樁梁式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用.doc

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1、樁梁式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用摘　要:為了合理地設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)和控制措施.通過(guò)25個(gè)試件的試驗(yàn)研究,證實(shí)新舊混凝土交接面具有明顯的破壞預(yù)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(jì)算公式,進(jìn)而提出了樁梁式托換結(jié)構(gòu)承載力和變形的計(jì)算方法.該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于廣州地鐵一號(hào)線(xiàn)和二號(hào)線(xiàn)的建筑物樁基托換工程中,各項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)均達(dá)到了控制目標(biāo),證實(shí)了這一設(shè)計(jì)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(jì)方法在地鐵建設(shè)過(guò)程中,地鐵隧道往往不可避免地在現(xiàn)有建

2、筑物下方地基中穿過(guò).當(dāng)現(xiàn)有建筑物的基礎(chǔ)是樁基時(shí),隧道施工將減弱甚至破壞這些樁基的承載力.為了保護(hù)現(xiàn)有建筑物安全,必須在現(xiàn)有建筑物下方設(shè)計(jì)建造一個(gè)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(yīng)能承受所托換的全部荷載,并避開(kāi)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(yùn)營(yíng)期間的安全.雖然在國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)中遇到的建筑物樁基托換工程越來(lái)越多,但面對(duì)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(shí)例很少,可參考的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法更是缺乏.托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題.在某些條件下

3、,盡管可考慮設(shè)置樹(shù)根樁進(jìn)行托換或通過(guò)注漿改良地基的托換方法[1],但受到地質(zhì)條件、樁基類(lèi)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(duì)建筑物實(shí)施樁基托換,具有結(jié)構(gòu)布置靈活的優(yōu)點(diǎn),是一種適用性廣、安全性佳的樁基托換技術(shù),被廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)過(guò)程中的建筑物樁基托換工程.本研究對(duì)樁梁式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討,并提出樁梁式托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念和計(jì)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.

4、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(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉,托換梁通過(guò)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(duì)地基土的擾動(dòng)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取Ｄ=ｄ+2ｍ,托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:1)對(duì)于樁身侵入隧道施工通廊范圍內(nèi)的原基礎(chǔ)樁應(yīng)進(jìn)行托換,托換荷載取該樁承受的全部荷載;2)對(duì)于樁端

5、位于隧道施工通廊上方的原基礎(chǔ)樁,應(yīng)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(yīng)該位于隧道施工通廊的范圍以外.53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(jìn)行施工期間,由于地基土?xí)艿酵袚Q樁施工和托換梁基坑施工的擾動(dòng),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(jìn)行樁基托換工程的過(guò)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(lái)加以控制,而托換結(jié)構(gòu)的變形則需要通過(guò)合理的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行十分嚴(yán)格的控

6、制.3.2樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)被托換建筑物的自身變形已在托換前完成,托換過(guò)程對(duì)建筑物而言是一個(gè)二次變形,并且這一過(guò)程是在相對(duì)短暫的時(shí)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(yīng)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(diǎn)和工程經(jīng)驗(yàn),建議對(duì)樁梁式托換結(jié)構(gòu)的變形實(shí)行絕對(duì)變形和相對(duì)變形雙控制標(biāo)準(zhǔn):1)托換樁樁頂沉降量不宜大于3ｍｍ,托換梁撓度值不應(yīng)大于5ｍｍ,托換結(jié)構(gòu)最大豎向變形不宜大于8ｍｍ;2)建筑物的最大相對(duì)沉降量不宜大于0.8‰,不應(yīng)大于1.0‰.3.

7、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(chǎng)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(yù)應(yīng)力鋼筋張拉技術(shù).在托換梁內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉技術(shù),通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生反拱作用來(lái)抵消托換結(jié)構(gòu)的部分變形.在對(duì)托換梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋實(shí)施張拉時(shí),上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)客觀(guān)存在,下部被托換樁基尚未與托換結(jié)構(gòu)截?cái)喾蛛x,上部結(jié)構(gòu)和下部樁基對(duì)托換梁都有一個(gè)豎向的約束作用,張拉過(guò)程并不是一個(gè)自由的反拱過(guò)程,而是一個(gè)在復(fù)雜約束條件下的小變形反拱過(guò)程.在這一反拱過(guò)程中,實(shí)測(cè)反拱變形并不大,但已經(jīng)完成了上部結(jié)構(gòu)向托

8、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(guò)程,從而可以減少分離托換樁基時(shí)因荷載轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的變形.在進(jìn)行樁基托換工程的過(guò)程中,預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用高強(qiáng)度低松馳的鋼鉸線(xiàn),鋼鉸線(xiàn)的數(shù)量主要依據(jù)變形控制要求來(lái)確定,張拉控制應(yīng)力應(yīng)取(0.55～0.70)ｆptk(ｆptk為預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉