摘 要:為了合理地設(shè)計地鐵上蓋建筑物樁基托換工程中的樁梁式托換結(jié)構(gòu),提出了樁梁式托換結(jié)構(gòu)變形的控制標準和控制措施.通過25個試件的試驗研究,證實新舊混凝土交接面具有明顯的破壞預兆和良好的延性性能;并建立了新舊混凝土交接面承載力的計算公式,進而提出了樁梁式托換結(jié)構(gòu)承載力和變形的計算方法.該設(shè)計方法應用于廣州地鐵一號線和二號線的建筑物樁基托換工程中,各項實測指標均達到了控制目標,證實了這一設(shè)計方法的合理性.
關(guān)鍵詞:地鐵;樁梁式;托換結(jié)構(gòu);樁基;設(shè)計方法
在地鐵建設(shè)過程中,地鐵隧道往往不可避免地在現(xiàn)有建筑物下方地基中穿過.當現(xiàn)有建筑物的基礎(chǔ)是樁基時,隧道施工將減弱甚至破壞這些樁基的承載力.為了保護現(xiàn)有建筑物安全,必須在現(xiàn)有建筑物下方設(shè)計建造一個托換結(jié)構(gòu),使建筑物荷載從原樁基安全地轉(zhuǎn)移到新托換結(jié)構(gòu)上.這一托換結(jié)構(gòu)應能承受所托換的全部荷載,并避開隧道施工范圍,確保建筑物在樁基托換施工、隧道施工和地鐵運營期間的安全.雖然在國內(nèi)地鐵建設(shè)中遇到的建筑物樁基托換工程越來越多,但面對這種難度大且以前很少遇到的特種工程,工程技術(shù)人員目前可借鑒的工程實例很少,可參考的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計方法更是缺乏.托換結(jié)構(gòu)設(shè)計成為當前急需解決的問題.
在某些條件下,盡管可考慮設(shè)置樹根樁進行托換或通過注漿改良地基的托換方法[1],但受到地質(zhì)條件、樁基類型、隧道位置和托換荷載等條件的限制,在大部分情況下并不適用.采用樁梁式托換結(jié)構(gòu)對建筑物實施樁基托換,具有結(jié)構(gòu)布置靈活的優(yōu)點,是一種適用性廣、安全性佳的樁基托換技術(shù),被廣泛應用于地鐵建設(shè)過程中的建筑物樁基托換工程.本研究對樁梁式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)進行探討,并提出樁梁式托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念和計算方法.
1 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的概念
樁梁式托換結(jié)構(gòu)是指用于托換建筑物樁基、由若干托換樁和托換梁組成的托換結(jié)構(gòu)體系,典型的樁梁式托換結(jié)構(gòu)立面布置如圖1所示.
托換樁采用鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁或鋼管灌注樁等樁型.托換梁采用鋼筋混凝土梁,為減少撓度變形在托換梁內(nèi)實施預應力張拉,托換梁通過新舊砼交接面與被托換建筑物的結(jié)構(gòu)相連,新舊交接面需承受并傳遞全部的托換荷載.
2 隧道施工通廊的概念
假設(shè)隧道襯砌外徑為ｄ,綜合考慮隧道施工的方位偏差、隧道施工對地基土的擾動和托換樁施工的方位偏差等三方面因素,將隧道襯砌外沿1ｍ定義為隧道施工通廊,即隧道施工通廊的直徑?。?ｄ+2ｍ,托換結(jié)構(gòu)設(shè)計應滿足以下要求:
1) 對于樁身侵入隧道施工通廊范圍內(nèi)的原基礎(chǔ)樁應進行托換,托換荷載取該樁承受的全部荷載;
2) 對于樁端位于隧道施工通廊上方的原基礎(chǔ)樁,應考慮樁的持力層情況、確定該樁是否托換及托換荷載的取值;
3) 新設(shè)的托換樁應該位于隧道施工通廊的范圍以外.
3 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制
3.1 被托換建筑物的變形
被托換建筑物的變形由以下兩部分組成:
1)在托換結(jié)構(gòu)進行施工期間,由于地基土會受到托換樁施工和托換梁基坑施工的擾動,因而樁基產(chǎn)生附加沉降.
2)在原樁基分離施工和隧道施工期間,托換結(jié)構(gòu)承受荷載而產(chǎn)生變形.
在進行樁基托換工程的過程中,樁基附加沉降主要依靠采取有效的施工技術(shù)措施來加以控制,而托換結(jié)構(gòu)的變形則需要通過合理的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計進行十分嚴格的控制.
3.2 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制標準
被托換建筑物的自身變形已在托換前完成,托換過程對建筑物而言是一個二次變形,并且這一過程是在相對短暫的時間內(nèi)完成的.建筑物耐受二次變形的能力,低于新建建筑物耐受自身一次變形的能力,托換結(jié)構(gòu)的變形允許值應小于新建建筑物的變形允許值.綜合考慮托換工程的變形特點和工程經(jīng)驗,建議對樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形實行絕對變形和相對變形雙控制標準:
1) 托換樁樁頂沉降量不宜大于3ｍｍ,托換梁撓度值不應大于5ｍｍ,托換結(jié)構(gòu)豎向變形不宜大于8ｍｍ;
2) 建筑物的相對沉降量不宜大于0.8‰,不應大于1.0‰.
3.3 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制措施
1)結(jié)構(gòu)措施.在現(xiàn)場條件許可的情況下,盡可能減少托換梁跨度、提高托換梁抗彎剛度,并采用嵌巖樁作為托換樁.
2)預應力鋼筋張拉技術(shù).在托換梁內(nèi)采用預應力鋼筋張拉技術(shù),通過張拉預應力鋼筋產(chǎn)生反拱作用來抵消托換結(jié)構(gòu)的部分變形.在對托換梁的預應力鋼筋實施張拉時,上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)客觀存在,下部被托換樁基尚未與托換結(jié)構(gòu)截斷分離,上部結(jié)構(gòu)和下部樁基對托換梁都有一個豎向的約束作用,張拉過程并不是一個自由的反拱過程,而是一個在復雜約束條件下的小變形反拱過程.在這一反拱過程中,實測反拱變形并不大,但已經(jīng)完成了上部結(jié)構(gòu)向托換結(jié)構(gòu)施加部分荷載、被托換樁基向托換樁基轉(zhuǎn)移部分荷載的過程,從而可以減少分離托換樁基時因荷載轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的變形.在進行樁基托換工程的過程中,預應力鋼筋宜采用高強度低松馳的鋼鉸線,鋼鉸線的數(shù)量主要依據(jù)變形控制要求來確載的過程,從而可以減少分離托換樁基時因荷載轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的變形.在進行樁基托換工程的過程中,預應力鋼筋宜采用高強度低松馳的鋼鉸線,鋼鉸線的數(shù)量主要依據(jù)變形控制要求來確定,張拉控制應力應取(0.55～0.70)ｆptk(ｆptk為預應力鋼筋的抗拉強度標準值).
3)樁底注漿技術(shù).為了避免鉆孔灌注樁施工時樁底沉渣造成托換樁的沉降過大,在制作安裝托換樁鋼筋籠時,預埋兩根注漿管,注漿管端部伸至樁底.在注漿管端部500ｍｍ高的范圍內(nèi)預留注漿孔,孔徑為5ｍｍ,孔距為50ｍｍ,采用橡膠薄膜封閉注漿孔和管端孔口.待樁身砼終凝后,采用水泥漿液對樁底可能存在的沉渣進行壓力注漿使之固結(jié),注漿壓力不小于1.0ＭＰａ.
以上變形控制措施能夠很好地控制托換結(jié)構(gòu)的變形,在一般情況下,無需通過千斤頂?shù)捻斏齺硌a償托換變形.
關(guān)鍵詞:地鐵;樁梁式;托換結(jié)構(gòu);樁基;設(shè)計方法
在地鐵建設(shè)過程中,地鐵隧道往往不可避免地在現(xiàn)有建筑物下方地基中穿過.當現(xiàn)有建筑物的基礎(chǔ)是樁基時,隧道施工將減弱甚至破壞這些樁基的承載力.為了保護現(xiàn)有建筑物安全,必須在現(xiàn)有建筑物下方設(shè)計建造一個托換結(jié)構(gòu),使建筑物荷載從原樁基安全地轉(zhuǎn)移到新托換結(jié)構(gòu)上.這一托換結(jié)構(gòu)應能承受所托換的全部荷載,并避開隧道施工范圍,確保建筑物在樁基托換施工、隧道施工和地鐵運營期間的安全.雖然在國內(nèi)地鐵建設(shè)中遇到的建筑物樁基托換工程越來越多,但面對這種難度大且以前很少遇到的特種工程,工程技術(shù)人員目前可借鑒的工程實例很少,可參考的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計方法更是缺乏.托換結(jié)構(gòu)設(shè)計成為當前急需解決的問題.
在某些條件下,盡管可考慮設(shè)置樹根樁進行托換或通過注漿改良地基的托換方法[1],但受到地質(zhì)條件、樁基類型、隧道位置和托換荷載等條件的限制,在大部分情況下并不適用.采用樁梁式托換結(jié)構(gòu)對建筑物實施樁基托換,具有結(jié)構(gòu)布置靈活的優(yōu)點,是一種適用性廣、安全性佳的樁基托換技術(shù),被廣泛應用于地鐵建設(shè)過程中的建筑物樁基托換工程.本研究對樁梁式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)進行探討,并提出樁梁式托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念和計算方法.
1 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的概念
樁梁式托換結(jié)構(gòu)是指用于托換建筑物樁基、由若干托換樁和托換梁組成的托換結(jié)構(gòu)體系,典型的樁梁式托換結(jié)構(gòu)立面布置如圖1所示.
托換樁采用鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁或鋼管灌注樁等樁型.托換梁采用鋼筋混凝土梁,為減少撓度變形在托換梁內(nèi)實施預應力張拉,托換梁通過新舊砼交接面與被托換建筑物的結(jié)構(gòu)相連,新舊交接面需承受并傳遞全部的托換荷載.
2 隧道施工通廊的概念
假設(shè)隧道襯砌外徑為ｄ,綜合考慮隧道施工的方位偏差、隧道施工對地基土的擾動和托換樁施工的方位偏差等三方面因素,將隧道襯砌外沿1ｍ定義為隧道施工通廊,即隧道施工通廊的直徑?。?ｄ+2ｍ,托換結(jié)構(gòu)設(shè)計應滿足以下要求:
1) 對于樁身侵入隧道施工通廊范圍內(nèi)的原基礎(chǔ)樁應進行托換,托換荷載取該樁承受的全部荷載;
2) 對于樁端位于隧道施工通廊上方的原基礎(chǔ)樁,應考慮樁的持力層情況、確定該樁是否托換及托換荷載的取值;
3) 新設(shè)的托換樁應該位于隧道施工通廊的范圍以外.
3 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制
3.1 被托換建筑物的變形
被托換建筑物的變形由以下兩部分組成:
1)在托換結(jié)構(gòu)進行施工期間,由于地基土會受到托換樁施工和托換梁基坑施工的擾動,因而樁基產(chǎn)生附加沉降.
2)在原樁基分離施工和隧道施工期間,托換結(jié)構(gòu)承受荷載而產(chǎn)生變形.
在進行樁基托換工程的過程中,樁基附加沉降主要依靠采取有效的施工技術(shù)措施來加以控制,而托換結(jié)構(gòu)的變形則需要通過合理的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計進行十分嚴格的控制.
3.2 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制標準
被托換建筑物的自身變形已在托換前完成,托換過程對建筑物而言是一個二次變形,并且這一過程是在相對短暫的時間內(nèi)完成的.建筑物耐受二次變形的能力,低于新建建筑物耐受自身一次變形的能力,托換結(jié)構(gòu)的變形允許值應小于新建建筑物的變形允許值.綜合考慮托換工程的變形特點和工程經(jīng)驗,建議對樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形實行絕對變形和相對變形雙控制標準:
1) 托換樁樁頂沉降量不宜大于3ｍｍ,托換梁撓度值不應大于5ｍｍ,托換結(jié)構(gòu)豎向變形不宜大于8ｍｍ;
2) 建筑物的相對沉降量不宜大于0.8‰,不應大于1.0‰.
3.3 樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制措施
1)結(jié)構(gòu)措施.在現(xiàn)場條件許可的情況下,盡可能減少托換梁跨度、提高托換梁抗彎剛度,并采用嵌巖樁作為托換樁.
2)預應力鋼筋張拉技術(shù).在托換梁內(nèi)采用預應力鋼筋張拉技術(shù),通過張拉預應力鋼筋產(chǎn)生反拱作用來抵消托換結(jié)構(gòu)的部分變形.在對托換梁的預應力鋼筋實施張拉時,上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)客觀存在,下部被托換樁基尚未與托換結(jié)構(gòu)截斷分離,上部結(jié)構(gòu)和下部樁基對托換梁都有一個豎向的約束作用,張拉過程并不是一個自由的反拱過程,而是一個在復雜約束條件下的小變形反拱過程.在這一反拱過程中,實測反拱變形并不大,但已經(jīng)完成了上部結(jié)構(gòu)向托換結(jié)構(gòu)施加部分荷載、被托換樁基向托換樁基轉(zhuǎn)移部分荷載的過程,從而可以減少分離托換樁基時因荷載轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的變形.在進行樁基托換工程的過程中,預應力鋼筋宜采用高強度低松馳的鋼鉸線,鋼鉸線的數(shù)量主要依據(jù)變形控制要求來確載的過程,從而可以減少分離托換樁基時因荷載轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的變形.在進行樁基托換工程的過程中,預應力鋼筋宜采用高強度低松馳的鋼鉸線,鋼鉸線的數(shù)量主要依據(jù)變形控制要求來確定,張拉控制應力應取(0.55～0.70)ｆptk(ｆptk為預應力鋼筋的抗拉強度標準值).
3)樁底注漿技術(shù).為了避免鉆孔灌注樁施工時樁底沉渣造成托換樁的沉降過大,在制作安裝托換樁鋼筋籠時,預埋兩根注漿管,注漿管端部伸至樁底.在注漿管端部500ｍｍ高的范圍內(nèi)預留注漿孔,孔徑為5ｍｍ,孔距為50ｍｍ,采用橡膠薄膜封閉注漿孔和管端孔口.待樁身砼終凝后,采用水泥漿液對樁底可能存在的沉渣進行壓力注漿使之固結(jié),注漿壓力不小于1.0ＭＰａ.
以上變形控制措施能夠很好地控制托換結(jié)構(gòu)的變形,在一般情況下,無需通過千斤頂?shù)捻斏齺硌a償托換變形.