盾构穿越房屋采用筏板基础加固受力及变形研究

代 刚

(中铁城市发展投资集团有限公司， 四川成都 610031)

1 工程概况

某盾构隧道施工中穿越9层框架结构建筑，该建筑首层建筑面积约880m2，底层层高4.6m，底层设夹层，院内底层用作车库，层高约2.1m；靠近街道底层现为小商铺。桩基为人工挖孔桩，桩径为φ1200，单桩设计容许承载力3 000 ～4 000kN不等(端承桩)，柱间距为3.5～5m不等，桩与柱的关系为一桩一柱(无地梁)，桩身混凝土为C25，桩长16～28m不等(桩钢筋笼长度为承台下9m，下部为素混凝土)，桩端均深入中风化岩层约2m，其中20根桩不同程度地受到隧道施工影响。

本文根据该段场地岩土工程条件、房屋结构及基础特征、盾构隧道施工特点，拟采用筏板基础加固，并采取数值模拟分析其受力及变形。

2 筏板加固设计

2.1 施工基槽设计

施工筏板需开挖基槽深度约2.5m，考虑基坑较浅，采用150mm厚网喷混凝土护坡，坡率为1∶0.5。

2.2 筏板桩设计

为加强受影响桩基整体性，筏板连接30根原桩基，筏板厚度为1 300mm。施工筏板期间，在筏板上预留间距1m×1m袖阀管，袖阀管竖向深度按深入全风化岩1m控制。筏板施工完毕后，对筏板底部进行注浆，盾构施工过程中，实施跟踪注浆。

2.3 筏板与原桩连接

筏板和原桩、承台的抗剪设计主要通过它们相互之间的咬合、界面处理和植筋实现，即把被托换桩、承台在与托换梁相接触部位表面凿毛，深度宜为10～20mm左右，并进行界面处理；沿被托换桩、承台周围植埋钢筋，钢筋和桩之间的缝隙用强植筋胶充填。

2.4 切桩设计

根据房屋竣工资料，原房屋桩基础钢筋笼长度为承台下9m，下部为素混凝土，即盾构隧道范围内为素混凝土，所以在桩基托换完成后，盾构机到达时，可不停机直接用刀盘切割。

3 数值模拟分析

3.1 计算原则和依据

(1)采用Flac3D有限元通用程序对广州地铁广佛线鹤沙区间广钢九层住宅搂筏板加固进行结构受力及变形分析。

(2)依据《荷载结构设计规范》、《地下铁道设计规范》以及前期收集房屋基础资料建立计算模型。

3.2 结构计算模型、荷载

计算采用地层-结构模式，将筏板、原桩建入模型中，模型中桩基长度按盾构截桩后长度来建模(图1～图3)，考虑原桩基侧摩阻力及筏板下地基反力，桩顶荷载取原桩基承载力设计值。

图1 整体模型三维视图

图2 整体模型正视图

图3 筏板、桩基以及盾构隧道三维视图

3.3 计算工况及数值模拟结果

本次计算主要分两个工况，分别如下：

工况一：初始状态，即盾构未通过，此时原桩产生沉降，筏板不参与受力。

工况二：盾构通过后，原桩上部荷载转换至地层及筏板上。

盾构施工完毕后原桩、筏板观测见图4～图7。

图4 盾构施工完毕后原桩基沉降云图

图5 盾构施工完毕后筏板沉降云图

图6 盾构施工完毕后筏板、原桩沉降云图

图7 盾构施工完毕后筏板应力云图

4 结论

(1)采用筏板加固后，原桩基最大沉降约4.28mm。鉴于柱(桩)间距L在4.3～6.8m之间，根据规范要求，两柱(桩)基的沉降差值应该小于0.002L，即差值在8.6～13.6mm之间，满足规范要求。

(2)筏板最大应力约为1.19MPa，满足受力要求。

(3)施工过程中，尚应采取下列主要措施：①务必保证筏板与旧桩之间接头要牢固：加强植筋施工质量，预留钢筋长度满足规范要求；为了让新旧结构共同协调作用，新旧混凝土界面均要求处理；将旧混凝土表面凿毛，深度宜为10～20mm左右；凿毛后用水清洗干净，在新加结构混凝土浇捣前4h内刷界面处理剂。②加强施工监测。由于桩基托换工程对结构受力和变形有特殊要求，桩基托换工程施工应通过全过程监测，及时反馈，并根据反馈信息及时采取措施。建立以结构设计为指导，现场调控为主体的信息化监测体系。需要制定质量、监测计划，确定质量、监测内容，注意及时整理监测数据，指导施工工艺和施工措施。施工监测的频度根据施工阶段和量值变化的幅度由有关规范、规程确定。监测项目主要包括对建筑物初始状态的观测、筏板与原承台柱间的节点滑移、原桩基及其相邻桩基沉降以及建筑物沉降和建筑物倾斜。③做好相关应急预案。当被托换建筑物出现开裂、倾斜时，应立即停止施工，组织紧急疏散，并做好各项加固措施，同时上报上级主管部门。