湿陷性黄土隧道桩基托换应用及潜在问题思考

李世伟 张长浩

（1．长安大学建筑工程学院，陕西，西安，710061；2.长安大学理学院，陕西，西安，710064）

湿陷性黄土隧道桩基托换应用及潜在问题思考

李世伟1张长浩2

（1．长安大学建筑工程学院，陕西，西安，710061；2.长安大学理学院，陕西，西安，710064）

本文以西安地铁建设的工程实例为依据，简要介绍该工程的桩基托换技术应用，并对关键技术做了阐述，对桩基托换后结构的地震响应等后续问题作了进一步的思考，为以后的科研工作提供一些参考。

地铁；桩基托换；托换梁

0 前言

随着城市公共交通压力的增大，在城市中心区修建地铁以改善交通越来越必要。然而，该区域内的房屋建筑普遍较为密集。因此，在地铁线路选线时要求避开所有建筑物显然不太现实。如何做到既让隧道施工顺利进行，又不对建筑物自身安全造成威胁？有效的加固或托换措施能达到上述两个目标。桩基托换技术是解决城市建设施工难题的一种重要手段，是一项全新的高度综合性技术，我国地铁建设的快速发展促进了这项技术的应用和完善。

一、西安地铁․号线概况

西安地处我国西北地区，土质以湿陷性黄土为主。本文以西安地铁․号线在某商厦遇到盾构穿越结构基础工程难题为依托，通过借鉴国内外经验和紧密结合西安市自身土质特点，摒弃工期长、造价高、风险大的传统做法，提出地基加固和桩基托换施工方案。西安市城市快速轨道交通二号线工程贯穿城市南北中轴线，全长26.3km，地下线长19.9km，占线路总长度的80﹪，敞开段0.45km，高架线长4.9km，过渡段1.4km，全线共设21座车站,其中4座高架站、17座地下站,5座车站分别与其它轨道交通线换乘。

二、工程沿线水文地质概况

西安地铁․号线沿线自北向南依次通过渭河冲积平原、黄土梁洼、潏河冲积平原三个次级地貌单元 。本文所选标段沿线及低阶地表层为第四系全新统人工填筑土，其下为第四系全新统冲、洪积的黄土状土、砂类土、粉质粘土及粉土，高阶地上部地层为第四系上更新统风积黄土及残积古土壤，下部为中、上更新统冲积粉质粘土及砂类土；线路中部大段落位于黄土梁洼区，上部为上、中更新统风积黄土及残积古土壤，下部为中更新统冲积粉质粘土及砂类土。

工程线路由于受走向及最小半径(Rmin=300m)等约束条件的限制，必须从某商业大厦的裙楼下穿过（如图一所示），由此产生桩基托换问题。商业大厦的主楼26层，裙楼10层，地下室3层，为框梁－剪力墙结构，基础为独立桩基端承桩。桩端持力层(强风化层)承载力标准值2700Kpa，桩身直径最大为2000的人工挖孔桩(C25)，根据楼层估算托换桩最大设计轴力约21000KN。

图1 地铁隧道穿越商业大厦简单示意图

三、托换方案及关键技术

为了满足结构的承载力、稳定性和沉降要求，对该建筑物采取钻孔桩+托换梁的方案，并探究‚地基加固+托换施工‛的成套技术。由于受到作业空间的限制，托换梁—托换桩方案采用人工挖孔桩和钢筋混凝土托换梁。本工程的关键技术有：新旧混凝土界面处理、托换梁的施工以及预顶与截桩等。

为了保证新的结构和原有结构共同作用，针对新旧混凝土的界面处理，一般工程采用的是凿毛处理，本工程采用‚钢筋混凝土包柱式梁托换结构‛技术，即通过采用托换梁与结构柱之间的新旧混凝土界面连接技术，使托换结构与原结构牢固地连接在一起并共同工作，而不需要在结构柱上打孔，防止造成结构损伤。

托换梁是桩基托换施工中最关键的结构，其设计必须满足承载力要求，施工必须满足质量要求，通过设计和施工两方面的控制解决托换体系的重点和难点。梁—柱接头强度问题是梁抱柱桩基托换工程的关键技术。本工程通过缩尺试验和有限元数值模拟，确定采用企口+锚筋+预应力作为实际托换梁—柱接头形式。托换方案本工程采用主动托换体系。

预顶是托换工程中体系转换时最为关键的环节，因此在进行预顶前必须进行方案的论证，制定详细的施工参数和步骤，保证体系转换一次成型。预顶是在托换梁混凝土强度达到要求之后进行，目的是抵消托换桩的变形和大梁的挠度，检验托换体系的承载能力，以便顺利完成体系的转换。

四、对桩基托换的深层次思考

虽然我国桩基托换技术不断进步和发展，但是依然存在不少问题，可以从以下几个方面入手做深层次的研究：

1、虽然桩基托换技术解决了盾构穿越结构基础工程的难题，但是目前对该技术的研究主要集中在施工方法应用方面，很少研究托换机理，例如托换结构体系荷载转移规律等问题缺乏研究。实际项目的设计施工常常是经验论，缺乏足够的技术和理论支持。

2、通过桩基托换完成体系转换以后，长期的列车动荷载对新旧混凝土接触面的激励效应现在还没有进行深入的研究；桩基托换对整体结构的刚度影响有多大以及在地震荷载作用下的动力响应需要做分析并与原结构作对比，确定托换后的整体结构抗震性能。

3、桩基托换必然涉及基坑开挖和隧道盾构穿越，这两项施工活动对于托换结构会产生次应力，导致托换的效果减弱，如何定性定量的研究这方面的影响值得做深入研究。

五、结语

我国在桩基托换技术上的应用已经走在了世界的前列，但是实际工程设计的理论上依然欠缺，工程走在理论之前是我国土木工程领域的现实，为我国广大的科研人员进行科研创新提供了很好机遇，我国土木工程研究将迎来发展的新时期。

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TU972

A

1674-3954（2011）02-0128-01

李世伟（1988-），男，汉族，山东滕州人，长安大学建筑工程学院硕士，从事结构工程的相关研究