李華超

(中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 襄陽 441000)

1 托換技術(shù)簡介

托換技術(shù)，就是通過加固或增設(shè)構(gòu)件等措施改變原結(jié)構(gòu)傳力途徑或增強原結(jié)構(gòu)承載力的改造加固技術(shù)。托換包括臨時托換和永久托換。對既有建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)進行加固或重新設(shè)置基礎(chǔ)所采取的托換技術(shù)措施稱為基礎(chǔ)托換[1]。

按照施工方法，地基基礎(chǔ)加固分為：樁類加固、注漿加固、擴大基礎(chǔ)加固[2]。地基基礎(chǔ)托換，當建筑物基礎(chǔ)承載力不足時，可采用擴大截面法托換[3]。

地基結(jié)構(gòu)的承載力不符合設(shè)計要求或地基面積不足，采取增加基坑底部面積方式來有效減少基坑內(nèi)部的附加應(yīng)力，從而有效降低地基沉降概率[4]。具體方法是采用混凝土加大基礎(chǔ)底面積法[5]，可沿基礎(chǔ)單向雙向加寬、豎向加深，來滿足基底的承載能力。在一部分被托換后才可開始另一部分的托換工作，托換范圍由小到大，逐步擴大。

2 擋墻背景介紹

某高架橋匝道設(shè)計與主橋并列布置，橋頭路堤段設(shè)計為擋土墻路基，匝道與路基間距2.5m。設(shè)計擋墻結(jié)構(gòu)形式為重力式混凝土擋墻，擋墻長度5m、高度6m、基底寬度2.6m、埋深1.95m?；淄临|(zhì)為粉土層，粉土層地基承載力特征值為160kPa，擋土墻地基設(shè)計承載力250kPa，設(shè)計擋墻基底換填砂礫石厚度100cm?？⒐ねㄜ嚭髶鯄Y(jié)構(gòu)發(fā)生沉降，造成擋墻與護欄間開裂，護欄底座懸空，最大懸空量50mm。需要采取有效整治措施阻止擋墻繼續(xù)位移，對擋墻及防撞護欄進行修復。

針對擋墻出現(xiàn)的下沉現(xiàn)象，檢測單位對此擋墻結(jié)構(gòu)進行檢測后發(fā)現(xiàn)擋墻基底實際換填厚度為60cm，小于設(shè)計厚度100cm。因為基底承載力不足原因造成擋墻下沉，擋墻與防撞護欄之間開裂。整治施工原則，在不影響既有道路運營的前提下進行擋墻整治施工。整治施工方案采用托換技術(shù)對擋墻基底換填結(jié)構(gòu)進行混凝土托換加強處理。現(xiàn)將托換施工方法做如下介紹。

3 施工流程

擋墻基底托換施工包含數(shù)據(jù)采集、技術(shù)設(shè)計、施工過程在內(nèi)的施工流程為：①資料調(diào)查→②托換設(shè)計→③施工設(shè)計→④豎井開挖→⑤托換塊開挖→⑥混凝土澆筑→⑦豎井回填→⑧重復④～⑦→⑨施工結(jié)束。

4 施工準備

4.1 資料調(diào)查

資料調(diào)查由檢測、設(shè)計、施工人員共同對擋墻的原設(shè)計資料、現(xiàn)場地質(zhì)、現(xiàn)場環(huán)境、施工情況進行調(diào)查。

設(shè)計資料調(diào)查：包括擋墻設(shè)計尺寸、埋深、地基土質(zhì)、換填厚度、地基承載力情況等。

現(xiàn)場調(diào)查：包括埋深、地基土構(gòu)成、現(xiàn)場土現(xiàn)狀、受力情況、下沉及水平位移情況、地下水、地基土換填情況、周圍環(huán)境等。

4.2 托換設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場地基承載力、擋墻資料、原設(shè)計資料，經(jīng)設(shè)計單位設(shè)計計算出滿足擋墻穩(wěn)定所需要的托換面積及深度。設(shè)計計算根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中要求[6]，結(jié)合原換填層面積、厚度、材料類型、托換換填寬度、托換混凝土條基受力特點，擬合計算最佳托換面積及深度。經(jīng)計算得出此擋墻基底需要托換數(shù)據(jù)為：托換總長度（BT）2.5m、寬度（L）3.6m、擋墻基底深入寬度（L1）2m、托換深度（H）1.2m。

4.3 施工設(shè)計

依據(jù)擋墻基底需要托換長度、擋墻長度、豎井內(nèi)作業(yè)操作性、安全性，確定豎井開挖分段數(shù)、分段長度，確定最佳單個托換塊長度及間距、豎井與托換塊位置關(guān)系。

根據(jù)擋墻埋深、擋墻幾何尺寸、擋墻自重力等計算擋墻抗壓穩(wěn)定性；根據(jù)現(xiàn)場填土高度、側(cè)向面積、填土類型、行車荷載、現(xiàn)場填土實際穩(wěn)定性狀態(tài)，計算墻背填土側(cè)向土壓力大?。桓鶕?jù)現(xiàn)場擋墻埋深、地面原土類型、密實度、含水量，回填土密實度計算地面土抗側(cè)推力能力。

依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算確定在豎井開挖施工中，擋墻不會產(chǎn)生傾斜、位移條件下，縱向允許一次性開挖托換塊長度BT1=BT2=BT3=BT4=BT5=50cm、托換塊間距BJ1=BJ2=BJ3=BJ4=50cm，豎井逐次開挖寬度b1=b2=150cm、b3=75cm。（如圖1 所示）

圖1 豎井及托換塊位置圖

5 托換施工

5.1 施工順序

參照圖1 標注豎井、托換塊的位置及尺寸，采用豎井分段開挖、回填，托換塊逐個托換的原則進行施工。

5.2 豎井及托換塊放線

在既有擋墻面采用記號筆標記。根據(jù)圖1，先放樣托換塊位置，再放樣豎井位置。

1.托換塊位置放樣：根據(jù)施工設(shè)計托換塊開挖長度BT1～5及托換塊間距BJ1～4尺寸，在擋墻上尺量標記托換塊位置。擋墻兩端預(yù)留長度一致。

2.豎井位置放樣：根據(jù)施工設(shè)計豎井開挖寬度b1、b2、b3，在擋墻上尺量劃分豎井逐次的開挖位置，并做好標記。豎井逐次開挖位置劃分應(yīng)根據(jù)設(shè)計托換塊位置、間隔及豎井逐次開挖所能覆蓋施工的托換塊確定。

5.3 豎井土方開挖及支護

豎井開挖豎向投影面積較小，土方量不大，可采用人工垂直開挖方式施工。開挖施工時應(yīng)注意天氣情況，避開雨天施工。

根據(jù)施工順序，豎井開挖位置分段作業(yè)。豎井一次開挖深度根據(jù)土層的穩(wěn)定情況、支護類型確定，開挖與支護交替進行。因開挖面積小，可在無水條件下采取全斷面分層下挖法。分層開挖深度根據(jù)土層穩(wěn)定性確定，一般為50cm～100cm。

正常托換施工2 天完成一個豎井及豎井下托換塊B 的施工，施工時間短，豎井臨時支護可采取簡易支護方法，即：膠合板+木板背楞+木水平支撐桿。膠合板、背楞、支撐桿件采用鐵釘固定，在相鄰水平支撐間應(yīng)加斜桿形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，避免水平支撐滑動。

5.4 托換開挖

托換開挖是指基底托換塊BT部分開挖。當一個豎井下開挖多個托換塊時，各托換塊應(yīng)逐個開挖澆筑混凝土，在一個托換塊澆筑混凝土出凝后方可對下一個托換塊開挖施工。

托換塊土方采用人工開挖方式施工。單個托換塊開挖保持由外向內(nèi)、由上到下的梯形狀開挖順序。開挖面頂部到擋墻底部混凝土面，底部到設(shè)計深度H，寬度到設(shè)計寬度L。擋墻底部混凝土面土質(zhì)清理基本干凈，坑底清理平整及松散土層，側(cè)面保持垂直平整。開挖過程中盡量不擾動非開挖土體，保持原土的整體性。

因各托換塊開挖與混凝土澆筑連續(xù)作業(yè)，托換開挖深度H 不大，較短時間內(nèi)不會發(fā)生開挖面垮塌現(xiàn)象。所以開挖面保持原土狀態(tài)，不需要做護壁處理，同時也有利于混凝土與既有土體的充分填充密實。

5.5 混凝土澆筑

托換塊混凝土采用C20 素混凝土即可滿足基底托換塊承重、剪切受力需求。選擇流動性好的配比，有利于完全填充托換塊開挖后的空間?；炷涟柚聘鶕?jù)施工場地及區(qū)域情況選擇廠拌或自拌均可，主要以方便施工為原則。

混凝土澆筑應(yīng)采用串筒傳送到托換塊坑槽，串筒下端到托換塊坑槽高度不大于30cm，使混凝土準確灌注到坑槽內(nèi)，防止沖刷碰壞坑槽。

混凝土澆筑應(yīng)完全充填整個坑槽，避免出現(xiàn)混凝土空洞現(xiàn)象發(fā)生?；炷翍?yīng)分層澆筑振搗，每層澆筑厚度控制在50cm 左右，澆筑高度到擋墻基礎(chǔ)底面。托換塊深入擋墻基底2m，可采用鐵鍬或推耙把混凝土送入托換塊底部位置。當混凝土澆筑到擋墻底部時應(yīng)設(shè)置排氣管排氣，澆筑結(jié)束時由內(nèi)向外邊搗固邊抽出排氣管，防止出現(xiàn)混凝土空洞及擋墻與托換塊間脫空。

5.6 豎井土方回填

在托換塊混凝土出凝后即可首層土方回填覆蓋50cm，注意不能做土方夯實操作，避免破壞新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)。在混凝土澆筑24 小時后施工豎井回填土方，土方回填分層厚度不大于30cm，并做必要的夯實處理。使夯填后的土方具有一定的密實穩(wěn)定性和支撐力，有利于相鄰豎井開挖后井壁穩(wěn)定性及對既有擋墻橫向支撐力，防止擋墻橫向支撐力不足后滑移和傾斜狀況發(fā)生。土方回填過程中豎井壁支護結(jié)構(gòu)應(yīng)隨分層回填高度逐漸由下向上分段拆除。

6 控制要點

1.調(diào)查數(shù)據(jù)要全面、準確，重點在現(xiàn)場擋墻尺寸、土質(zhì)、埋深、換填情況、位移情況、地基承載力，為托換設(shè)計及施工設(shè)計提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.托換設(shè)計計算出的托換面積及深度，在部分基底換填層托換后確實能夠滿足既有擋墻沉降穩(wěn)定條件。

3.施工設(shè)計能夠滿足豎井施工過程中鄰近建筑物安全及擋墻不發(fā)生傾覆及水平位置現(xiàn)象。

4.施工過程應(yīng)連續(xù)進行，避免出現(xiàn)土方開挖后長時間暴露。豎井壁支護剛度滿足土壓力及活動荷載條件，特別是相鄰道路重車通行作用力條件。在相鄰道路重車通行上，應(yīng)采取必要的安全防護措施，降低重車通行沖擊及震動力。

5.托換塊混凝土填充應(yīng)完全、密實，不應(yīng)出現(xiàn)托換塊與擋墻底部脫空、空洞現(xiàn)象。

7 使用優(yōu)勢

7.1 實用性

因工程量小、周圍環(huán)境限制不適宜擠密、CFG 等托換工藝。適用于低滲透性的粉土、黏性土等不適用滲透注漿工藝的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

7.2 安全性

擋墻基底托換方法是對既有擋墻的穩(wěn)定性有效加固控制方法，不需要對既有擋墻進行重建和改造，根據(jù)托換面積大小可以分段實施，避免大開挖后的既有結(jié)構(gòu)、支擋結(jié)構(gòu)、鄰近結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化。

7.3 簡易性

施工工藝簡單，施工質(zhì)量容易控制，混凝土結(jié)構(gòu)強度超出擋墻基底支撐受力及擋墻基底穩(wěn)定性需求。設(shè)計內(nèi)業(yè)計算滿足需求即可，不需要其它工藝施工過程及成果的質(zhì)量檢測工作。

7.4 影響性

一般擋墻結(jié)構(gòu)都鄰近既有交通道路或建筑物，采用人工豎井方式施工需要的施工場地面積小，滿足2～3人施工即可。施工過程中不需要對鄰近道路進行封閉，不對既有及鄰近建筑產(chǎn)生變化，小規(guī)模、短工期施工不宜造成不良的社會輿論。

7.5 施工經(jīng)濟性

工程量小、工藝簡單、人工操作、只需較少的人工及工機具，不需要使用專業(yè)的施工設(shè)備和復雜的工藝功法，不需要高質(zhì)量標準，工藝過程容易控制，可以節(jié)省大量施工費用。

8 結(jié)語

在工程設(shè)計、建設(shè)過程中難免出現(xiàn)這樣那樣的問題，造成工程完工后表現(xiàn)出各種工程質(zhì)量缺陷。針對完工運營后的工程質(zhì)量缺陷問題需要進行必要的整治，以保證工程使用安全性。同時考慮運營中整治施工的安全性、方便性、影響性及成本，這就推動了工程加固整治施工技術(shù)有針對性地發(fā)展。在地基承載力不足造成擋墻下沉的情況下，可以采用地基托換技術(shù)進行加固，實現(xiàn)有效、安全、方便、小影響、小成本目標。