下穿高鐵U型槽復合地基載荷試驗研究

馬小亮

(中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

0 引言

近年來，國內(nèi)外學者對于異型截面樁進行了深入研究，并取得了一定成果。U型槽、現(xiàn)澆X樁、H型異型截面樁在各大工程中得到了廣泛應(yīng)用，如U型槽復合地基鐵路、公路軟土地基等[1]。U型槽復合地基是一種在不增加混凝土用量的條件下，提升復合樁承載力的地基加固技術(shù)。目前，關(guān)于U型槽復合地基試驗研究已有一系列的相關(guān)報道，但對其樁-土相互作用的特性研究比較少，其應(yīng)用在下穿高鐵軟土地基處理中的研究更為罕見[2]。因此，本文結(jié)合新建商丘至登封高速公路段軟土地基處理工程，開展了U型槽復合地基載荷試驗研究，旨在積極推廣U型槽復合地基在下穿高鐵軟土地基處理中的應(yīng)用。

1 工程概述

新建商丘至登封高速公路與京廣高鐵交叉處為港區(qū)樞紐互通，其主線以及G匝道均從京廣高鐵(鄭州東-許昌東區(qū)間)薛店特大橋下穿過。薛店特大橋位于新鄭市，橋址處地勢平坦，線路兩側(cè)多為耕地。線位處薛店特大橋上部結(jié)構(gòu)均采用32 m的簡支梁，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，基礎(chǔ)采用8根直徑為1 m的鉆孔樁基礎(chǔ)。

港區(qū)樞紐互通下穿京廣高鐵薛店特大橋共有3條線。主線的左線從京廣高鐵薛店特大橋的325#和326#橋墩之間通過，交叉處鐵路里程為K725+092.722，交叉角度為69.8°。主線的右線從京廣高鐵薛店特大橋的324#和325#橋墩之間通過，交叉處鐵路里程為K725+082.758，交叉角度為70.4°。G匝道從京廣高鐵薛店特大橋的327#和328#橋墩之間通過，交叉處鐵路里程為K725+171.693，交叉角度為48.4°。

2 G匝道U型槽碎石樁施工試驗

施工前，采用人工挖探溝方式對施工范圍內(nèi)地下管線設(shè)備進行探查，至無地下管線設(shè)備及改遷完畢后方可進行施工作業(yè)。場地平整完畢后，對碎石樁進行中心點放樣，由施工人員全程跟隨。碎石樁的施工按照隔孔、隔排跳躍式施工。在薛店特大橋327#和328#墩身之間，由中間往兩側(cè)施工，目的是盡量避免碎石樁擠壓給高鐵橋墩帶來安全隱患。

2.1 試樁布置設(shè)計

碎石樁正式施工前，在起點里程GK0+404.509和終點里程GK0+479.509兩端進行現(xiàn)場成樁試驗。為確保試驗結(jié)果精確，試驗時在U型槽復合地基兩側(cè)隨機選擇3根試驗樁，并根據(jù)試驗樁數(shù)據(jù)選擇正確的機具參數(shù)、施工工藝和技術(shù)參數(shù)等，為后期施工提供數(shù)據(jù)支持和理論指導[3]。成樁7 d以后，由監(jiān)理工程師監(jiān)督檢測單位對成樁效果進行檢測[4]。

2.2 試驗設(shè)計方案

為準確獲知復合地基的載荷情況，試驗分為8個等級，最大加載壓力不能低于設(shè)計壓力的2倍，其荷載量測量精度不應(yīng)低于最大荷載的±1%。案例工程的復合地基載荷試驗最大加載壓力為240 kPa。復合地基靜載荷試驗加載分級見表1。

表1 復合地基靜載荷試驗加載分級

2.3 試驗參數(shù)

加載穩(wěn)定標準是試驗過程的主要參考標準之一。加壓1 h后，若沉降量小于0.1 mm，即可認為達到加壓標準，進行下一級荷載。第1 h內(nèi)按間隔5，10，15，15，15 min測讀沉降量，以后為每隔0.5 h測讀1次沉降量[5]。

當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載。①當沉降量快速增加時，立即停止加壓，表明該地基承載力已經(jīng)達到實際承載極限值；②在某級荷載下，沉降增量大于前一級沉降增量的5倍，或者大于前一級沉降量的2倍，并經(jīng)24 h尚未穩(wěn)定；③承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%；④未達到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的2倍[6]。

3 分析與討論

3.1 復合地基靜載試驗

對下穿京廣客運專線立交工程地基試驗樁進行了地基靜載試驗檢測，U型槽復合地基載荷試驗結(jié)果見表2。從表2中可以看出，6#-4試點、35#-3試點、42#-3試點的試驗終止條件均為未達到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的2倍。

表2 U型槽復合地基載荷試驗結(jié)果

3.2 復合地基抗壓靜載試驗

以6#-4試點復合地基抗壓靜載試驗結(jié)果為例，對U型槽復合地基抗壓靜載試驗結(jié)果進行分析。6#-4試點復合地基抗壓靜載試驗沉降結(jié)果見表3。從表3中可以看出，12個監(jiān)測點中的最大沉降值為17.43 mm，且隨著試驗荷載不斷增加，沉降位移量也隨之增加[7]。

表3 6#-4試點復合地基抗壓靜載試驗沉降結(jié)果

6#-4試點復合地基的P-s曲線和s-lgt曲線分別如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，6#-4試點加載至最大檢測荷載240 kPa，對應(yīng)最大沉降量為17.43 mm，P-s曲線和s-lgt曲線均正常，沉降速率穩(wěn)定。根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(TB 10106-2010)中相對變形值，取213 kPa為6#-4試點的復合地基承載力特征值[8]。

同理，可分析35#-3試點和42#-3試點的復合地基試驗結(jié)果。35#-3試點加載至最大檢測荷載240 kPa，對應(yīng)最大沉降量為16.18 mm，P-s曲線和s-lgt曲線均正常，沉降速率穩(wěn)定。根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(TB 10106-2010)中相對變形值，取222 kPa為35#-3試點的復合地基承載力特征值。42#-3試點加載至最大檢測荷載240 kPa，其對應(yīng)最大沉降量為16.46 mm，P-s曲線和s-lgt曲線均正常，沉降速率穩(wěn)定。根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(TB 10106-2010)中相對變形值，取187 kPa為42#-3試點的復合地基承載力特征值[8-9]。

圖1 6#-4試點復合地基P-s曲線圖

圖2 6#-4試點復合地基s-lgt曲線圖

3.3 復合地基承載力特征值判定

《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(TB 10106-2010)中規(guī)定，相對變形值確定的承載力不得大于最大加載壓力的1/2。在案例工程中，取3個試點的承載力特征值均為120 kPa，其復合地基承載力特征值判定見表4。

表4 復合地基承載力特征值判定

根據(jù)規(guī)定，試驗點的數(shù)量不應(yīng)少于3個，且這3點復合地基承載力特征值的極差不超過平均值的30%。由表4可以看出，6#-4，35#-3，42#-3試點的承載力特征值120 kPa滿足設(shè)計要求[10]。

4 結(jié)論

結(jié)合工程實例，通過試驗的方法分析了下穿高鐵U型槽復合地基的載荷情況。在U型槽復合地基載荷試驗中，其P-s曲線圖具有一般圓形樁的特性，單樁承載力特征值滿足設(shè)計要求。U型槽復合地基圓柱樁荷載大。U型槽復合地基在承載力和沉降量滿足設(shè)計要求下，相對變形值確定的承載力不得大于最大加載壓力的1/2。