利用地下导洞实现桩基托换的设计方法VIP专享VIP免费

文章编号:1009-6582(2007)01-0027-05利用地下导洞实现桩基托换的设计方法吕剑英薛煌(中铁隧道勘测设计院有限公司,洛阳471009)摘要文章采用了一种在地下导洞群内进行桩基托换的方法,并对导洞施工导致的原桩负摩阻力、承载力和附加沉降进行了讨论,基于弹性理论推导了计算桩附加沉降的公式。利用该方法对广州地铁工程进行了分析验证,结果表明文中的公式能较准确地描述桩的附加沉降。在复杂环境条件下的桩基托换中,该方法具有一定的应用价值。关键词地下导洞桩基托换负摩阻力附加沉降设计方法中图分类号:U452.2+5文献标识码:A1前言传统的桩基托换一般在地面、建筑物的首层或地下室内进行,施工环境相对较好,工程造价低,难度小,速度快,因而应用最广。但是,它也有很突出的缺点,主要表现在:①需对建筑的一层或地下室居民、设备进行搬迁、安置及补偿;②对高架桥等,要临时封闭道路、开挖基槽;③对地下管线要临时迁移及回迁。除此之外,还有施工噪音、粉尘等不利影响。由于特殊原因,当托换工程所处的周边情况很复杂时,往往交通不许封堵、房屋内设备和人员无法迁出,地面托换无条件实施时,便会影响工程的顺利进行。2地下导洞群桩基托换方法2.1托换思路本方法是利用施工竖井,在建筑物下暗挖地下导洞群构成地下托换空间,然后进行桩、梁托换体系作业,从而实现在地下对既有建、构筑物的桩基础托换。该方法的核心思路:利用导洞的断面小、经济、导洞能及时封闭、对原桩基的影响小、对地层的扰动小等特点,同时也应充分考虑地下托换对原有桩的附加承载力和附加变形的不利影响,以确保建筑物的安全。其托换方法如图1所示。图1桩基托换示意Fig.1Sketchofpilefoundationunderpinning修改稿返回日期:2006-12-28作者简介:吕剑英,男,高级工程师,一级注册结构工程师.·72·第44卷第1期2007年2月现代隧道技术ModernTunnellingTechnologyVol.44No.1Feb.20072.2托换空间体系托换空间体系由明挖竖井和暗挖主导洞、若干支导洞组成,施工竖井和主导洞是施工和材料运输的公共空间;支导洞是对各个桩实施托换的作业空间,各桩可以相对独立施工,实现平行作业。竖井选在施工影响相对小的地方,形状为矩形,尺寸为3m×4m。导洞形状为拱形直墙平底,宽度为3～4m,高度4.5～5.5m。竖井和导洞的支护均采用锚喷衬砌,为临时结构,只有初期支护,没有二次衬砌。其支护结构按照《GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范》[1]设计,对土质地层应采用网喷混凝土+格栅钢架组成的联合支护。2.3托换受力体系为充分利用托换空间,托换受力体系采用直线布置的桩梁托换体系。托换桩的形式可采用挖孔桩、钻孔桩和微型钢管桩等形式。为减少梁截面高度,托换梁采用“型钢混凝土组合梁”或者预应力混凝土梁。托换梁与被托换桩之间的连接处理、被托换桩的截断分离以及预顶等措施,与地面常规方法相同,在此不做赘述。2.4托换施工顺序施工主要步骤为:开挖竖井→开挖主导洞→开挖支导洞→在支导洞内施做托换桩及托换梁→实施预顶主动托换→截断分离原桩→托换结束→导洞及竖井回填→恢复场地。3托换引起的沉降和附加力3.1地表沉降导洞群施工引起的地表和土体沉降不可避免,其沉降可以用下式表示:U=U1+U2(1)式中U———地层总沉降;U1———由于导洞的开挖应力释放引起的沉降;U2———开挖失水引起的土体渗透固结沉降。导洞群开挖引起的沉降U1可采用有限元法进行数值分析来预测。U2与隧道顶的土层性质、地下水情况、是否采用止水措施及实施效果有关,计算比较复杂,目前还很难准确计算。对U1和U2引起的沉降可以通过合理的开挖工序、支护措施和辅助工法控制在一定的范围内。对城市地铁工程,采用暗挖法施工时地表沉降一般为30～60mm[2]。国内采用导洞群在地铁暗挖车站中的使用情况表明[2,3],单个导洞引起的地表沉降可控制在10mm之内,4导洞群平行开挖的最大沉降累计可以控制在24～27mm以内。3.2桩基承载力验算实践表明,桩土之间的相对位移在几毫米之内便会产生可观的负摩阻力[4]。《GB5007-2002建筑桩基技术规范》[5]规定,由于降低地下水位,使桩周土中有效应力增大,产生显著沉降时应考虑桩侧的负摩阻力。对于本方法,由于导洞开挖不但会降低地下水位,还会因地层原始应力释...