軌道工程盾構施工遇樁基礎進行托換設計分析

鄭 大 葉

(東莞市建筑科學研究所，廣東 東莞 523000)

0 引言

近年來，我國城市地鐵建設突飛猛進，拓展了建設空間的利用，帶動了建設行業的發展，在地鐵建設中遇到的工程問題也是十分繁雜。

1 工程概況

某軌道盾構工程隧道施工需穿越原有灌注樁基礎，需對樁基進行托換，原有樁樁徑1.5 m，樁長約18.5 m，其樁底侵入隧道1.45 m。最初設計擬采用常規地下洞內托換方案：依次施工豎井→豎井底水平通道→通道2根人工挖孔樁→托換梁(托換梁和被托換樁采用植筋連接)→切除侵入地鐵隧道范圍的既有樁端部。該方案工程風險大，施工復雜，經對場地周邊環境和地質條件分析后，決定采用天然地基淺基礎+鋼管樁基礎進行托換，將既有樁(樁端切除)剩余部分保留，使其樁側摩擦繼續發揮作用。地質情況分布：填土層、粉質粘土、全～中風化石英砂巖。

2 樁基托換

2.1 設計方案

擴大原樁基承臺(在擴充區提前施工鋼管樁)→施工圓形豎井→豎井底水平通道→截除原有樁樁底侵入隧道部分并回填素混凝土。

2.2 基礎設計計算

按以上設計方案，分析計算如下：

1)原有樁基受荷計算。依據相關設計文件可知原有樁基承載大小為：P設計值=7 700 kN。

2)鋼管樁設置數量計算。本工程場地單根鋼管樁承載力特征值可達到450 kN，7 700÷450=17.1根，實際設置18根。

3)原有樁的沉降計算。樁的沉降按施工過程分成四個步驟進行計算：

第一步：原有樁未鑿樁前，施工鋼管樁及樁基礎承臺。在此過程中，上部結構荷載仍全部由原有樁承受，新設基礎的沉降為0。

第二步：施工圓形豎井、橫向通道引發地下水下降，原有樁負摩擦引起的沉降。

φ1.5 m樁樁側負摩擦阻力為(樁側各土層摩阻力特征值的平均值取35 kPa)：

3.14×1.5×(20-3)×35=2 803 kN。

樁基沉降S據文獻[2]來進行計算，方法如下：

第三步：原有樁鑿樁后，由新設鋼管樁承受上部荷載。

分不考慮原有樁側摩阻力和考慮原有樁側摩阻力2種情況，按上述樁基沉降公式分別計算鋼管樁沉降S1=3 mm,S2=2 mm。

第四步：地鐵盾構開挖引起樁的沉降計算分析。

其巖土層的物理力學參數如表1所示。

a.隧道開挖上覆巖土層穩定性計算分析。

隧道開挖上覆巖土層穩定系數k據文獻[3]來進行計算(按立體4個受力面考慮)，方法如下：

即：

表1 各土層參數選取值

b.隧道開挖上覆巖土層剪切變形計算分析。

設隧道埋深H(承臺底至隧道結構頂面距離，本例中取15.3 m)，則隧道開挖極限塌落高度Z由下式求得：

其中，n為隧道上覆巖土層的條分數；m為隧道上覆巖土層中極限塌落高度范圍的條分數。

取k=1.0，則：

求得：Z=1.24 m。

隧道開挖引起上覆巖土層下沉(距隧道結構頂上方約為1.24 m范圍內的巖土層)，即剪切變形(下沉量)：

因為只是距隧道結構頂上方約為1.24 m范圍內的巖土層會沉降，其他范圍內的巖土層不會沉降，所以該局部沉降量不會對周邊建(構)筑物造成不利的影響。

c.新設鋼管樁基礎最終沉降。

按上述第一步～第四步計算的鋼管樁樁基礎的總沉降量約為13 mm，在規范允許的變形范圍內。

4)鋼管樁基礎沖切承載力驗算、基礎承臺斜截面的受剪承載力驗算按《建筑樁基技術規范》相關公式進行驗算，均能滿足要求。

3 結語

從以上計算分析可知，該軌道盾構工程隧道穿越既有樁基進行的托換方案(采用鋼管樁基礎結合+天然淺基+原樁基礎承載托換方案)是安全可行的，大大降低了工程風險，本工程已順利完工，各項監測結果表明樁基托換優化設計是成功的。