6实施效果分析

A124建筑物主动桩基托换施工结束后，在盾构机通过该建筑期间，施工单位针对该建筑物进行了沉降与倾斜观测、建筑物裂缝观察等项目的监测。笔者对监测数据进行收集、整理、分析。分析结果为：建筑物累计沉降小于20mm，建筑物裂纹发展及破损轻微，以上结果均满足相关规范要求。

7结语

主动桩基础托换技术是隧道下穿建（构）筑物时的主要保护措施之一，该技术不需要对原建筑物进行拆除、重建，既节约工期、成本，并且安全可靠。随着城市地下轨道建设的不段建设，在地铁线路选线时要求避开所有建筑物显然不太现实。如何做到既让隧道施工顺利进行，又不对建筑物自身安全造成威胁？桩基托换技术是这个问题的最好回答。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看