利用地下導洞實現(xiàn)樁基托換的設計方法

1、文章編號:10096582(2007)01002705利用地下導洞實現(xiàn)樁基托換的設計方法呂劍英薛煌(中鐵隧道勘測設計院有限公司洛陽471009)摘要文章采用了一種在地下導洞群內(nèi)進行樁基托換的方法并對導洞施工導致的原樁負摩阻力、承載力和附加沉降進行了討論基于彈性理論推導了計算樁附加沉降的公式。利用該方法對廣州地鐵工程進行了分析驗證結(jié)果表明文中的公式能較準確地描述樁的附加沉降。在復雜環(huán)境條件下的樁基托換中該方法具有一定的應用價值。關鍵詞地下

2、導洞樁基托換負摩阻力附加沉降設計方法中圖分類號:U452.25文獻標識碼:A1前言傳統(tǒng)的樁基托換一般在地面、建筑物的首層或地下室內(nèi)進行施工環(huán)境相對較好工程造價低難度小速度快因而應用最廣。但是它也有很突出的缺點主要表現(xiàn)在:①需對建筑的一層或地下室居民、設備進行搬遷、安置及補償②對高架橋等要臨時封閉道路、開挖基槽③對地下管線要臨時遷移及回遷。除此之外還有施工噪音、粉塵等不利影響。由于特殊原因當托換工程所處的周邊情況很復雜時往往交通不許封堵、

3、房屋內(nèi)設備和人員無法遷出地面托換無條件實施時便會影響工程的順利進行。2地下導洞群樁基托換方法2.1托換思路本方法是利用施工豎井在建筑物下暗挖地下導洞群構(gòu)成地下托換空間然后進行樁、梁托換體系作業(yè)從而實現(xiàn)在地下對既有建、構(gòu)筑物的樁基礎托換。該方法的核心思路:利用導洞的斷面小、經(jīng)濟、導洞能及時封閉、對原樁基的影響小、對地層的擾動小等特點同時也應充分考慮地下托換對原有樁的附加承載力和附加變形的不利影響以確保建筑物的安全。其托換方法如圖1所示。圖

4、1樁基托換示意Fig.1Sketchofpilefoundationunderpinning修改稿返回日期:20061228作者簡介:呂劍英男高級工程師一級注冊結(jié)構(gòu)工程師.72第44卷第1期2007年2月現(xiàn)代隧道技術(shù)ModernTunnellingTechnologyVol.44No.1Feb.2007負摩阻力使樁身產(chǎn)生的下拉荷載可按下式(2)[5]計算求出下拉荷載后按下式(3)[5]驗算原樁基底承載力是否滿足要求。Qng=u∑ni=1

5、qnsihi(2)式中Qng———下拉荷載qnsi———樁身第i層土的負摩阻力標準值可按規(guī)范[5]的有關規(guī)定計算u———樁周長hi———土分層厚度。γ0(N1.27Qng)≤1.6R(3)式中γ0———樁基重要性系數(shù)N———樁頂設計荷載R———樁基的承載力設計值。3.3附加沉降計算(1)樁的沉降計算公式樁基的沉降S可由參考文獻[6]的公式計算。S=ScSrSs(4)Sc=(NNb)L2AEcSr=Nbdb(1ν2r)0.79AbEbSs

6、=NbhsAbEs(5)(4)式和(5)式中:Sc———原樁的樁身沉降Sr———樁底巖體壓縮沉降Ss———樁底沉渣壓縮沉降A、Ab、db———樁身、樁底面積及樁底直徑L、hs———樁長、沉渣的厚度νr———巖土泊松比N、Nb———樁頂、樁底荷載Ec、Eb、Es———混凝土的彈性模量、樁底巖土和沉渣的變形模量。公式是按照彈性理論法計算的設定樁身的摩阻力是線性的對單樁可以滿足工程需要。(2)附加沉降計算下拉荷載會使樁身內(nèi)力和樁基荷載發(fā)生內(nèi)力

7、重分布并導致樁身和樁底產(chǎn)生附加變形沉降ΔS。為方便計算將原樁身分為3段即L1、L2和L3樁身3段的軸力不同見圖2。假定樁的摩阻力是線形分布的根據(jù)虎克定律及參考文獻[5]可以推導出樁的附加沉降公式(6)。ΔS=(NQng)L(QngL1Nf3L3)0.5AEc(QngNf1Nf2)(1ν2r)0.79AbEb(QngNf1Nf2)hsAbEs(6)式中Nf1、Nf2、Nf3為對應于導洞施工前原樁身L1、L2、L3三段的正摩阻力。計算出附加

8、沉降后應根據(jù)《GB500072002建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[5]核算樁基的附加沉降差是否小于0.002l0[5](l0為相鄰柱的中心距)。4工程實例4.1工程概況廣州地鐵五號線楊箕站—五羊邨站盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿五羊邨過街樓。受相鄰地鐵車站站位和車站埋深的制約區(qū)間隧道貫穿過街樓的6根樁需要托換。該樓為四層框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)間距為10m8.5m基礎為1200mm的人工挖孔樁單樁最大承載力900t。過街樓橫跨市區(qū)繁華路段的寺新馬路其地面一層為雙向八車道道

9、路車流量較大。車道由中間綠化帶隔開綠化帶下方有一容積約3000m3的地下壓力水池其供水范圍覆蓋周邊眾多高層建筑物。道路下還有6根給排水管線和51條電信光纜。4.2導洞群托換設計方案由于過街樓的周邊環(huán)境很復雜采用常規(guī)的地面托換困難和阻力非常大。樁身所處的地層從上至下依次為:雜填土、粉質(zhì)粘土、可塑及硬塑狀殘積土、全風化—微風化的泥質(zhì)粉砂巖樁底為微風化巖。通過地層分析認為將暗挖導洞群設在硬塑殘積土—強風化層內(nèi)采用合理的支護方法和輔助措施能將地

10、表沉降控制在設計要求范圍內(nèi)并對施工引起的附加力和樁附加沉降計算分析可以滿足規(guī)范的要求最終確定了地下暗挖導洞群托換方案[7]。在道路中間綠化帶內(nèi)設小豎井布置了1條呈東西方向的主導洞及與其接近垂直的6條支導洞形成地下托換空間其中3條支導洞在主導洞的北側(cè)另3條在南側(cè)相鄰兩洞的凈距為5m左右。在支導洞采用樁梁托換體系一舉托換6根侵入隧道的樁。4.3計算分析及實測效果評價(1)地層沉降采用有限元分析程序2Dσ軟件對支導洞的開挖進行平面有限元分析程