[广东]地铁代表性桩基托换工程技术详解57页（PPT 图文并茂）

1、2022/7/22-1-XX地铁百货广场桩基托换工程 2022/7/22-2-桩基托换国内外现状序号 项 目代表性工程XX地铁日本京都地铁广州地铁1 托换桩轴力5850kN 2000 kN18900 kN2托换桩直径800mm2000mm3最大顶升值0.68mm3.5mm1mm4最大沉降值3.2mm8.5mm3mm 国内外桩基托换工程不乏先例，经查询国内外相关期刊杂志、技术资料和科技情报检索，美国、英国、维也纳、意大利、日本东京和我国的地铁、城市隧道建设都曾遇到桩基托换问题，其中较有代表性的有日本京都地铁车站和广州地铁桩基托换。 2022/7/22-3-工程概况2022/7/22-4-2022

2、/7/22-5-2022/7/22-6-2022/7/22-7-XX地铁一期工程由于地铁车站站位的规划要求，区间隧道线位从华中酒店、百货广场、广深铁路桥、人民桥等四座建（构）筑物下穿过，需要对影响桩基进行托换。其中，百货广场桩基托换最具代表性，托换高层建筑地上22层、地下3层，需要托换桩基6根，被托换桩基最大承重柱轴力1890吨，托换期间最小也超过8000吨，是目前世界上托换建筑层数最多、单桩托换荷载最大的工程，是极其复杂、极具挑战性的工程，受到国内工程界的极大关注。 工 程 概 况2022/7/22-8-百货广场桩基托换截桩2022/7/22-9-工 程 概 况2022/7/22-10-新桩

3、托换大梁22层百货大楼千斤顶重叠隧道百货广场桩基托换示意图工 程 概 况2022/7/22-11-2022/7/22-12-2022/7/22-13-2022/7/22-14-2022/7/22-15-2022/7/22-16-2022/7/22-17-2022/7/22-18-柱齿槽+锚筋+预应力梁柱节点安全、无滑移XX地铁一期工程的亮点2022/7/22-19-预应力钢筋混凝土大梁预应力托换梁刚度大、强度高XX地铁一期工程的亮点2022/7/22-20-托换大梁XX地铁一期工程的亮点2022/7/22-21-千斤顶设置安全支垫位移控制精度 为0.1mm托换新桩与托换梁节点XX地铁一期工程的

4、亮点2022/7/22-22-2022/7/22-23-按设计轴力分20级顶升而后卸载至40%设计轴力，分步截桩托换梁顶升与截桩XX地铁一期工程的亮点2022/7/22-24-被托换桩XX地铁一期工程的亮点2022/7/22-25-桩基托换主要设计思路及设计难点桩基托换的关键是荷载转换和变形控制，二者构成了桩基托换的核心；按照变形控制程度的不同，托换实施方案可以分为主动托换和被动托换两种形式。2022/7/22-26-主动托换托换桩切除之前对新桩和托换结构施加荷载，使需要托换的柱在上顶力的作用下，随托换大梁一起上升，通过预加载消除部分新桩和托换结构的变形，使托换桩和结构的变形可以控制在较小的范

5、围。因此主动托换的变形控制具有主动性；主动托换适用于托换建筑物托换荷载大、变形控制要求严格，需要通过主动的变形调节来保证变形要求。2022/7/22-27-被动托换依靠托换结构自身的截面刚度，在托换结构完成后将托换桩切除，直接将上部荷载通过托换梁传递到新桩，而不采取其它调节变形的措施。上部建筑物的沉降由托换结构承受变形的能力决定，变形不具有控制性；被动托换适用于托换建筑物托换荷载小、变形控制要求不甚严格。 2022/7/22-28-桩基托换风险控制识别托换风险因子 托换结构变形控制托换大梁与柱节点抗滑移托换大梁的预应力结构体系及徐变影响托换新桩与既有托换桩的近接影响暗挖隧道对托换结构影响202

6、2/7/22-29-托换方案的确定百货广场、桩基托换与暗挖隧道的相互关系托换柱编号TZ77TZ59TZ58TZ39TZ38TZ24托换桩直径(m)1.82.02.02.01.81.8托换梁跨度(m)9.911.711.210.59.310.1隧道与托换新桩距离mm 150500390560200200隧道与底板最小距离mm约1500百货广场地下室净高mm30002022/7/22-30-托换梁设置位置选择将托换梁置于地下三层底板上和置于底板下两个方案，但因底板下方案在地下洞室内操作，施工技术复杂、操作难度大而放弃，最终选择了将托换梁置于地下三层底板上的方案。利用百货广场地下三层空间放置托换梁。

7、施工操作方便，监测易操作，新旧结构连接措施易于保证，托换技术难度相对减小；但将永久占用部分地下室空间。2022/7/22-31-托换方案的确定考虑托换桩的轴力较大，变形要求高，托换梁受地下室空间限制，如采用被动托换将难以控制托换结构及百货广场建筑物的变形；因此选择了主动托换方案。2022/7/22-32-托换施工工序的确定施作新桩，（挡水帷幕、成孔、灌注新桩）。施筑托换梁及梁柱节点（梁内施加预应力）。桩顶与托换梁之间分级逐步预加顶力，完成力的转换和桩的初步沉降变形，然后在托换梁与托换新桩之间设置支架。分级逐步切除旧桩，控制沉降值，直至旧桩全部切除；此时需要保留千斤顶顶升的可操作性。暗挖隧道施工

8、的每一循环中，控制沉降、变形值，直至暗挖隧道施工完成。拆除千斤顶、连接托换梁与新桩间，形成整体结构，完成托换。2022/7/22-33-桩基托换变形控制确定合理的柱端变形值，保持柱端变形始终控制在允许的顶升量和沉降量范围之内；利用结构受力与变形的关系，拟定变形警戒值，主动调控托换梁的受力；加强施工监控，信息化施工，是托换结构安全可靠的关键。 2022/7/22-34-上部结构变形控制依据建筑地基基础设计规范明确规定了框架柱端沉降差混凝土结构设计规范明确规定了结构构件的允许裂缝宽度和挠度值。钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程明确规定了高层建筑的水平变形、层间位移、总位移、倾斜值也有。2022/

9、7/22-35-有限元计算有限元软件的选用；确定边界条件；使用荷载的确定（施工期间不计地震） ，托换梁刚度计算托换施工和使用工况 48 种荷载组合进行计算。2022/7/22-36-三维有限元计算模型 2022/7/22-37-托换结构与上部结构共同作用时的变形和内力柱端下沉对本柱和邻柱轴力影响节点号（柱号）8(3)11(4)16(7)17(8)22(11)23(12)平衡下沉位移值(mm)1.661.712.482.581.742.99下沉后轴力值(KN)9920102601136011950520013160柱端原始轴力(KN)1190012400155001650011500189002

10、022/7/22-38-柱端下沉3mm时轴力的变化 下沉柱影响柱原始轴力（KN）影响后轴力（KN）3412400133008165001800043119001295078165001690012189002292083119001370071550015700111218900199702022/7/22-39-反顶 1mm 时柱轴力的变化本柱轴力受影响柱反顶柱反顶前反顶后柱号反顶前反顶后3119001343041240012020816500157004124001411031190011480715500177008165001638012189001799081650018800311

11、9001078071550014300111150016100121890017700121890021370715500143601111500103002022/7/22-40-其它影响变形的风险因素梁柱节点滑移；千斤顶拆除时压力接触点的材料局部弹性压缩变形；托换新桩变形；托换梁予应力钢筋的松弛；托换梁受力钢筋与混凝土间的粘结滑移；混凝土徐变；暗挖隧道通过时地基变形。 2022/7/22-41-变形控制值的确定根据托换柱弹性变形的理论值，计入影响变形的不利因素，并本着从严控制的原则，确定各托换柱下沉3mm作为最大位移控制值；根据托换柱的竖向移动刚度，因此上顶值控制在1mm以内。2022/7

12、/22-42-变形控制值下各柱最大控制内力柱号MmaxNmaxQmax1-2平面1-3平面1-2平面1-3平面342894113700-270-4604-55821514110330-46.9729198219800-145-4738281-2891880013014411143094.616100-729-50.112305666199501523232022/7/22-43-托换大梁设计托换梁采用尺寸为高2200mm，宽3200mm。计算采用专用结构计算。并采用纵横预应力设计。采用空间结构分析软件对托换柱连接处单独分析。2022/7/22-44-托换梁纵向预应力钢束布置图2022/7/22

13、-45- 托换梁横向预应力钢束布置图 2022/7/22-46-托换梁普通钢筋布置图2022/7/22-47-新桩与既有建筑物桩基影响托换新桩施工引起地层扰动，削弱既有桩基承载力，增大桩基变形；托换新桩施工造成地下水流失，造成桩基沉降2022/7/22-48-重叠隧道施工对托换新桩的影响 新桩不对称单侧最大轴力可以达到1375吨隧道断面高度大，多次扰动土体，引起桩周摩阻力削弱；隧道距离托换新桩及既有桩距离小（150mm560mm），开挖时将释放托换桩侧向抗力，使托换桩内力多次转换，托换桩侧向变形增大；隧道开挖后，由于地下水的流失，造成桩基沉降等 2022/7/22-49-重叠隧道设计施工对策及

14、措施采用短进尺、强支护，减小土层扰动通过桩基托换段的重叠隧道采用了500mm密排钢格栅，开挖进尺不大于2m的短进尺；采用仰拱及时封闭、钢支撑及时架设，加强对托换新桩的侧向约束；采用超前注浆，减小地下水的流失隧道开挖前须对地层进行超前注浆堵水，2022/7/22-50-托换梁与新桩节点 托换梁要满足500吨级千斤顶的局部承压要求；千斤顶应具有自锁装置；托换施工过程节点应设置安全支垫，实现千斤顶的维修、拆除等；托换千斤顶顶升、安全支垫的升降均要满足0.1mm的位移控制精度。托换梁内预留了连接新桩的钢筋，浇筑混凝土，形成固接。 2022/7/22-51-托换梁与柱节点设计 新旧混凝土之间的企口咬合力

15、及抗剪销拴所组成托换柱梁间新旧混凝土摩阻力结点抗剪力理论计算主要按企口、预应力提供摩阻抗力、销栓筋三部分进行。图1.4-15梁柱企口构造2022/7/22-52-科 研 验 证 科研理论分析研究科研模型试验研究 分别进行了室内1/4模型试验和现场1/4、1/2模型试验，科研模型试验对节点抗滑移能力、托换施工工序进行了进一步的验证 。2022/7/22-53-室内1/4模型试验结论室内1/4模型试验表明托换梁柱节点采用企口、植筋及施加预应力的综合处理措施，满足桩基托换受力要求，并具有较大的安全系数。2022/7/22-54-现场1/4及1/2模型试验结论1/2梁柱接头与1/4梁柱接头抗剪试验的结果吻合，表明采用企口+锚筋+预应力的接头方案，接头初始滑移安全系数1.8；试验结果表明，在弯剪的共同作用下接头初始滑移安全系数为1.8；预应力托换大梁的开裂安全系数为1.5；托换大梁两端千斤顶与大梁接触处梁体的局部受顶升荷载带来的超压也是安全的。2022/7/22-55-信息化设计与施工要求信息化设计与施工的监控量测控制标准信息化设计与施工的监控量测控制项目被托换柱及相邻柱监测托换建筑物梁板应力监测建筑物沉降和建筑物倾斜监测施工现场测试2022/7/22-56-桩基托换取得的