基础托换结合结构托换技术的运用

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摘要：地铁隧道下穿房屋基础时，较常用的托换技术是基础托换和地基加固，很少对上部结构进行处理。实际上，若同时考虑采用结构托换技术，即对原有建筑的承重结构采用改变受力体系的方法进行改造，再结合基础托换和地基加固，往往能更好地解决诸如场地限制、管线限制、减小基坑开挖规模等问题，并能更有效地实现托换目的。

关键词：地铁、基础托换、结构托换

前言:跟随中央拉动经济的大步伐，全国掀起了新一轮轨道交通建设热潮，同时，随着城市公共交通压力的增大，在城市中心区修建地铁来改善交通，亦成为首选出路。然而，城市中心区内房屋建筑、高架桥梁等建筑物密集，地铁区间隧道在空间位置上必然会与这些建筑物形成矛盾。

对此，主要有三种解决方案，即拆除建筑物让通道给轨道、线路选线时避开建筑物、对建筑物进行加固托换使轨道穿越。要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，同时，由于各种原因，建筑物不可以拆除，此时，必须根据隧道和建筑物的具体情况，采用必要的、有效的加固或托换技术，确保隧道顺利掘进和建筑物的安全。

轨道交通下穿建筑物时，较常用的托换技术是基础托换和地基加固。该技术主要是对地下隧道穿过需切断的楼房桩基，先在其承台附近采用梁式转换层将此部份桩基承受的上部荷载传递到隧道外侧的新建桩基础上，由托换梁+新加桩组成的托换结构体系代替。同时为了确保被托换楼房在断桩和隧道通过后不产生开裂、倾斜等破坏，采取托换梁预应力张拉、千斤顶预顶、桩底注浆等技术。

托换途径除处理地基和加固基础外，尚可考虑减少荷载、改变荷载分布和传递以及加强上部结构和基础刚度等措施，以改变和调整基底压力分布，减小建筑物差异沉降，即采用结构托换技术，对原有建筑的承重结构采用改变受力体系的方法进行改造，再结合基础托换和地基加固，实现托换的目的。

本文就基础托换结合结构托换技术在某工程中的具体应用进行介绍，以期在类似建设工程中推广应用。

1工程概况

深圳地铁5号线某地下段，设计为矿山法暗挖隧道，隧道经过南城百货段设计为重叠隧道，长约78m，隧道沿东晓路呈东西走向，从南城百货商厦地下室东侧2根柱旁、7根柱正下方穿过（图1-1）。

图1-1

南城百货商厦位于深圳罗湖区东晓路与太安路交叉口，于2002年建成，为一幢以地上2层为主、部分3层的钢筋混凝土框架结构，地下室一层为车库。其承力柱主要以柱网格状分布，基础为柱下独立扩大基础加条基为主，局部为条型基础，位于第四系坡积层中。百货商厦正在经营中，人流量较大，不能拆除，且室外管线密布、无施工场地。隧道穿越南城百货商厦柱位的柱荷载需托换转移，以确保隧道施工及施工完成后楼房的安全，必须进行托换加固处理。

南城百货商厦场地上覆第四系人工素填土、坡积粘土、粉质粘土、残积砂质粘性土，下伏基岩为震旦系全-微风化混合岩，隧道结构范围内主要为残积砂质粘性土和全-强风化岩，结构松散，综合围岩分级为Ⅴ~Ⅵ级。地下水类型主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于强-中风化岩层中，略具承压性，水量一般。雨季期间受大地雨水补给，地下水位为-2.1m。

2 托换方案设计

2.1托换思路

根据本工程特性，若采用常规的桩梁托换，对影响范围内的基础在柱脚下施做大尺寸转换梁，把上部荷载转换至托换桩上，以实现托换的目的，但由于本商厦有一层地下室，若采用此法需要在房屋内外开挖很大规模的基坑，以便托换梁的施工，而本商厦正在经营中，周边人流量大，室外管线密布，室外不允许进行基坑开挖，无法提供相应的施工场地，因此需另外寻找解决方案。

通过对本房屋结构的详细分析，若在地下室层内进行结构改造，将影响范围内的柱荷载进行转移，既将A轴柱上部结构荷载通过大刚度梁柱托换体系转移至新增托换柱上，新做托换梁、柱与加固后的原结构框架形成整体共同受力，新托换柱下新增锚杆静压钢管桩作为托换桩。通过以上结构托换技术，将托换体系由基础面以下转移至地下室层内，这就避免了大规模的基坑开挖，既不影响商厦经营，又解决了室外施工场地、管线等限制条件。

为减小托换引起的房屋变形、沉降，采用主动托换体系，确保在隧道开挖过程中及开挖过后房屋的变形能控制在很小的范围内。主动托换技术是指原基础在卸载以前，对新桩和托换体系施加荷载，从而部分消除被托换体系长期变形的时空效应，将上部的荷载和变形运用顶升装置加以动态的控制。

2.2 托换方案

依据以上托换思路分析，本工程采用梁式主动托换形式进行加固处理，对地下室层内结构进行改造，使上部荷载按照预定路径进行转移，实现托换的目的。加固前对托换区域做旋喷桩，既对局部地基受扰动区域进行主动加固，同时在托换体系施工时形成止水帷幕。

本房屋A轴柱荷载需要进行托换，在A轴和2/C轴之间设置托换柱、托换桩（如图2-1），托换桩为微型嵌岩钢管桩，托换桩的桩底标高要求在隧道底以下不小于1m；对A轴、2/C轴、1/G轴上原结构框架的梁、柱加大截面进行加固（如图2-2），并在A轴和2/C轴之间设置斜撑，共同形成荷载转换体系（如图2-3），使A轴柱上部结构荷载

图2-1

图2-2

图2-3

传递至新增托换柱、托换桩上。由于以上荷载转换体系将改变原结构框架的荷载分布，因此需要对原结构梁、柱进行加固。对原结构基础，部分进行锚杆静压桩加固，部分进行旋喷桩或袖阀管注浆加固。

对以上托换体系，建模分析首层梁弹性挠度，结果如图2-4所示，由结果可知，托换后首层梁弹性挠度基本小于3mm，变形量较小。

图2-4 首层梁弹性挠度

2.3 施工步骤

（1）施工前准备：首先需进行现场放线、定位、探槽工作，以确定托换梁、托换柱、托换桩与既有结构的空间关系，检查托换体系尺寸是否合适，验算桩顶标高等；

（2）旋喷桩施工，做好地基加固及止水帷幕；

（3）对2/G轴锚杆静压桩（含引导孔）加固；

（4）在A~2/C轴之间施做嵌岩钢管桩；

（5）混凝土地板切割与清理，并施做新托换承台（预留预顶压桩孔）；

（6）新做托换柱、斜撑和托换梁以及旧结构加固；

（7）托换预顶，封桩头，地板修复；

（8）袖阀管注浆，地面防水修复；

（9）隧道开挖，监测房屋沉降、开裂；

3 施工监测

3.1监测的必要性

由于力的转移，新的托换结构必将产生一定的变形，包括桩的沉降和转换梁的挠度变形，会产生不均匀沉降，这些沉降差应得到有效的控制，以避免上部结构开裂或倾斜，这是变形问题，也是托换工程面临的最大问题，因此在托换施工期间、隧道开挖期间、隧道施工完成以后均应进行施工监测，及时掌控建筑物变形情况。

3.2施工监测内容

在托换期间，需对下列项目进行监测：建筑物沉降、倾斜和裂缝；基础的沉降变形；托换梁的轴向变形、反拱挠度和裂缝；地下水位；新增基础、原基础的沉降观测。

在隧道开挖期间，需对建筑物沉降、地面沉降变形进行监测。

在完成隧道施工以后，在一定时间内需对建筑物沉降进行监测。

3.3施工监测效益

通过全面的监测结果和托换梁的外观检查结果分析，本托换工程的施工质量与设计应力符合，安全度较高，桩的最大沉降量和最大相对沉降量都得到了有效控制，托换梁、托换柱结构完好无损，更没有发生倾斜现象。

4结语

1)在地铁施工中，隧道穿越建筑物基础，对建筑物基础先期进行托换处理实现力系转换，确保隧道施工及建筑物安全是可行的。

2) 托换途径除处理地基和加固基础外，尚可考虑减少荷载、改变荷载分布和传递以及加强上部结构和基础刚度等措施，以改变和调整基底压力分布，减小建筑物差异沉降，即采用结构托换技术，对原有建筑的承重结构采用改变受力体系的方法进行改造。

3)基础托换和结构托换有效结合，特别是对于有地下室的基础托换，可避免大规模基坑开挖，有效降低托换施工难度、解决托换施工场地限制、管线限制等问题，并且可起到更有效率的托换效果。

4)采用主动托换体系可有效减小房屋沉降，同时，结合施工监测，及时掌控建筑物变形情况。

5)托换工程经济效果明显，与拆除重建相比，不仅可直接节省较多费用，同时可保证建筑物的服务功能，经济效益、社会效益均较明显。

参考文献：

[1] GB50157 2003，地铁设计规范；

[2] GB50010 2002，混凝土结构设计规范；

[3] GB50007 2002，建筑地基基础设计规范；

[4] JGJ123 2000，既有建筑地基基础加固技术规范；

[5] 谷伟平，李国雄 广州地铁一号线基础托换工程的理论分析与设计. 岩土工程学报，2000，22( 1)：95~100；

[6] 甘屹对建筑结构托换技术的探讨. 山西建筑，2008，34(15)：127-128；

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