为了充分利用现有结构计算程序,按以下方法进行计算:

　　1) 进行托换结构布置,选取构件载面尺寸.托换梁的截面高度决定了新旧砼交接面的面积,应满足新旧砼交接面承载力计算公式(2)的要求.

　　2) 按被托换结构和托换梁协同工作、托换桩桩顶铰支及被托换桩分离的条件进行空间分析,计算首层柱脚内力和托换梁挠度W1.如果托换梁变形不满足变形控制要求,则采用通过虚拟托换梁截面尺寸人为调整托换梁抗弯刚度的方法模拟张拉预应力钢筋产生的反拱作用,重新进行空间分析,逐步调整托换梁的抗弯刚度,直至托换梁变形满足托换梁挠度和建筑物相对沉降变形的控制要求,计算在该变形条件下的首层柱脚内力和转换层挠度W1.

　　3)以2)计算得到的首层柱脚内力作为托换梁的荷载,采用托换梁实际结构尺寸(不考虑预应力钢筋的张拉反拱作用),按托换桩桩顶铰支条件分析托换梁的内力、挠度W2和托换桩的桩顶荷载.

　　4) 根据3)确定的托换梁内力,计算托换梁的配筋.托换梁的预应力钢筋按照托换梁的预应力反拱要求计算确定,计算时反拱目标值取W1-W2,预应力钢筋应力取张拉控制应力.应该指出,反拱目标值只是一个理论值,在托换梁变形受到原结构及其桩基约束的条件下,实测反拱值远小于理论反拱值,反拱变形过程成为了力的传递过程.显而易见,就力学作用而言,反拱的作用并不因此而有所减弱.

　　5)根据3)确定的托换桩荷载,进行托换桩的设计,使其满足承载力和沉降变形的要求.

　　6 工程应用实例

　　广州地铁一号线和二号线的上盖建筑物采用了桩梁式托换梁结构实施桩基托换,应用本文中所提出的设计概念和计算方法进行托换结构设计,各项设计指标达到要求,取得了理想的托换效果.下面介绍其中两栋建筑物的桩基托换情况.

　　6.1 广州地铁一号线D-P3-2建筑物桩基托换工程

　　该工程是全国首例大型桩基托换工程.D-P3-2建筑物是一栋九层钢筋砼框架结构楼房,采用沉管灌注桩基础.该楼房位于广州地铁一号线长寿路站至中山七路站区间,隧道采用盾构法施工.按地铁线路设计要求,两条并行隧道均从楼房桩群中穿过,且在隧道施工时必然破坏隧道内的桩基.为了确保建筑物的安全,采用桩梁式托换结构进行桩基托换.托换结构由钻孔灌注桩和钢筋砼托换梁组成,其中主梁采用了预应力钢筋张拉技术.整个工程在二层及二层以上居民正常生活的条件下完成施工.现场监测结果如下:

　　1) 在托换结构施工期间,建筑物桩基的附加沉降量大部分为1.5mm左右,最大沉降量为3.0mm;

　　2) 托换桩的最大桩顶沉降量为2.5mm;

　　3) 托换梁的最大挠度值为3.2mm;

　　4) 托换结构的最大竖向变形为5.2mm(包括托换桩桩顶沉降和托换梁挠度);

　　5) 建筑物的最大沉降量为6.4mm,最大相对沉降变形为0.53‰;

　　6) 托换梁砼设计强度等级为C35,受压区砼的最大压应变(με)为363,相应的砼的最大压应力为11.4MPa,相当于砼弯曲抗压强度设计值的60%;

　　7) 建筑物没有因为桩基托换而出现倾斜、开裂现象.

　　6.2 广州地铁二号线167号建筑物桩基托换工程

　　167号建筑物是一栋六层框架结构楼房,采用人工挖孔灌注桩基础.该楼房位于广州市广园西路.广州地铁二号线越秀公园站至三元里站区间隧道从该楼房下方地基中穿过,部分桩基侵入隧道范围或离隧道很近.隧道采用盾构法施工,将削弱地基承载力、破坏部分桩基的桩身.为确保隧道施工和地铁运营期间建筑物的安全,在二楼以上居民正常生活的条件下,对该楼房桩基采用桩梁式托换结构实施了托换.托换桩采用人工挖孔桩,桩径1200～1500mm,桩端进入微风化岩1.5m.托换梁采用普通钢筋砼梁.现场监测结果如下:

　　1)在托换结构施工期间,建筑物桩基的最大附加沉降为1.5mm;

　　2)托换桩的最大桩顶沉降量为0.8mm;

　　3)托换梁的最大挠度值为0.3mm;

　　4)托换结构最大竖向变形为1.0mm(包括托换桩桩顶沉降和托换梁挠度);

　　5)建筑物的最大沉降量为1.8mm;最大相对沉降变形为0.35‰;

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