夯擴(kuò)樁在寧夏平原高鐵梁場(chǎng)地基處理中的應(yīng)用

王 軍 海

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

夯擴(kuò)樁在寧夏平原高鐵梁場(chǎng)地基處理中的應(yīng)用

王 軍 海

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

由于修建銀西鐵路(銀川到西安高速鐵路)需要在寧夏平原一帶設(shè)置制梁場(chǎng)。在場(chǎng)址范圍通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)，結(jié)合寧夏平原的地質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，采用夯擴(kuò)樁加固地基?？偨Y(jié)了采用夯擴(kuò)樁處理制梁場(chǎng)地基的成功經(jīng)驗(yàn)，為其他類似項(xiàng)目提供借鑒和參考。

夯擴(kuò)樁，寧夏平原，高鐵，梁場(chǎng)

銀西鐵路(西安到銀川高速鐵路)南起西北地區(qū)中心城市西安，向西北經(jīng)陜西省咸陽(yáng)市、甘肅省慶陽(yáng)市、寧夏自治區(qū)吳忠市后接入寧夏回族自治區(qū)首府銀川市，線路運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度632.76 km(西安站至銀川站)，正線長(zhǎng)度597.96 km(茂陵站至銀川站)。銀西鐵路為寧夏第一條高鐵，也是寧夏平原第一次建設(shè)高鐵制梁場(chǎng)。本文所述梁場(chǎng)計(jì)劃建在寧夏吳忠市楊馬湖一帶。通過(guò)本梁場(chǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，為其他類似梁場(chǎng)建設(shè)提供參考。

1 寧夏平原概況

寧夏平原位于寧夏回族自治區(qū)中部黃河兩岸。北起石嘴山，南止黃土高原，東到鄂爾多斯高原，西接賀蘭山。面積1.7萬(wàn)km2，滔滔黃河斜貫其間，形成了大面積的自流灌溉區(qū)。

寧夏屬中溫帶干旱、半干旱大陸性高原氣候區(qū)。本場(chǎng)區(qū)巖土以粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂及細(xì)砂為主，組成了多層結(jié)構(gòu)的含水層。地下水主要為第四系沉積物中的孔隙水，相對(duì)隔水層為粉質(zhì)黏土。地下水位很高，根據(jù)季節(jié)不同在1 m～2 m左右變化。其中側(cè)向徑流補(bǔ)給和大氣降水是地下水主要的補(bǔ)給源。

2 梁場(chǎng)概況

本制梁場(chǎng)承擔(dān)本標(biāo)段7座特大橋、大橋、中橋簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制。制梁場(chǎng)擬設(shè)置在吳忠南特大橋附近，正線DK548+825處，線路左側(cè)。共計(jì)制梁606孔，其中24 m簡(jiǎn)支箱梁51孔，32 m簡(jiǎn)支箱梁555孔。

3 地質(zhì)情況

對(duì)場(chǎng)地各土層原位測(cè)試修正擊數(shù)、地基土承載力及其修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 承載力計(jì)算表

根據(jù)野外鉆探和原位測(cè)試結(jié)果、結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，對(duì)各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析、綜合、剔除個(gè)別異常數(shù)據(jù)后分層統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

擬建場(chǎng)區(qū)為抗震設(shè)防8度區(qū)，本次勘察結(jié)果表明，本場(chǎng)地地形地貌較簡(jiǎn)單，巖土種類較多，持力層及主要受力層分布較連續(xù)，穩(wěn)定性一般。

場(chǎng)區(qū)為液化場(chǎng)地，無(wú)巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、地裂縫等其他不良地質(zhì)作用。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)淺埋的全新活動(dòng)斷裂和發(fā)震斷裂，無(wú)需避讓。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)埋藏的河道、溝濱、墓穴、防空洞、孤石、溶洞等問(wèn)題；根據(jù)周邊環(huán)境，地基條件無(wú)發(fā)生顯著變化的可能。

綜合上述場(chǎng)地環(huán)境、工程地質(zhì)條件、地震穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，本場(chǎng)地經(jīng)處理后適宜進(jìn)行本梁場(chǎng)的建設(shè)。

4 載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)及施工

4.1載體夯擴(kuò)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

31.5 m制梁臺(tái)座端部基礎(chǔ)3 m范圍內(nèi)采用夯擴(kuò)樁處理，樁徑400 mm，設(shè)置8根，邊條基各設(shè)3根，中條基設(shè)2根。其余部分鋪設(shè)20 cm碎石墊層，原地基及碎石墊層處理后的地基壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.94。

本工程以④層粉質(zhì)黏土或⑤層中密～密實(shí)細(xì)砂層作為樁端持力層考慮，底部擴(kuò)大頭直徑為600 mm，夯擴(kuò)長(zhǎng)度為1.5 m，樁端進(jìn)入持力層不小于3 m；單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為720 kN，樁長(zhǎng)約19 m。鋼筋籠主筋6根HRB400直徑為12 mm，螺旋筋為φ6@100/300，加勁箍12@2 000，鋼筋保護(hù)層厚度為40 mm?；炷翗?biāo)號(hào)采用C25,見(jiàn)圖1。

4.2夯擴(kuò)樁施工

1)工藝流程：施工放線→樁機(jī)就位→雙管沉管→雙管拔管(澆樁擴(kuò)大頭混凝土)→利用內(nèi)夯管夯擴(kuò)→灌注樁身混凝土(安放鋼筋籠)→成樁。

2)施工注意事項(xiàng)：樁機(jī)在施工前要進(jìn)行調(diào)試，就位調(diào)整垂直，使樁機(jī)護(hù)筒對(duì)準(zhǔn)樁位。要保持護(hù)筒垂直，利用樁機(jī)的反壓裝置和錘擊使護(hù)筒進(jìn)入土層中，并控制好護(hù)筒底部標(biāo)高。根據(jù)地層的性質(zhì)控制干硬混凝土填入量，使填入地層中的填料夯擊，形成樁端擴(kuò)大頭。填夯干硬性混凝土，每次填夯2锨～5锨，共填夯0.3 m3干硬性混凝土。干硬性混凝土的標(biāo)準(zhǔn)是手握成團(tuán)一捻就開(kāi)。并使混凝土上標(biāo)高距護(hù)筒底標(biāo)高不大于5 cm。提出錘，放入鋼筋籠，檢查標(biāo)高。灌注混凝土，并滿足最小灌注量。提出錘進(jìn)行振搗，振搗棒要快插慢拔，振搗深度不小于2 m。單樁完整性、承載力檢測(cè)的方法可采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)和靜載荷載試驗(yàn)。應(yīng)避免樁機(jī)或車輛靠混凝土強(qiáng)度低的樁行走，并避免人為的操作失誤。

5 制梁臺(tái)座設(shè)計(jì)

5.1制梁臺(tái)座平面布置

32 m制梁臺(tái)座設(shè)10個(gè)，32 m/24 m共用制梁臺(tái)座設(shè)1個(gè)。臺(tái)座寬4.6 m，高度為0.8 m。臺(tái)座順45 t門吊軌道縱向布置，利于模板的裝拆及鋼絞線張拉操作。

5.2制梁臺(tái)座基礎(chǔ)形式

制梁臺(tái)座為C30鋼筋混凝土筏板，其結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)33.2 m、寬5.2 m、高0.3 m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其主要受力鋼筋為上下兩層鋼筋網(wǎng)片，通過(guò)豎向聯(lián)系鋼筋構(gòu)成整體式鋼筋骨架，見(jiàn)圖2。

5.3制梁臺(tái)座檢算

5.3.1荷載計(jì)算

1)澆筑施工階段。

條基荷載計(jì)算：依據(jù)通橋(2016)2321A-Ⅱ中梁型，分別求出梁端截面、距梁端2.4 m段截面、距梁端3.45 m段截面、距梁端4.5 m段截面，沿縱向取1 m長(zhǎng)度求其傳遞到支點(diǎn)上的荷載，見(jiàn)圖3，表2。

表2 1 m梁段所傳遞的混凝土荷載 kN

內(nèi)模支點(diǎn)荷載計(jì)算：

每1 m段混凝土傳遞到內(nèi)模支撐點(diǎn)的線荷載：

梁端：q1=1.2×2.651 6×2.6+1.4×1×4.432=88.94 kN/m；

距梁端2.4 m段：q2=1.2×2.449 1×26+1.4×1×4.848=83.20 kN/m；

距梁端3.45 m段：q3=1.2×2.170 8×26+1.4×1×5.294=75.14 kN/m；

距梁端4.5 m段：q4=1.2×2.013×26+1.4×1×5.772=70.89 kN/m。

考慮模板荷載后，經(jīng)計(jì)算泄水管處支腿荷載如圖4所示。

2)預(yù)張拉前階段。

澆筑梁體完畢，尚未張拉時(shí)，設(shè)計(jì)荷載均布作用于制梁臺(tái)座上。

每1 m段混凝土傳遞到制梁臺(tái)座上的線荷載：

梁端：q1=1.2×14.501 801×26=452.46 kN/m;

距梁端2.4 m段：q2=1.2×12.888 657×26=402.13 kN/m;

距梁端3.45 m段：q3=1.2×10.891 231×26=339.81 kN/m;

距梁端4.5 m段：q4=1.2×9.002 688×26=280.88 kN/m。

3)初張拉后階段。

臺(tái)座上混凝土梁張拉完畢尚未提梁時(shí)，箱梁結(jié)構(gòu)自重荷載集中作用于制梁臺(tái)座兩端。

5.3.2內(nèi)力計(jì)算

1)澆筑施工階段。

基床系數(shù)：樁基端部3 m范圍內(nèi)的基床系數(shù)取150 000 kN/m3，基床系數(shù)分別取15 000 kN/m3，25 000 kN/m3，35 000 kN/m3進(jìn)行復(fù)核。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 計(jì)算結(jié)果表(一)

2)預(yù)張拉前階段。

基床系數(shù)：樁基端部3 m范圍內(nèi)的基床系數(shù)取150 000 kN/m3,基床系數(shù)分別取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3進(jìn)行復(fù)核。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 計(jì)算結(jié)果表(二)

3)初張拉后階段。

基床系數(shù)：樁基端部3 m范圍內(nèi)的基床系數(shù)取150 000 kN/m3,基床系數(shù)分別取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3進(jìn)行復(fù)核。

有限元模型：為確定集中荷載在梁端產(chǎn)生的內(nèi)力，建立有限元模型，如圖5所示。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 計(jì)算結(jié)果表(三)

5.3.3地基承載力驗(yàn)算

對(duì)地基進(jìn)行壓實(shí)處理，并達(dá)到70 kPa。

5.3.4截面承載力驗(yàn)算

1)正截面承載力復(fù)核。

箍筋按構(gòu)造要求進(jìn)行配筋，采用HPB300，直徑采用8 mm，間距為300 mm。

2)橫向配筋驗(yàn)算。

每米寬板的線荷載：66.0×1=66.0 kN/m。

經(jīng)計(jì)算，每米寬板受到的內(nèi)力：M=15.2 kN·m,V=56.3 kN。

V=56.3 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 000×365=365.4 kN,橫向承載力滿足要求。

3)斜截面抗剪驗(yàn)算。

依據(jù)GB 5007—2010建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范8.4.10條，Vs=1 100.6 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 500×1 050=1 576.6 kN,斜截面抗剪滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)寧夏平原的地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合銀西鐵路制梁場(chǎng)的要求，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，設(shè)計(jì)，完成制梁臺(tái)座的施工，經(jīng)過(guò)制梁檢驗(yàn)，證明采用夯擴(kuò)樁地基處理，筏板式基礎(chǔ)完全可以滿足高鐵制梁需要。

[1] 盧玉南.夯擴(kuò)沉管灌注樁在廣西的應(yīng)用研究[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2010(3):109-112.

[2] 王躍軍.打入式沉管夯擴(kuò)樁在淤泥質(zhì)土中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012,41(368):58-61.

[3] 朱建良.夯擴(kuò)樁的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用體會(huì)[J].河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2007(3):127-130.

[4] 黃 亮,劉偉濤.談高速鐵路預(yù)制梁場(chǎng)設(shè)備配置與管理[J].山西建筑,2014,40(17):239-241.

RammedpileinNingxiaplainhigh-speedrailwayfoundationtreatment

WangJunhai

(ChinaRailwayNo.3EngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Construction of Yin-Xi Railway (Yinchuan to Xi’an high-speed railway) needs to set up a beam fabricating yard in the plain area of Ningxia. Combined with the geological characteristics of Ningxia plain, the project can adopt ramming-reamed pile to reinforce the foundation after detailed geological survey, calculation and verification in the site range. This paper summarizes the successful experience of using rammed pile to deal with the foundation of the beam foundation, and provides reference for other similar projects.

rammed pile, Ningxia plain, high-speed railway, beam field

1009-6825(2017)32-0054-03

2017-09-03

王軍海(1978- )，男，高級(jí)工程師

TU473.1

A